智能氣體壓力表設計

陳琪云

（合肥學院，安徽 合肥 230601)

智能氣體壓力表設計

陳琪云

（合肥學院，安徽 合肥 230601)

氣體壓力是工業生產過程中重要參數之一，智能氣體壓力表在工業過程控制中具有非常重要的作用。為保證生產和設備安全運行，提出了基于STC89C52單片機的智能氣體壓力表設計方案，采用24位專用AD芯片HX711對10N1600A-T壓力傳感器的壓力數據進行模數轉換并送至STC89C52單片機，可檢測0-1600kpa氣體壓力值。

過程控制；STC89C52；HX711；10N1600A-T

1 引言

工業現場環境的復雜性和對儀表設備功能需求的復雜性促使智能設備的發展與更新，特別是工業現場對智能儀表[1]的應用需求量越來越大，智能氣體壓力表是工業現場應用中一個不可或缺的裝置，而對氣體壓力的檢測要求能準確檢測被測信號，同時能夠滿足安全性、抗干擾和穩定性等多方面要求課題設計的智能氣體壓力表使用10N1600A-T壓力傳感器[2]檢測氣體壓力信號，并通過高精度24位AD進行模數轉換，單片機通過I2C總線①見廣州周立功單片機發展有限公司產品說明書《I2C總線規劃》。與模擬量輸出模塊DAC7571和HX711進行數據傳輸，所設計的智能氣體壓力表同時還具有參數設置、繼電器輸出、模擬量電壓輸出、儀表線性度進行10點平均選點補償[3]和RS485功能，使用MODBUS協議保證裝置與其他設備的通信兼容性。目前，在國內外氣體壓力測量領域，有現場指示的氣體壓力表，也有模擬量，數字量輸出的氣體壓力傳感器和變送器，但是有現場指示同時還具有參數設置、繼電器輸出、模擬量電壓輸出、儀表線性度進行10點平均選點補償和RS485功能的智能儀表還沒有。

2 硬件設計

課題所設計的智能氣體壓力表[4]由電源、單片機最小系統、數碼管顯示、RS485接口、DAC7571模擬量輸出、繼電器輸出、HX711傳感器檢測、EEPROM掉電存儲和異常報警模塊構成，如圖1所示。DAC7571芯片輸出0—5V電壓信號，傳感器檢測10N1600A-T輸出的電壓信號經HX711 AD轉換輸出至單片機，具體硬件電路設計如圖2和圖3所示。

圖1 智能壓力表結構框圖

2.1 0—5V模擬量輸出

智能氣體壓力表具有模擬量DAC輸出功能，可直接輸出0—5 V模擬量電壓信號，單片機與DAC7571通過I2C總線進行數據傳輸，通過ADUM1201實現單片機與DAC7571外部電氣隔離，保證壓力表安全工作。

圖2 電壓模擬量輸出

2.2 HX711檢測電路

10N1600A-T壓力傳感器滿量程輸出電壓100 mV，HX711傳感器A通道最大輸入電壓在通道增益為128時輸入電壓為±20 mV，通道增益為64時輸入電壓為±40 mV，即在壓力傳感器輸出信號端進行電阻分壓，保證輸出信號在HX711通道A允許輸入范圍，單片機與HX711通過I2C總線進行數據傳輸。

圖3 HX711信號檢測電路

3 工作原理

10N1600A-T具有良好的可重復性和長時間的工作穩定性，采用24位專用AD芯片HX711對10N1600A-T壓力傳感器的壓力數據進行模數轉換并送至STC89C52單片機，實現對氣體壓力表的數據檢測，基于10N1600A-T壓力傳感器設計的氣體壓力表同時具有數碼管顯示、繼電器輸出和模擬量電壓輸出功能，可檢測壓力信號范圍在0-1600kpa，壓力傳感器滿量程輸出電壓100mV，輸出的電壓信號分壓后輸入至HX711，轉換的數字量信號通過I2C總線與單片機進行數據傳輸，利用DAC7571芯片進行模擬量電壓信號0—5V輸出，實現工業上對電磁閥精確控制，氣體壓力表的RS485通信接口使用標準MODBUS協議通信，保證裝置通信具有良好的兼容性。

圖4 主程序流程圖

4 軟件設計

智能氣體壓力表主程序主要包括壓力采集、10點平均選點補償、數碼管顯示、異常報警、DAC7571模擬量輸出、RS485通信、按鍵掃描和EEPROM子程序模塊。主程序流程圖如圖4所示。

5 結語

基于單片機設計的智能氣體壓力表，主要實現氣體壓力檢測、顯示、DAC模擬量輸出、RS485通信和繼電器輸出，基于上述要求闡述了智能氣體壓力表的設計方案，并根據提出的方案對軟硬件進行設計，并在實驗室進行氣體壓力檢測實驗如表1所示，基本上相對誤差控制在1.5%以下，這個測量結果在微小氣體氣壓測量方面還是較好的，驗證了開發的智能氣體壓力表設計的正確性和可靠性，從而保證在工業生產中儀表能夠高精度、穩定和可靠的運行。

表1 氣壓表測試數據

[1]熊四昌，胡承建，朱堅棟.基于容積補償的差壓式氣密性自動檢測儀的研制[J].工業儀表與自動化裝置，2009，（5）:46-49.

[2]劉春，王興，李躍中，等.一種典型檢測儀的氣密檢測原理[J].液壓與氣動，2008，（12）:20-24.

[3]高峰，曲建嶺.氣體測量中的溫濕度補償新方法[J].傳感器技術，2000，（8）:9-10.

[4]傅曉云，杜經民，李寶仁.氣密自動檢測裝置的研究[J].液壓與氣動，2005，（5）:35-37.

THE DESIGN OF INTELLIGENT GAS PRESSURE GUAGES

CHEN Qi-yun
（Hefei University， Hefei Anhui 230601）

The gas pressure is one of the important parameters in industrial production and intelligent gas pressure gauges play an important role in the industrial process control.To ensure the safe operation of production and equipment,this paper puts forwards a design of intelligent gas pressure gauges based on the single-chip microcomputer of STC89C52.The 24 bits special AD chip HX711 is used to do analog-digital conversion of the pressure data of 10N1600A-T pressure sensor and send the data to STC89C52.Thus,gas pressure value in 0-1600kpa can be detected.

Process control； STC89C52； HX711； 10N1600A-T

K825.81

A

：1672-2868（2017）03-0090-03

責任編輯：陳小舉

2017-03-16

陳琪云（1964-），男，安徽合肥人。合肥學院機械工程系，講師。研究方向：機械制造、自動化。