壓力變送器作為可用作氣壓、液壓、壓力差等物理量的測量，具有優(yōu)良的性能和出色的穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于船舶工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域。傳統(tǒng)壓力變送器采用工業(yè)過程控制領(lǐng)域標準的4mA~20mA模擬電流輸出及HART協(xié)議半數(shù)字輸出方式，只能單向傳輸，信道為一對一，已逐漸不能滿足現(xiàn)場設(shè)備與控制系統(tǒng)間信息交換的需求。

在全數(shù)字化、智能化的工業(yè)4.0時代，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的數(shù)字化具有重要意義。將工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的模擬傳輸?shù)膲毫ψ兯推鲾?shù)字化改造為數(shù)字式壓力變送器，是時間短、見效快實現(xiàn)數(shù)字化的重要舉措。針對模擬傳輸型壓力變送器數(shù)字化改造需求，本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種小體積的、高精度的、數(shù)字式的壓力測量模塊，可嵌入安裝于壓力變送器內(nèi)，實現(xiàn)壓力變送器的數(shù)字化。

壓力測量模塊總體方案，主要包括電源電路、微處理器電路、信號調(diào)理電路、CAN通信電路等部分。電源電路將外部電源轉(zhuǎn)換為其他電路所需電源并供電。信號調(diào)理電路將輸入的4mA~20mA標準電流信號變換為微處理器電路可采集的電壓信號，經(jīng)微處理器內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換并由軟件濾波處理，通過CAN通信電路將信息輸出到外部CAN通信總線。

1、電源電路設(shè)計

電源電路主要功能為通過將24V直流電源變換為5V、±15V等電源，為模塊內(nèi)部的其他電路提供電源。通過WRB2405S芯片將直流24V電源轉(zhuǎn)換為直流5V電源供微處理器電路的直流5V電源通過WRB2405S芯片實現(xiàn)；CAN通信電路使用的直流5V電源通過MAU122芯片實現(xiàn)；信號調(diào)理電路使用的±15V電源通過MAU129芯片實現(xiàn)。

2、微處理器電路設(shè)計

微處理器電路主要功能為通過附帶電路實現(xiàn)微處理器自身基礎(chǔ)運行。微處理器選用MC9XS128系列單片機的芯片，該芯片供電電源為直流5V，電源抗干擾能力強，且內(nèi)部包含12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器及CAN通信控制器，可極大簡化外圍電路。微處理器復(fù)位選用TPS3808G50復(fù)位芯片。采用16MHz無源晶振方式，啟振通過外接兩個18pF對稱電容實現(xiàn)。

3、信號調(diào)理電路設(shè)計

信號調(diào)理電路主要功能為將標準電流信號通過電流電源變換后轉(zhuǎn)為合理范圍內(nèi)的電壓信號。4mA~20mA標準電流信號為壓力傳感器輸出，電流轉(zhuǎn)換電壓通過精密的10Ω采樣電阻實現(xiàn)。信號源端與采樣終端的完全電氣隔離，采用高可靠隔離性好的AMC1100電流傳感芯片實現(xiàn)。后級通過運算放大器OPA2227電路，進一步將壓力信號放大為0V~4.5V電壓信號送入微處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

4、CAN通信電路設(shè)計

因CAN通信控制器由微處理器內(nèi)部自帶，CAN通信電路僅需實現(xiàn)CAN通信驅(qū)動器部分電路。CAN通信驅(qū)動器選用帶隔離的、抗干擾性強的CTM1051芯片，將邏輯電平轉(zhuǎn)換為差分電平并通過CANH引腳和CANL引腳輸出。

審核編輯：湯梓紅