1、硬件原理設計

被測介質的壓力作用于單晶硅壓力傳感器上，通過信號檢測電路將其轉換為直流電信號，通過信號調理轉換為一定幅度的電壓信號，經(jīng)A/D轉換為數(shù)字量傳送至MCU處理，壓力及溫度信號經(jīng)微處理器的數(shù)據(jù)處理，程序運算，并經(jīng)D/A轉換以及HART通信電路處理，將壓力及溫度參數(shù)轉換成所需要的4-20mA標準直流電流信號及符合HART協(xié)議的數(shù)字信號，并調制在二線制電流信號上，提供給用戶使用，同時驅動LCD液晶顯示器實時顯示。在變送器電路中設置了專門用于存儲傳感器特征信息的存儲器芯片，用于傳感器出廠特征數(shù)據(jù)的保存實現(xiàn)關鍵參數(shù)冗余保護。如圖2所示。

2、單晶硅傳感器模塊

單晶硅壓力傳感器內部封裝的傳感器芯片的本質將決定最終產品的性能與等級。本文中的傳感器采用德國先進的MEMS技術制成的高穩(wěn)定性單晶硅傳感器芯片，懸浮式設計，內嵌德國原裝進口測壓膜盒與信號處理模塊，使信號具有極高的一致性，減少裝配應力引起的誤差，具有較高的穩(wěn)定性。單晶硅壓力傳感器的輸出靈敏度高、信號量大，并且電路設計較為簡潔可靠，與傳統(tǒng)金屬電容式傳感器相比較，具有很好的回差特性，線性誤差曲線的回差極小，基本可以忽略不計。單晶硅壓力傳感器內部集成有隨溫度線性變化的二極管，測量溫度用于溫度補償參考，可在大范圍內的靜壓和溫度下提供極高的測量精度和穩(wěn)定性。

3、信號處理模塊

智能壓力變送器信號處理模塊主要由 MCU 微處理器、A/D轉換、D/A輸出、存儲器等部分組成。本設計選用一款具有超低功耗功能強大的單片機，具有豐富的片上外圍模塊、強大的運算處理能力、中斷資源多，開發(fā)方式方便高效。MCU內含一個24位高精度Σ－Δ型ADC，信號單端/差分輸入，內部1.2V基準電壓源，適用于傳感器信號轉換處理。高精度AD將傳感器模塊檢測輸出的模擬電信號轉換為數(shù)字信號，交由MCU芯片處理，主控芯片完成線性化，溫度補償?shù)认嚓P計算功能后， 相關的AD值，PV值等數(shù)據(jù)存放在存儲器中，由HART信號實現(xiàn)同上位機的通信和數(shù)據(jù)交換，并且通過并且通過LCD液晶屏就地顯示。

4-20mA轉換輸出選用了低功耗、高精度的D/A轉換芯片AD5421。4-20mA電流環(huán)的16位DA轉換器，與HART協(xié)議兼容，并且具有可編程的報警電流輸出，在兩線制智能變送器中是一個非常理想的電流環(huán)芯片，滿足智能變送器的工業(yè)控制標準信號輸出。

4、HART通信模塊

HART協(xié)議通信模塊主要由HART調制解調芯片和D/A轉換器AD5421及其外圍電路實現(xiàn)。本設計采用低功耗的AD5700作為HART調制解調器。芯片內部集成了符合Bell202標準的調制器、解調器、接收濾波器、發(fā)送信號整形電路、載波檢測等電路便于構建滿足HART協(xié)議物理層。
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