1、壓力變送器總體設(shè)計(jì)

流體壓力變送器由采集壓力波動(dòng)的壓力傳感器、信號(hào)處理的A/D轉(zhuǎn)換器、接收轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并處理的STM32電路和顯示數(shù)字壓力值的OLED顯示屏4個(gè)部分組成。

系統(tǒng)獨(dú)特性體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：①將壓力傳感器輸出信號(hào)與STM32的快速處理能力相結(jié)合；②通過(guò)外接高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片完成對(duì)壓力傳感器輸出模擬電壓信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換；③通過(guò)軟件平均濾波方法對(duì)系統(tǒng)輸出電壓進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的檢測(cè)精度。

系統(tǒng)工作過(guò)程：①壓力傳感器通過(guò)四線橋式電路設(shè)計(jì)測(cè)出水流壓力的波動(dòng)變化；②通過(guò)與壓力傳感器相連的A/D轉(zhuǎn)換器經(jīng)橋式電路輸入電壓模擬信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理后，通過(guò)SPI總線傳給STM32；③STM32根據(jù)計(jì)算公式處理A/D轉(zhuǎn)換器的電壓值，并通過(guò)OLED屏實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。

2、壓力變送器硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要由金屬電阻應(yīng)變式壓力傳感器、信號(hào)處理電路、顯示電路以及電源電路組成。電源模塊為各模塊提供穩(wěn)定電源，壓力傳感器先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)處理后送入STM32再次進(jìn)行濾波處理，最后通過(guò)OLED輸出顯示數(shù)字電壓值。

2.1 電源供電

考慮到監(jiān)測(cè)水流壓力波動(dòng)時(shí)電線供電不方便，所以本文采用3.6V鋰電池給整個(gè)系統(tǒng)供電。電池給STM32和A/D轉(zhuǎn)換器供電，A/D轉(zhuǎn)換器的激勵(lì)電流給壓力傳感器恒流供電。

2.2 壓力傳感器選型

根據(jù)流體在供水管道中壓力波動(dòng)較小的特點(diǎn)，選用在高濕度環(huán)境下能適應(yīng)小信號(hào)的金屬電阻應(yīng)變式壓力傳感器。該傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、采樣精度高、受溫度影響小等優(yōu)點(diǎn)，適合高濕度環(huán)境下的信號(hào)測(cè)量。本文選用MPM281VC型壓力敏感元件，其為恒壓供電、標(biāo)準(zhǔn)輸出，且全部為不銹鋼材質(zhì)，適合多種流體介質(zhì)。

2.3 A/D轉(zhuǎn)換電路

由于供水流量變化較固定且供水管道壓力波動(dòng)信號(hào)較小，所以本文選用一款適合小信號(hào)測(cè)量的ADS1120芯片用于供水管道流體壓力監(jiān)測(cè)，其精密程度達(dá)到16位，最高采樣頻率達(dá)到512 kHz，多路復(fù)用器可實(shí)現(xiàn)任意組合通道的數(shù)據(jù)采集。

為配合壓力傳感器的四線橋式接口，要設(shè)計(jì)與之對(duì)應(yīng)的電阻橋式測(cè)量電路。本文將AIN0通道作為恒流電壓輸入端口，AIN2通道和AIN3通道分別作為負(fù)信號(hào)端口和正信號(hào)端口，從AIN1通道處飛線引出，測(cè)試ADS1120是否正常工作。STM32通過(guò)SPI總線接口與ADS1120進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。在SPI通信端口中，ADS1120的CS是器件片選端口，DRDY是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)的標(biāo)志端口。
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