压力变送器硬件设计方案

1、压力变送器总体设计

流体压力变送器由采集压力波动的压力传感器、信号处理的A/D转换器、接收转换数据并处理的STM32电路和显示数字压力值的OLED显示屏4个部分组成。

系统独特性体现在以下3个方面：①将压力传感器输出信号与STM32的快速处理能力相结合；②通过外接高精度A/D转换芯片完成对压力传感器输出模拟电压信号的模数转换；③通过软件平均滤波方法对系统输出电压进行补偿，进一步提高系统的检测精度。

系统工作过程：①压力传感器通过四线桥式电路设计测出水流压力的波动变化；②通过与压力传感器相连的A/D转换器经桥式电路输入电压模拟信号，经信号处理后，通过SPI总线传给STM32；③STM32根据计算公式处理A/D转换器的电压值，并通过OLED屏实时显示出来。

2、压力变送器硬件设计

系统硬件主要由金属电阻应变式压力传感器、信号处理电路、显示电路以及电源电路组成。电源模块为各模块提供稳定电源，压力传感器先进行数据采集，经A/D转换电路的信号处理后送入STM32再次进行滤波处理，最后通过OLED输出显示数字电压值。

2.1 电源供电

考虑到监测水流压力波动时电线供电不方便，所以本文采用3.6V锂电池给整个系统供电。电池给STM32和A/D转换器供电，A/D转换器的激励电流给压力传感器恒流供电。

2.2 压力传感器选型

根据流体在供水管道中压力波动较小的特点，选用在高湿度环境下能适应小信号的金属电阻应变式压力传感器。该传感器具有结构简单、操作方便、采样精度高、受温度影响小等优点，适合高湿度环境下的信号测量。本文选用MPM281VC型压力敏感元件，其为恒压供电、标准输出，且全部为不锈钢材质，适合多种流体介质。

2.3 A/D转换电路

由于供水流量变化较固定且供水管道压力波动信号较小，所以本文选用一款适合小信号测量的ADS1120芯片用于供水管道流体压力监测，其精密程度达到16位，最高采样频率达到512 kHz，多路复用器可实现任意组合通道的数据采集。

为配合压力传感器的四线桥式接口，要设计与之对应的电阻桥式测量电路。本文将AIN0通道作为恒流电压输入端口，AIN2通道和AIN3通道分别作为负信号端口和正信号端口，从AIN1通道处飞线引出，测试ADS1120是否正常工作。STM32通过SPI总线接口与ADS1120进行数据交互。在SPI通信端口中，ADS1120的CS是器件片选端口，DRDY是数据转换状态的标志端口。
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