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低功耗压力变送器变送器

时间:2019-09-27来源:admin浏览次数:

  压力变送器是工业实践过程中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电和管道等众多行业。它将测压或测温元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号,以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。

  现有的压力变送器是由压力传感器、信号调理电路、模数转换电路、处理器、通信输出电路等构成。压力变送器将工业现场压力信号通过传感器感知后转化为电信号,然后经过信号调理,模数转换,数学算法修正等过程,最后输出与压力变化成正比的模拟信号或者数字通信信号。由于在上述过程中,现有压力变送器需要对所有部件单独连续供电,整个变送器的功耗大概在2〜3mA左右。采用电池作为供电电源的情况下,2〜3mA的电流消耗太高,需要经常更换电池,带来资源浪费和使用不便。另外,现有温度变送器也存在着上述缺陷。

  本产品的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种低功耗变送器,该变送器不仅能够进行待机和运行模式的自动切换,且其在待机模式下的电流功耗小于2 μ A,大大减少了电源的消耗,有利于节约资源和方便使用,且其电路结构简单。

  本产品是通过以下技术方案实现的:一种低功耗变送器,其包括传感元件、信号处理器、微控制器和输出通信电路;

  所述传感元件具有运行和休眠两种工作模式;所述传感元件由微控制器通过信号处理器控制,实现运行模式和休眠模式的自动切换;运行模式的传感元件将测量所得的信息转化为电信号,并传送至信号处理器;

  所述信号处理器具有运行和休眠两种工作模式;所述信号处理器通过微控制器的控制,实现运行模式和休眠模式的自动切换;运行模式的信号处理器对所述电信号进行采样,得到采样信号,并传送至微控制器;

  所述微控制器具有运行和休眠两种工作模式;所述微控制器通过对自身的控制和输出通信电路,实现休眠模式和运行模式的自动切换;运行模式的微控制器依次唤醒信号处理器和传感元件,并将所述采样信号转化为实际数值,并传送至输出通信电路;

  所述输出通信电路具有运行和休眠两种工作模式;所述输出通信电路通过通信终端的控制,实现运行模式和休眠模式的自动切换;运行模式的输出通信电路将所述实际数值发送至通信终端或显示终端。

  通过上述技术方案,在不需要读取实际数值时,通过本发明低功耗变送器的微控制器控制信号处理器和传感元件处于休眠模式,不对其提供工作激励,也即信号处理器和传感元件处于休眠待机模式,仅需要消耗小于ΐμA的电流,从而大大减少了电流损耗;同时,通过微控制器控制自身进入休眠待机模式,仅损耗小于0.7μ A的电流;则处于待机模式的变送器仅损耗不到1.7 μ A的电流,远远小于现有技术变送器的电流损耗。当需要读取实际数值时,利用输出通信电路唤醒微控制器,也即,只有在需要运行的模式下,微控制器才会重新切换至运行模式,并控制信号处理器和传感元件进入到运行模式,这么一来,微控制器不需要定时扫描,判断是否需要切换工作模式,直接由外部唤醒,减少了因需要定时扫描所产生的电流损耗。因此,相对于现有技术,本发明低功耗变送器不仅能够进行待机和运行模式的自动切换,且其在待机模式下的电流功耗小于2 μ Α,大大减少了电源的消耗,有利于节约资源和方便使用,且其电路结构简单。

  所述微控制器通过UART通信接口或SPI通信接口方式接收由输出通信电路发送的指令,实现从休眠模式切换至运行模式,并控制信号处理器和传感元件由休眠模式切换至运行模式;且所述微控制器通过输出通信电路输出实际数值后,控制信号处理器和传感元件由运行模式切换至休眠模式,并控制自身从运行模式切换至休眠模式。此处通过UART通信接口或SPI通信接口方式唤醒微控制器,且微控制器通过UART通信接口或SPI通信接口方式将实际数值传送至输出通信电路,有利于数据的高速传输,保证通信质量。

  所述微控制器根据传感器测量信号线性化模型将所述采样信号换算为实际数值。此处设置有利于得出准确的实际数值,减少测量误差。

  所述微控制器的通信接口的接收端与输出通信电路的指令发送端连接,其通信接口的发送端与输出通信电路的实际数值接收端连接,其脉冲信号输出端与信号处理器的串行时钟输入端连接,其采样信号接收端与信号处理器的采样信号输出端连接,其指令输出端与信号处理器的指令接收端连接。

  所述传感元件的工作激励输入端口与信号处理器的激励信号输出端口连接,其信号输出端依次通过共模滤波电路和差模滤波电路与信号处理器的信号接收端口连接。

  所述传感元件为压力传感器或温度传感器。

  所述压力传感器为电桥式压力传感器,所述温度传感器为PT100温度传感器。

  所述微控制器为MSP430系列或PIC系列或cortex_M3系列或cortex-MO系列的单片机。由于MSP430系列或PIC系列或cortex-M3系列或cortex-MO系列的单片机都是超低功耗的单片机,利用上述型号的单片机作为微控制器,有利于进一步减少本发明变送器的电流损耗。

  所述信号处理器为 AD7792 或 AD7793 或 ADS1246 或 ADS1247 或 ADS1248 或 ADS1220型号的 ADC 器件。由于 AD7792 或 AD7793 或 ADS1246 或 ADS1247 或 ADS1248 或 ADS1220 型号的ADC器件是超低功耗的ADC器件,利用上述高度集成的ADC器件即可实现信号调理、模数转换、数据处理等功能,不仅有利于简化电路,而且进一步减少了本发明变送器的电流损耗。
原理图1-1



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