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一种低功耗压力变送器的实施方式和方法

时间:2019-09-27来源:admin浏览次数:

  图1是低功耗压力变送器的电路原理框图;

  图2是低功耗压力变送器的局部电路结构示意图;

  图3是低功耗压力变送器的工作流程示意图。

  请参阅图1,本产品低功耗压力变送器,包括依次电连接的传感元件1、信号处理器2、微控制器3和输出通信电路4。在不需要读取被测物体或环境的实际数值时,所述传感元件1、信号处理器2、微控制器3和输出通信电路4均处于待机模式;在需要读取实际数值时,所述传感元件1、信号处理器2、微控制器3和输出通信电路4均被唤醒,所述传感元件1将测量得到的信息转化为电信号,并传送至信号处理器2 ;所述信号处理器2接收所述电信号,并对该电信号进行采样处理,得到采样信号,并传送至微控制器3 ;所述微控制器3接收所述采样信号,并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,并传送至所述输出通信电路4 ;所述输出通信电路4接收所述实际数值,并输出至通信终端或显示终端。

  具体地,所述传感元件1设有工作激励输入端口和信号输出端口,且其具有运行和休眠两种工作模式。所述传感元件1由微控制器3通过信号处理器2控制,实现运行模式和休眠模式的自动切换。处于运行模式的传感元件1将测量所得的信息转化为电信号,并传送至信号处理器2。

  所述信号处理器2设有激励信号输出端口、信号接收端口、串行时钟输入端、指令接收端和采样信号输出端。信号处理器2的信号输出端口与传感元件1的工作激励输入端口连接,传感元件1的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2的信号接收端口连接。且所述信号处理器2具有运行和休眠两种工作模式;所述信号处理器2通过微控制器3的控制,实现运行模式和休眠模式的自动切换。处于运行模式的信号处理器2对所述电信号进行采样,得到采样信号,并传送至微控制器3。

  所述微控制器3设有通信接口、脉冲信号输出端、采样信号接收端和指令输出端;微控制器3的通信接口包括接收端和发送端。微控制器3通信接口的脉冲信号输出端与信号处理器2的串行时钟输入端连接,其采样信号接收端与信号处理器2的采样信号输出端连接,其指令输出端与信号处理器2的指令接收端连接。且所述微控制器3具有运行和休眠两种工作模式;所述微控制器3通过对自身的控制和输出通信电路4,实现休眠模式和运行模式的自动切换。处于运行模式的微控制器3依次唤醒信号处理器2和传感元件1,并根据传感器测量信号线性化模型将所述采样信号换算,并传送至输出通信电路4。

  所述输出通信电路4设有指令发送端、实际数值接收端、通信输出端和通信接收端。输出通信电路4的指令发送端与微控制器3的通信接口的接收端连接,其实际数值接收端与微控制器3的通信接口的发送端连接,其通信输出端与通信终端信号连接或与显示终端电连接,以接收通信指令;其通信接收端与通信终端信号连接或与显示终端电连接,以输出实际数值。且所述输出通信电路4具有运行和休眠两种工作模式;所述输出通信电路4通过通信终端或显示终端的控制,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4将所述实际数值发送至通信终端或显示终端。

  具体地,所述微控制器3通过UART通信接口或SPI通信接口方式接收由输出通信电路4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2和传感元件1由休眠模式切换至运行模式;且所述微控制器3通过输出通信电路4输出实际数值后,控制信号处理器2和传感元件1由运行模式切换至休眠模式,并控制其自身从运行模式切换至休眠模式。

  请参阅图2,在本实施例中,所述微控制器3为MSP430系列的单片机,所述信号处理器2为AD7792器件,所述传感元件1为电桥式压力传感器。为了使MSP430系列的单片机和AD7792器件处于能够正常使用于电路中,必须对MSP430系列的单片机的特定引脚接入工作电源、时序振荡电路和保护电路等,其接线方式为常规接线方式,故在此不再累述;同时,也必须为AD7792器件的特定引脚接入工作电源和保护电路等。以上操作完毕后,根据上述传感元件1、信号处理器2、微控制器3和输出通信电路4的连接关系,以下具体说明本发明中对AD7792器件和MSP430系列的单片机的端子或引脚的引用。所述AD7792的10UT1端为信号处理器2的内部激励输出端,其模拟输入引脚AINI (+)和AINI ( — )为信号处理器2的信号接收端口,其串行时钟输入端SCLK为信号处理器2的串行时钟输入端,其串行数据输入端DIN为信号处理器2的指令接收端,以及其串行数据输出端D0UT/RDY为信号处理器2的采样信号输出端。所述MSP430系列的单片机的引脚P3.5为微控制器3的通信接口的接收端,其引脚P3.4为微控制器3通信接口的发送端,其引脚P3.0为微控制器3的脉冲信号输出端,其引脚P2.1为微控制器3的采样信号接收端,其引脚P3.1为微控制器3的指令输出端。

  AD7792器件的模拟输入引脚/正基准输入引脚REF IN⑴和模拟输入引脚/负基准输入引脚REF IN(-)之间串接有由电阻R4和电容C9组成的并联电路,其中,R4为信号处理器2的米样参考取样电阻。

  本低功耗压力变送器的工作模式切换过程如下:

  请参阅图3,首先,初始化微控制器3,微控制器3进入休眠模式,且传感元件1、信号处理器2和输出通信电路4均处于休眠模式。当不需要读取被测物体或被测环境的实际数值时,传感元件1、信号处理器2、微控制器3和输出通信电路4均处于休眠模式。当需要读取测量值时,此时通信终端或显示终端发送一通信指令至输出通信电路4的通信接收端;输出通信电路4将该通信指令发送至微控制器3的通信接口接收端,从而处于休眠模式的微控制器3被唤醒并切换至运行模式;同时,微控制器3发送至一指令至信号处理器2的指令接收端,从而实现处于待机模式的信号处理器2被唤醒并切换至运行模式;同时信号处理器2的激励信号输出端口输出激励,为传感元件1提供工作激励,从而实现处于待机模式的传感元件1被唤醒并切换至运行模式;从而实现了输出通信电路4、微控制器3、信号处理器2和传感元件1均从休眠模式切换至运行模式。此时,所述传感元件1将测量得到的信息转化为电信号,并传送至信号处理器2 ;所述信号处理器2接收所述电信号,并对该电信号进行采样处理,得到采样信号,并传送至微控制器3 ;所述微控制器3接收所述采样信号,并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,并传送至所述输出通信电路4 ;所述输出通信电路4接收所述实际数值,并输出至通信终端或显示终端。当输出通信电路4将实际数值输出后,微控制器3控制运行模式的信号处理器2切换至休眠模式,使得信号处理器2停止对传感元件1提供激励信号,由此实现了传感元件1由运行模式切换至休眠模式;当信号处理器2和传感元件1切换至待机模式后,微控制器3控制自身切换至休眠模式,同时输出通信电路4也切换至休眠模式。由此,本发明低功耗变送器不仅能够实时快速准确地测量出工况压力,还实现了变送器休眠模式与运行模式的自动切换,从而实现在待机状下,变送器的总功耗小于2 μ A ;在正常运行状态下,变送器的总功耗在1.2mA左右,持续运行时间小于300ms。电路结构简单,性价比高,能耗小。

  另外,本产品还具有其它变形实施例,例如:

  (1)所述微控制器为PIC系列或cortex_M3系列或cortex-MO系列的单片机。

  (2)所述信号处理器为或 AD7793 或 ADS1246 或 ADS1247 或 ADS1248 或 ADS1220 型号的ADC器件;或者,所述信号处理器为由信号调理电路、模数转换电路和处理器单元依次电连接组成的信号处理器。

  (3)改变传感元件的类型,也即,所述传感元件为PT100温度传感器。

  相对于现有技术,本产品低功耗压力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。

  本产品并不局限于上述实施方式,如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围,倘若这些改动和变形属于本产品的权利要求和等同技术范围之内,则本产品也意图包含这些改动和变形。
图1
图2
图3



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