本發(fā)明涉及一種智能壓力變送器，屬于儀器儀表測量技術領域。

背景技術：

壓力變送器要求輸出工業(yè)標準的0~5V電壓信號或4~20mA電流信號，要求和被測壓力呈線性關系。電壓輸出型變送器抗干擾能力較差，線路損耗的破壞，談不上精度有多高，有時輸出的直流電壓上還疊加有交流成分，使單片機產生誤判斷，控制出現(xiàn)錯誤，嚴重時還會損壞設備，輸出0~5V電壓信號不能遠傳，遠傳后線路壓降大，精度大打折扣。因此本發(fā)明一種智能壓力變送器設計成4~20mA電流輸出型。精度是壓阻式壓力傳感器的最主要的指標。傳統(tǒng)的擴散硅壓阻式壓力傳感器其輸出值不只決定于輸入的壓力，還受到環(huán)境溫度變化的影響，因此存在零點漂移及溫度漂移的問題。傳統(tǒng)的溫度補償方法采用插值法、查表法，編程較為復雜。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能夠克服傳統(tǒng)壓力變送器存在零點漂移的缺點，并能進行很好的零點補償特性以及良好的抑制時漂特性的一種智能壓力變送器。

本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案：本發(fā)明設計了一種智能壓力變送器，其中：包括壓力傳感器、信號放大器、A/D轉換模塊、微控制器、數(shù)字溫度傳感器、D/A轉換模塊、V/I變換模塊、顯示模塊、RS485通訊接口及電源管理模塊；

所述電源管理模塊的輸出端與微控制器連接，并經由微控制器向整個智能壓力變送器供電；

所述壓力傳感器的輸出端連接信號放大器的輸入端，并將采集到的壓力數(shù)據(jù)轉化為電壓信號輸入信號放大器；

所述信號放大器的輸出端連接A/D轉換模塊的輸入端，對上述接收到的電壓信號進行放大和調理，并將放大和調整后的電壓信號傳輸至A/D轉換模塊；

所述A/D轉換模塊的輸出端連接微控制器的輸入端，對前述接收到的放大和調整后的電壓信號進行模數(shù)轉換，并傳輸至微控制器；

所述數(shù)字溫度傳感器的輸出端連接微控制器的輸入端，并將采集到的溫度信號傳輸?shù)轿⒖刂破鳎?/p>

所述微控制器分別連接D/A轉換模塊、RS485通訊接口和顯示模塊的輸入端，所述微控制器對接收到的溫度信號與電壓信號進行計算，從而得出溫度補償后的壓力值，并分別傳輸至D/A轉換模塊、RS485通訊接口和顯示模塊，經由RS485通訊接口送至外接測試儀表，同時由顯示模塊進行顯示；

所述D/A轉換模塊的輸出端與V/I變換模塊的輸入端連接，將上述溫度補償后的壓力值轉換為模擬電壓信號，并傳輸至V/I變換模塊；

所述V/I變換模塊接收上述模擬電壓信號，并將前述模擬電壓信號變換為4~20mA電流輸出信號。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結構：所述信號放大器采用芯片INA121。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結構：所述A/D轉換模塊采用模數(shù)轉換芯片ADC0804。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結構：所述數(shù)字溫度傳感器采用DS18B20。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結構：所述微控制器采用ATMEGA128。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結構：所述D/A轉換模塊，采用TLC5615 串行DA 芯片。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結構：所述RS485通訊接口，選擇MAX485專用芯片。

本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果：

1. 本發(fā)明所設計的一種智能壓力變送器，克服了傳統(tǒng)壓力變送器存在零點漂移的缺點，并能進行很好的零點補償特性以及良好的抑制時漂特性；

2. 本發(fā)明所設計的一種智能壓力變送器輸出標準的4~20mA電流信號，具有精度高、線性度好、有良好的可靠性、穩(wěn)定性及較寬溫度工作范圍和較小的溫漂，具有較好的應用前景。

圖1為本發(fā)明所設計的一種智能壓力變送器的結構框圖；

圖2為本發(fā)明所設計的一種智能壓力變送器和外接測試儀表的實物接線圖；

圖3為BP神經網絡模型的結構示意圖。

下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明：

如圖1所示，本發(fā)明設計了一種智能壓力變送器，其中：包括壓力傳感器、信號放大器、A/D轉換模塊、微控制器、數(shù)字溫度傳感器、D/A轉換模塊、V/I變換模塊、顯示模塊、RS485通訊接口及電源管理模塊；

優(yōu)選的，所述壓力傳感器采用擴散硅壓阻式壓力傳感器，如麥克公司的MPM280 壓力傳感器，該傳感器能夠在-40℃~80℃溫度范圍內使用；

優(yōu)選的，所述信號放大器采用芯片INA121，INA121是一種低功耗、高精度的差壓放大器；

優(yōu)選的，A/D轉換模塊采用模數(shù)轉換芯片ADC0804；

優(yōu)選的，所述數(shù)字溫度傳感器采用DS18B20，該芯片是單總線數(shù)字溫度傳感器，用它作測溫器件，具有設計簡便，易實現(xiàn)多點精確測溫的優(yōu)點，并且可以有效減少設計微控制器外圍電路的復雜程度；

優(yōu)選的，所述微控制器采用ATMEGA128，該芯片是ATMEL公司的8位單片機中最高配置的一款單片機，應用極其廣泛；

優(yōu)選的，所述D/A轉換模塊，采用TLC5615 串行DA 芯片，它是低功耗10 位CMOS電壓輸出DAC；

優(yōu)選的，所述V/I變換模塊，采用負載共地二線制V/I變換方式，電路由TI 公司的高速低功耗精密運算放大器TLE2012及電阻組成；

優(yōu)選的，所述顯示模塊采用LCD1602液晶顯示屏；

優(yōu)選的，所述RS485通訊接口，選擇MAX485專用芯片，MAX485為單電源5V 供電, 半雙工通訊方式, 其功能是實現(xiàn)微控制器的TTL電平和RS-485電平的轉換。

在具體實施方式中，本發(fā)明的工作原理為：壓力傳感器采集壓力數(shù)據(jù)，并將壓力數(shù)據(jù)轉化為電壓信號輸入放大器；信號放大器完成對電壓信號的放大和調理，并傳輸至A/D轉換模塊；A/D轉換模塊對上述放大和調理后的電壓信號進行模數(shù)轉換，轉換完成后將產生外部中斷，微控制器在外部中斷服務程序中讀取轉換結果；微控制器按照數(shù)字溫度傳感器DS18B20的工作時序和通信協(xié)議采集溫度信號，微控制器將采集到的溫度值與壓力值輸入設計好的BP神經網絡模型，經過模型計算輸出溫度補償后的壓力值，并由LCD1602顯示測量值；D/A轉換模塊將上述溫度補償后的壓力值重新轉換為模擬電壓信號，經V/I變換轉換為4~20mA電流輸出信號；RS485通訊接口選擇專用芯片MAX485，MAX485為單電源5V 供電，半雙工通訊方式, 其功能是實現(xiàn)微控制器的TTL電平和RS-485電平的轉換；所述RS485通訊接口為其它智能儀表提供聯(lián)網通信接口。

電源管理模塊由專用電源芯片構成，為微控制器及其它電路提供5V和3V的電壓供電。

如圖2所示，為壓力變送器和外接測試儀表的實物接線圖，4~20mA的電流信號經過采樣電阻R完成電流到電壓轉換，供單片機使用。

如圖3所示，為神經網絡模型，在具體的實施例中，微控制器對壓力的溫度補償采取BP神經網絡算法：BP網絡是一種單向傳輸?shù)亩鄬忧梆伨W絡，利用梯度最速下降法，權值沿誤差函數(shù)的負梯度方向改變，使誤差逐步減小，并逼近非線性函數(shù)，輸入層包含了采樣數(shù)據(jù)DS18B20測量的環(huán)境溫度、壓力傳感器輸出的壓力值。

中間層神經元的傳遞函數(shù)采用S型正切函數(shù)，其表達式為：。可得到中間層的函數(shù)表達式：。然后將中間層與輸出層的的權值矩陣設為，修正值矩陣為，輸出層神經元的傳遞函數(shù)采用S型對數(shù)函數(shù)，其表達式為：?？傻玫捷敵鰧拥暮瘮?shù)表達式：；通過神經網絡訓練之后，得到滿足控制要求訓練的權值以及修正值，將其連接關系用程序編程，移植到單片機中，完成信號處理需要。在整個系統(tǒng)中微控制器完成的工作主要有：上電初始化，A/D，D/A轉換與通訊模塊的初始化等；進行溫度和壓力的A/D轉換，把溫度和壓力信號組成二維數(shù)組輸入到神經網絡訓練的權值連接中實現(xiàn)信號處理，將信號通過RS485 通訊接口發(fā)送出去，并通過LCD顯示測量壓力值；D/A轉換后實現(xiàn)模擬量輸出。