智能气体压力表设计

陈琪云

（合肥学院，安徽 合肥 230601)

智能气体压力表设计

陈琪云

（合肥学院，安徽 合肥 230601)

气体压力是工业生产过程中重要参数之一，智能气体压力表在工业过程控制中具有非常重要的作用。为保证生产和设备安全运行，提出了基于STC89C52单片机的智能气体压力表设计方案，采用24位专用AD芯片HX711对10N1600A-T压力传感器的压力数据进行模数转换并送至STC89C52单片机，可检测0-1600kpa气体压力值。

过程控制；STC89C52；HX711；10N1600A-T

1 引言

工业现场环境的复杂性和对仪表设备功能需求的复杂性促使智能设备的发展与更新，特别是工业现场对智能仪表[1]的应用需求量越来越大，智能气体压力表是工业现场应用中一个不可或缺的装置，而对气体压力的检测要求能准确检测被测信号，同时能够满足安全性、抗干扰和稳定性等多方面要求课题设计的智能气体压力表使用10N1600A-T压力传感器[2]检测气体压力信号，并通过高精度24位AD进行模数转换，单片机通过I2C总线①见广州周立功单片机发展有限公司产品说明书《I2C总线规划》。与模拟量输出模块DAC7571和HX711进行数据传输，所设计的智能气体压力表同时还具有参数设置、继电器输出、模拟量电压输出、仪表线性度进行10点平均选点补偿[3]和RS485功能，使用MODBUS协议保证装置与其他设备的通信兼容性。目前，在国内外气体压力测量领域，有现场指示的气体压力表，也有模拟量，数字量输出的气体压力传感器和变送器，但是有现场指示同时还具有参数设置、继电器输出、模拟量电压输出、仪表线性度进行10点平均选点补偿和RS485功能的智能仪表还没有。

2 硬件设计

课题所设计的智能气体压力表[4]由电源、单片机最小系统、数码管显示、RS485接口、DAC7571模拟量输出、继电器输出、HX711传感器检测、EEPROM掉电存储和异常报警模块构成，如图1所示。DAC7571芯片输出0—5V电压信号，传感器检测10N1600A-T输出的电压信号经HX711 AD转换输出至单片机，具体硬件电路设计如图2和图3所示。

图1 智能压力表结构框图

2.1 0—5V模拟量输出

智能气体压力表具有模拟量DAC输出功能，可直接输出0—5 V模拟量电压信号，单片机与DAC7571通过I2C总线进行数据传输，通过ADUM1201实现单片机与DAC7571外部电气隔离，保证压力表安全工作。

图2 电压模拟量输出

2.2 HX711检测电路

10N1600A-T压力传感器满量程输出电压100 mV，HX711传感器A通道最大输入电压在通道增益为128时输入电压为±20 mV，通道增益为64时输入电压为±40 mV，即在压力传感器输出信号端进行电阻分压，保证输出信号在HX711通道A允许输入范围，单片机与HX711通过I2C总线进行数据传输。

图3 HX711信号检测电路

3 工作原理

10N1600A-T具有良好的可重复性和长时间的工作稳定性，采用24位专用AD芯片HX711对10N1600A-T压力传感器的压力数据进行模数转换并送至STC89C52单片机，实现对气体压力表的数据检测，基于10N1600A-T压力传感器设计的气体压力表同时具有数码管显示、继电器输出和模拟量电压输出功能，可检测压力信号范围在0-1600kpa，压力传感器满量程输出电压100mV，输出的电压信号分压后输入至HX711，转换的数字量信号通过I2C总线与单片机进行数据传输，利用DAC7571芯片进行模拟量电压信号0—5V输出，实现工业上对电磁阀精确控制，气体压力表的RS485通信接口使用标准MODBUS协议通信，保证装置通信具有良好的兼容性。

图4 主程序流程图

4 软件设计

智能气体压力表主程序主要包括压力采集、10点平均选点补偿、数码管显示、异常报警、DAC7571模拟量输出、RS485通信、按键扫描和EEPROM子程序模块。主程序流程图如图4所示。

5 结语

基于单片机设计的智能气体压力表，主要实现气体压力检测、显示、DAC模拟量输出、RS485通信和继电器输出，基于上述要求阐述了智能气体压力表的设计方案，并根据提出的方案对软硬件进行设计，并在实验室进行气体压力检测实验如表1所示，基本上相对误差控制在1.5%以下，这个测量结果在微小气体气压测量方面还是较好的，验证了开发的智能气体压力表设计的正确性和可靠性，从而保证在工业生产中仪表能够高精度、稳定和可靠的运行。

表1 气压表测试数据

[1]熊四昌，胡承建，朱坚栋.基于容积补偿的差压式气密性自动检测仪的研制[J].工业仪表与自动化装置，2009，（5）:46-49.

[2]刘春，王兴，李跃中，等.一种典型检测仪的气密检测原理[J].液压与气动，2008，（12）:20-24.

[3]高峰，曲建岭.气体测量中的温湿度补偿新方法[J].传感器技术，2000，（8）:9-10.

[4]傅晓云，杜经民，李宝仁.气密自动检测装置的研究[J].液压与气动，2005，（5）:35-37.

THE DESIGN OF INTELLIGENT GAS PRESSURE GUAGES

CHEN Qi-yun
（Hefei University， Hefei Anhui 230601）

The gas pressure is one of the important parameters in industrial production and intelligent gas pressure gauges play an important role in the industrial process control.To ensure the safe operation of production and equipment,this paper puts forwards a design of intelligent gas pressure gauges based on the single-chip microcomputer of STC89C52.The 24 bits special AD chip HX711 is used to do analog-digital conversion of the pressure data of 10N1600A-T pressure sensor and send the data to STC89C52.Thus,gas pressure value in 0-1600kpa can be detected.

Process control； STC89C52； HX711； 10N1600A-T

K825.81

A

：1672-2868（2017）03-0090-03

责任编辑：陈小举

2017-03-16

陈琪云（1964-），男，安徽合肥人。合肥学院机械工程系，讲师。研究方向：机械制造、自动化。