基于STC15F2K56S2的差压变送器设计应用

郭宝山

(山西国营大众机械厂，山西 太原 030024)

2017-07-14

郭宝山(1980- )，男，山西文水人，工程师，研究方向:机电技术。

1674- 4578(2017)05- 0006- 03

基于STC15F2K56S2的差压变送器设计应用

郭宝山

(山西国营大众机械厂，山西 太原 030024)

作为防护系统的重要组成部分，差压变送器可实时检测密闭空间的内、外压力差，并得到广泛应用。本文简要介绍了SDP-1000L微差压传感器的功能特性及其工作原理，并以该型号差压传感器为例，详细阐述了一款基于STC15F2K56S2单片机的差压变送器设计应用。

微差压传感器；STC15F2K56S2；差压变送器

差压变送器利用微差压传感器的基本特性，实时检测方舱内、外的压力差，并将其转换为成比例的电信号，利用放大电路对该信号进行放大处理，再经过A/D变换后，将对应的数字信号由单片机进行处理，最后通过单片机串口和RS232电平转换电路，形成标准的RS232接口，将处理信号输出到上位机。变送器框图如图1所示。

图1 差压变送器框图

1 微差压传感器SDP-1000L特性简介

SDP-1000L微差压传感器是一种气体差压传感器，量程为-5 Pa～125 Pa。该传感器的制作材质采用防化学腐蚀的PPS，具有宽量程比，零漂移，长期稳定性好等优点。

该差压传感器只需直流5 V的电源供电，输出为直流0.25 V～4 V。虽然输出为模拟电压，但其内部线性化和温度补偿电路均为数字化实现，因此精度和分辨率相当高(可达0.05 Pa)，并且受外界温度影响很小。其领先的性能在于将传感元件和信号放大及A/D转换电路集成到同一块硅芯片上，用热传感元件来测量差压。与其它热差压传感器相比，所需空气量极少，即使在恶劣环境中，操作也同样安全可靠，同膜片传感器相比，量程更宽，性能更稳定，在低差压段的重复性极好。此外，SDP-1000L可耐瞬时的较大压力，对安装方向不敏感。

SDP-1000L精密的内置温度补偿电路是通过PTAT能隙基准温度传感器，测得芯片上的温度，再反馈到传感器芯片进行数据处理，而不需要外部温度补偿。

SDP-1000L差压受周围空气密度影响，因此受海拔高度影响，校正补偿公式如下：

Peff=Psensor×Pcal/Pamb·

(1)

其中，Peff是受影响后的差压，Psensor是SDP-1000L的指示压力，Pcal是校准环境的绝压，Pamb是实际环境的绝压。校正系数如表1所示。

表1 高度校正系数

2 硬件设计

2.1 信号放大电路

在本设计应用中，信号放大电路选用高精度运算放大器LT1078，其功能是精密放大处理微差压传感器SDP-1000L的输出电信号，使处理后的电信号与接收该信号的变送器核心单元—单片机相匹配。集成运放是一个双端输入、单端输出，具有高差模放大倍数，高输入电阻，低输出电阻，能较好地抑制温漂的差动放大电路。该信号放大处理电路如图2所示，电信号Vin经两级放大、滤波、限幅后，输出端电压Vadc，公式如下：

(2)

图2 信号放大处理电路

2.2 单片机及RS232电平转换电路

本设计电路如图3所示。

微差压传感器SDP-1000L的输出电信号经运算放大器放大处理后，由单片机A/D接口输入至单片机处理，通过单片机串口和RS232电平转换电路，形成标准的RS232接口输出。

本电路采用STC公司生产的单片机STC15F2K56S2，是一款高速、高可靠、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机。它采用第八代加密技术超级加密，指令代码完全兼容传统8051单片机，而速度较之传统的单片机要快8倍～12倍。其工作电压为直流5.5 V～3.8 V(本设计选用5 V)，具有丰富的内部硬件资源，几乎覆盖了数据采集和控制中所需的所有单元模块，包含捕获/比较单元CCP/PWM/PCA、高速10位A/D转换、大容量SRAM/EEPROM、SCI/SPI接口等。目前，该单片机已被广泛应用于各种多串行口通信电路，电机控制电路及有超强干扰的场合。

图3 单片机及RS232电平转换电路

图3所示电路中，STC15F2K56S2采用了外部复位电路，使其具有手动复位功能；在Vcc和GND之间增加电源去耦电容，可去除电源线噪声，提高抗干扰能力。

3 软件设计

软件设计部分主要由主程序和T0定时器中断程序组成。

软件流程如图4，图5所示。

图4 主程序流程

图5 T0定时器中断流程

4 结论

本差压变送器作为某防护系统的重要组成部分，目前已被广泛应用于各类具有差压变化特性的控制系统，主要用于实时检测密闭空间的内、外压力差。经实际考核验证，该变送器操作简单，使用方便，

工作可靠，具有良好的社会效益和经济效益。

[1] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2006.

[2] 南通国芯微电子有限公司.STC15F2K60S2系列单片机指南.13-08-18〗.www.STCMCU.com.

DesignandApplicationofDifferentialPressureTransducerBasedonSTC15F2K56S2

Guo Baoshan

(State-ownedDazhongMachineryFactory，TaiyuanShanxi030024，China)

As an important part of the protection system, differential pressure transducer is widely used to detect the differential pressure between outside and inside of an airtight space real-timely. This paper briefly introduces the features and working principle of the SDP-1000L micro differential pressure sensor, and taking this sensor for example, detailed elaborates the design and application of one differential pressure transducer based on STC15F2K56S2.

micro differential pressure sensor; STC15F2K56S2; differential pressure transducer

TP212

A