一种智能数显压力变送器电路的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种智能数显压力变送器电路。

背景技术：

智能数显压力变送器的设计和开发已经有很多类型和款式，但是目前市场上现有的智能数显压力变送器，以带hart通讯协议的比较多，大部分都是进口品牌产品，价格昂贵，是国产价格的6-8倍。hart通讯协议早年主要应用在压力方面，所以在同一dcs控制系统只能将多种通讯协议同时共存使用，这样对软件技术工程师的要求很高，既要掌握rs485通讯等数据的采集转换，还要精通对hart通讯协议的数据采集转换，同时工作量也大大的增加。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种智能数显压力变送器电路。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种智能数显压力变送器电路，包括电源保护电路、电源电路、主控制电路、压力传感电路、信号处理电路、信号转换电路和显示电路，外部电源与所述电源保护电路电连接，所述电源保护电路与所述电源电路电连接，所述电源电路分别与所述压力传感电路、信号处理电路、主控制电路和显示电路电连接，所述压力传感电路与所述信号处理电路电连接，所述信号处理电路与所述主控制电路电连接，所述主控制电路与所述显示电路电连接，所述信号转换电路分别与所述主控制电路和电源电路电连接。

本发明的有益效果是：本发明的智能数显压力变送器电路，通过所述电源保护电路对电源电路进行保护，并且通过电源电路分别为所述压力传感电路、信号处理电路和主控制电路供电，所述信号处理电路对压力传感电路检测的压力信号进行处理，并输出值至控制电路，以确定压力值，监测结果稳定、可靠，大大提高了产品的抗干扰能力，整个电路体积小，安装方便，完全替代进口产品、并且降低成本。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述电源保护电路包括气体放电管gdt、保险丝ptc、瞬态抑制二极管tvs和二极管d1，所述气体放电管gdt两个电极分别与电源正极和电源电路的电流输出端对应电连接，所述气体放电管gtd的接地电极与外壳地电连接，电源正极通过所述保险丝ptc与所述瞬态抑制二极管tvs的负极电连接，所述瞬态抑制二极管tvs的正极与电源电路的电流输出端电连接，所述瞬态抑制二极管tvs的负极与二极管d1的正极电连接，所述二极管d1的负极与所述电源电路的输入端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述气体放电管gdt可以在雷击余压高速影响到电源线时、电源线的正极、负极都有对地放电功能，起到防雷击保护作用，通过所述保险丝ptc可以在线路过流时快速断开，而且事后能自恢复到正常导通状态，通过所述瞬态抑制二极管tvs可以提供电压冲击过高的浪涌保护，避免浪涌冲击电压过高，损坏所述电源电路，通过所述二极管d1可以起到反接保护作用，保证电源的正负极接反时不损坏产品，产品不能正常工作，当接线恢复正常时能正常工作。

进一步：所述电源保护电路还包括阻容吸收电路，所述阻容吸收电路包括电阻r0、电阻r0*、电容c0和电容c0*，所述电阻r0和电容c0顺次串联在电源正极和外壳地之间，所述电阻r0*和电容c0*顺次串联在电源电路的电流输出端和外壳地之间。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述阻容吸收电路可以对外部电源输入的电压信号进行滤波，除去信号中的杂波成分，保证输出信号的稳定性，既能提高抗干扰能力、又不影响产品的绝缘强度。

进一步：所述电源电路包括电流环变送器u2、三极管q1、稳压管q2、电阻r1、电容c1、电容c2、电容c3和电容c4，所述电源保护电路的输出端分别与所述三极管q1的集电极和所述电流环变送器u2的电源输入端电连接，所述三极管q1的基极与所述电流环变送器u2的基极电连接，所述三极管q1的发射极与所述电流环变送器u2的发射极电连接，所述电流环变送器u2的第一输出端与信号处理电路的电源输入端电连接，所述电流环变送器u2的第一输出端与电流反馈端之间电连接有所述电容c2，所述电流环变送器u2的第一输出端与所述稳压管q2的输入端电连接，所述稳压管q2的输出端与电流反馈端之间并联有所述电容c3和电容c4，所述稳压管q2的输出端作为第二输出端与所述主控制电路的电源输入端电连接，所述稳压管q2的接地端接地，所述电流环变送器u2的第三输出端与所述压力传感电路的电源输入端电连接，所述电流环变送器u2的第三输出端通过所述电阻r1与所述电流环变送器u2的电流输入端电连接，所述电流环变送器u2的电流反馈端接地。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述电流环变送器u2可以分别输出不同的电压，为所述信号处理电路和主控制电路分别提供相匹配的电源，保证整个电路正常工作。

进一步：所述压力传感电路包括电阻r3、电阻r4、电阻r5、电容c10、压力传感器rs、运算放大器u4，所述电源电路的第三输出端通过所述电阻r3与所述运算放大器u4的同相输入端电连接，所述运算放大器u4的同相输入端与地之间并联有所述电阻r4和电容c10，所述运算放大器u3的反相输入端通过所述电阻r5接地，所述运算放大器u3的反相输入端与输出端之间电连接有所述压力传感器rs，所述压力传感器rs的输出端与所述信号处理电路的输入端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：电源电路的第三输出端v3通过所述电阻r3和电阻r4分压，再经过所述电阻r3和电容c10组成的阻容吸收电路处理，并为所述运算放大器u4的同相输入端提供一个参考电压，将恒压源转换成恒流源，并为压力传感器rs供电，采用低功耗的运算放大器u4，实现低功耗。

进一步：所述信号处理电路包括电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电容c11、电容c12、电容c13和电容c14、运算放大器u5和运算放大器u6，所述压力传感器rs的一个输出端通过所述电阻r7与所述运算放大器u5的同相输入端电连接，所述运算放大器u5的同相输入端通过所述电容c12接地，所述运算放大器u5的反向输入端通过所述电阻r8接地，所述运算放大器u5的反向输入端与输出端之间电连接有所述电阻r9，所述运算放大器u5的输出端通过所述电阻r10与运算放大器u6的反向输入端电连接，所述运算放大器u6的反向输入端通过所述电阻r11与输出端电连接，所述运算放大器u6的同相输入端通过所述电阻r6与所述压力传感器rs的另一个输出端电连接，所述运算放大器u6的同相输入端通过所述电容c11接地，所述运算放大器u6的输出端与地之间顺次串联有所述电阻r12、电容c13、电容c14和电阻c13，所述电阻r12与所述电容c13的公共端与所述主控制电路的一路正信号输入端电连接，所述电阻r13和电容c14的公共端与所述主控制电路的一路负信号输入端电连接，所述运算放大器u5和电源输入端和运算放大器u6的电源输入端分别与所述电源电路的第一输出端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过低功耗的所述运算放大器u5和运算放大器u6，采用两次电路实现差分信号的比例运算，精确得到压力信号，并由主控制电路读取对应的压力值，降低了整个电路的功耗。

进一步：所述信号转换电路包括电阻r15、电阻r16、电容r15、电阻r16、电阻r17、电容c17、电容c18、电容c18和运算放大器u7，所述主控制电路的输出端与所述运算放大器u7的同相输入端之间顺次串联有所述电阻r15和电阻r16，所述电阻r15和电阻r16的公共端通过所述电容c15接地，所述运算放大器u7的同相输入端通过所述电容c16接地，所述运算放大器u7的反向输入端通过所述电阻r14接地，所述运算放大器u7的反向输入端与输出端之间并联有所述电容c17和电阻r17，所述运算放大器u7的电源输入端与所述电源电路的第一输出端电连接，所述运算放大器u7的输出端与地之间顺次串联有所述电阻r18和电容c18，且所述电阻r11和电容c15的公共端与所述电源电路的电流输入端电连接，所述电源电路的电流输出端与外部上位机电连接。

上述进一步方案的有益效果是：所述主控制电路输出的pwm信号通过电阻r15、电容c15、电阻r16、电容c16的二级rc滤波处理、转换成稳定的直流电压，然后通过运算放大器u6的信号放大，放大后的信号通过电阻r17和电容c17的滤波处理，输出稳定的较高电压再通过电阻r18转换成电流信号，直接将电流输入到电流环变送器u2、转换成标准的dc4-20ma。

进一步：所述的智能数显压力变送器电路还包括通讯电路，所述通讯电路分别与所述主控制电路和电源电路的第二输出端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述通讯电路将检测的压力信号直接传输至外部终端，从而方便外部终端直接读取实际监测的压力值，同时方便对产品量程范围进行校准。

进一步：所述的智能数显压力变送器电路还包括按键电路，所述按键电路与所述主控制电路和电源电路的第二输出端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：由于主控制电路的输入输出口的数量有限，特别是中断口有限，通过按键电路将信号输入到模拟量输入口，方便设置参数输入。

附图说明

图1为本发明的智能数显压力变送器电路结构示意图；

图2为本发明的电源保护电路、电源电路和信号转换电路的电路图；

图3本发明的压力传感电路和信号处理电路的电路图；

图4发明的主控制电路、通讯电路、显示电路和按键电路的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种智能数显压力变送器电路，包括电源保护电路、电源电路、主控制电路、压力传感电路、信号处理电路、信号转换电路和显示电路，外部电源与所述电源保护电路电连接，所述电源保护电路与所述电源电路电连接，所述电源电路分别与所述压力传感电路、信号处理电路、主控制电路和显示电路电连接，所述压力传感电路与所述信号处理电路电连接，所述信号处理电路与所述主控制电路电连接，所述主控制电路与所述显示电路电连接，所述信号转换电路分别与所述主控制电路和电源电路电连接。

本发明的智能数显压力变送器电路，通过所述电源保护电路对电源电路进行保护，并且通过电源电路分别为所述压力传感电路、信号处理电路和主控制电路供电，所述信号处理电路对压力传感电路检测的压力信号进行处理，并输出值至控制电路，以确定压力值，监测结果稳定、可靠，大大提高了产品的抗干扰能力，通过所述信号转换电路，可以将所述主控制电路输出的pwm信号转换为电流信号，并输入至电源电路，由所述电源电路输出标准的dc4-20ma电流，方便外部plc或者上位机接收，并进行自动化控制，整个电路体积小，安装方便，完全替代进口产品、并且降低成本。

如图2所示，在本发明提供的一个或多个实施例中，所述电源保护电路包括气体放电管gdt、保险丝ptc、瞬态抑制二极管tvs和二极管d1，所述气体放电管gdt两个电极分别与电源正极和电源电路的电流输出端对应电连接，所述气体放电管gtd的接地电极与外壳地电连接，电源正极通过所述保险丝ptc与所述瞬态抑制二极管tvs的负极电连接，所述瞬态抑制二极管tvs的正极与电源电路的电流输出端电连接，所述瞬态抑制二极管tvs的负极与二极管d1的正极电连接，所述二极管d1的负极与所述电源电路的输入端电连接。本发明中，所述电源保护电路采用宽电源设计，气体放电管gdt型号选用un3e5-230lsmd、有防雷击保护的作用，当雷击余压高速影响到电源线时，电源线的正极负极都有对地放电功能；自恢复保险丝ptc过流电流设计为100ma，当线路过流时，保险丝快速断开，而且事后能自恢复到正常导通状态；瞬态抑制二极管tvs型号选用smbj33ca，能提供电压冲击过高的浪涌保护，保护电压33v、避免浪涌冲击电压过高，损坏电源电路，通过所述二极管d1可以起到反接保护作用，保证电源的正负极接反时不损坏产品，产品不能正常工作，当接线恢复正常时能正常工作。

如图2所示，优选地，在本发明提供的一个或多个实施例中，所述电源保护电路还包括阻容吸收电路，所述阻容吸收电路包括电阻r0、电阻r0*、电容c0和电容c0*，所述电阻r0和电容c0顺次串联在电源正极和外壳地之间，所述电阻r0*和电容c0*顺次串联在电源电路的电流输出端和外壳地之间。通过所述阻容吸收电路可以对外部电源输入的电压信号进行滤波，除去信号中的杂波成分，保证输出信号的稳定性，既能提高抗干扰能力、本发明中所述电阻r0、电阻r0*都是100欧的贴片电阻，电容c0、电容c0*都是0.01uf/500v的贴片电容，又不影响产品的绝缘强度。

如图2所示，在本发明提供的一个或多个实施例中，所述电源电路包括电流环变送器u2、三极管q1、稳压管q2、电阻r1、电容c1、电容c2、电容c3和电容c4，所述电源保护电路的输出端分别与所述三极管q1的集电极和所述电流环变送器u2的电源输入端电连接，所述三极管q1的基极与所述电流环变送器u2的基极电连接，所述三极管q1的发射极与所述电流环变送器u2的发射极电连接，所述电流环变送器u2的第一输出端与信号处理电路的电源输入端电连接，所述电流环变送器u2的第一输出端与电流反馈端之间电连接有所述电容c2，所述电流环变送器u2的第一输出端与所述稳压管q2的输入端电连接，所述稳压管q2的输出端与电流反馈端之间并联有所述电容c3和电容c4，所述稳压管q2的输出端作为第二输出端与所述主控制电路的电源输入端电连接，所述稳压管q2的接地端接地，所述电流环变送器u2的第三输出端与所述压力传感电路的电源输入端电连接，所述电流环变送器u2的第三输出端通过所述电阻r1与所述电流环变送器u2的电流输入端电连接，所述电流环变送器u2的电流反馈端接地。通过所述电流环变送器u2可以分别输出不同的电压，为所述信号处理电路和主控制电路分别提供相匹配的电源，保证整个电路正常工作。本发明的实施例中，所述电流环变送器u2型号选用xtr115u，它不仅提供一个稳定的5v电源v1，直接给运算放大器u4、运算放大器u5、运算放大器u6和运算放大器u7供电、还通过稳压管q2提供一个稳定的3.3v电压v2给主控制电路供电，同时输出2.5v的稳定电压v3给压力传感电路提供参考电压。这里，所述稳压管q2可以采用as7133线性稳压芯片。

如图3所示，在本发明提供的一个或多个实施例中，所述压力传感电路包括电阻r3、电阻r4、电阻r5、电容c10、压力传感器rs、运算放大器u4，所述电源电路的第三输出端通过所述电阻r3与所述运算放大器u4的同相输入端电连接，所述运算放大器u4的同相输入端与地之间并联有所述电阻r4和电容c10，所述运算放大器u3的反相输入端通过所述电阻r5接地，所述运算放大器u3的反相输入端与输出端之间电连接有所述压力传感器rs，所述压力传感器rs的输出端与所述信号处理电路的输入端电连接。电源电路的第三输出端v3通过所述电阻r3和电阻r4分压，再经过所述电阻r3和电容c10组成的阻容吸收电路处理，并为所述运算放大器u4的同相输入端提供一个参考电压，将恒压源转换成恒流源，并为压力传感器rs供电，采用低功耗的运算放大器u4，实现低功耗。通过由四个电阻组成的惠斯通电桥作为压力传感器，可以准确将压力转化为电信号，从而输出至信号处理电路。

如图3所示，在本发明提供的一个或多个实施例中，所述信号处理电路包括电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电容c11、电容c12、电容c13和电容c14、运算放大器u5和运算放大器u6，所述压力传感器rs的一个输出端通过所述电阻r7与所述运算放大器u5的同相输入端电连接，所述运算放大器u5的同相输入端通过所述电容c12接地，所述运算放大器u5的反向输入端通过所述电阻r8接地，所述运算放大器u5的反向输入端与输出端之间电连接有所述电阻r9，所述运算放大器u5的输出端通过所述电阻r10与运算放大器u6的反向输入端电连接，所述运算放大器u6的反向输入端通过所述电阻r11与输出端电连接，所述运算放大器u6的同相输入端通过所述电阻r6与所述压力传感器rs的另一个输出端电连接，所述运算放大器u6的同相输入端通过所述电容c11接地，所述运算放大器u6的输出端与地之间顺次串联有所述电阻r12、电容c13、电容c14和电阻c13，所述电阻r12与所述电容c13的公共端与所述主控制电路的一路正信号输入端电连接，所述电阻r13和电容c14的公共端与所述主控制电路的一路负信号输入端电连接，所述运算放大器u5和电源输入端和运算放大器u6的电源输入端分别与所述电源电路的第一输出端电连接。通过低功耗的所述运算放大器u5和运算放大器u6，采用两次电路实现差分信号的比例运算，然后通过电阻r12和电容c13的rc滤波处理，精确得到压力信号，并直接输入到主控制电路的模拟输入口，并由主控制电路读取对应的压力值，降低了整个电路的功耗。

如图2所示，在本发明提供的一个或多个实施例中，所述信号转换电路包括电阻r15、电阻r16、电容r15、电阻r16、电阻r17、电容c17、电容c18、电容c18和运算放大器u7，所述主控制电路的输出端与所述运算放大器u7的同相输入端之间顺次串联有所述电阻r15和电阻r16，所述电阻r15和电阻r16的公共端通过所述电容c15接地，所述运算放大器u7的同相输入端通过所述电容c16接地，所述运算放大器u7的反向输入端通过所述电阻r14接地，所述运算放大器u7的反向输入端与输出端之间并联有所述电容c17和电阻r17，所述运算放大器u7的电源输入端与所述电源电路的第一输出端电连接，所述运算放大器u7的输出端与地之间顺次串联有所述电阻r18和电容c18，且所述电阻r11和电容c15的公共端与所述电源电路的电流输入端电连接，所述电源电路的电流输出端与外部上位机电连接。所述主控制电路输出的pwm信号通过电阻r15、电容c15、电阻r16、电容c16的二级rc滤波处理、转换成稳定的直流电压，然后通过运算放大器u6的信号放大，放大后的信号通过电阻r17和电容c17的滤波处理，输出稳定的较高电压再通过电阻r18转换成电流信号，直接将电流输入到电流环变送器u2、转换成标准的dc4-20ma。本发明中，通过改变pwm信号的占空比，调整电流环变送器u2的模拟输出信号，来实现对输出信号零点4ma、满度信号20ma的调整，也需要适当的匹配好运算放大器的放大倍数、才能正好实现输出信号范围的调整，输入信号的校准也要采用软件平台校准、来达到额定量程的校准匹配、而且必须采用多点式校准。一般两点式校准可以达到0.25％的精度、三点式校准可以达到0.1％的精度。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述主控制电路采用msp430系列微处理器，低电源电压1.8-3.6v都能工作，超低功耗，激活模式下的整个消耗电流只有0.22ma。内有3路具有差分可编程增益放大器输入的24位a/d转换器、完全能满足压力信号的24位a/d转换。同时微处理器u1还具有sbw在线调试接口、方便仿真调试。该微处理器及外围电路如图4所示。

如图4所示，优选地，在本发明提供的一个或多个实施例中，所述的智能数显压力变送器电路还包括通讯电路，所述通讯电路分别与所述主控制电路和电源电路的第二输出端电连接。通过所述通讯电路将检测的压力信号直接传输至外部终端，从而方便外部终端直接读取实际监测的压力值，同时方便对产品量程范围进行校准。本发明的实施例中，所述通讯电路采用rs485通讯接口芯片u3，型号为sp485，通过rs485通讯、modbus-rtu协议，直接读取实际监测的压力值和实际监测的温度值，同时还可以通过软件调试平台，实行对产品量程范围的校准。

本发明中，所述显示电路采用lcd液晶屏，可以实时显示实时压力值，方便直观的显示测量结果，最多5位显示，观察时带背光显示，其它时候直接节能模式，可以通过按键电路设置修改通讯波特率、通讯地址等参数。

优选地。在本发明提供的一个或多个实施例中，所述的智能数显压力变送器电路还包括按键电路，所述按键电路与所述主控制电路和电源电路的第二输出端电连接。由于主控制电路的输入输出口的数量有限，特别是中断口有限，通过按键电路将信号输入到模拟量输入口，方便设置参数输入。如图4所示所述按键电路包括依次串联的电阻r19、电阻r20、电阻r21、电阻r22、电阻r23和电阻r24分压，将信号输入到模拟量输入口、通过采集输入口的模拟量的值来确定对应的按键。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。