【正文】 多類型信號輸出的力傳感器信號變送器摘要：本文設(shè)計了一款基于CAN總線的多類型信號輸出的力傳感器信號變送器，本人在閱讀大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對硬件電路做了系統(tǒng)分析，設(shè)計了電源電路、數(shù)據(jù)獲取和采集電路以及串行通信接口設(shè)計電路，在電源電路的設(shè)計中，采用了MAX1677 作為電源部分的核心器件，得到電源部分設(shè)計要求為+3V輸入，+5V和+；在數(shù)據(jù)獲取和采集電路的設(shè)計中，采用了多諧振蕩器和非多諧振蕩器的設(shè)計，達(dá)到了數(shù)據(jù)獲取和采集的目的，在串行通信接口設(shè)計中，利用RS 485 實現(xiàn)單片機(jī)與 PC 機(jī)遠(yuǎn)距離通信的一種接口, 在不使用調(diào)制解調(diào)器的情況下, 使用小于 100kbps 波特率時, 信號可傳輸1200m,本系統(tǒng)傳輸速率為 9600bps。最后以CAN工業(yè)總線為基礎(chǔ)，在Keil C環(huán)境下做了通信試驗，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。關(guān)鍵詞：信號變送器，CAN總線，Keil C環(huán)境第一章 緒論 研究背景近年來，隨著傳感器和變送器的迅速崛起，工業(yè)自動化的發(fā)展，傳感器信號變送器的應(yīng)用越來越廣泛。傳感器信號變送器日益深刻的在改善著工業(yè)自動化領(lǐng)域的生產(chǎn)方式，已經(jīng)成為工業(yè)自動化方面不可或缺的一部分。力傳感器信號變送器日益成為工業(yè)數(shù)據(jù)采集的最佳渠道，并逐步進(jìn)入傳統(tǒng)的流通領(lǐng)域。傳感器信號變送器在自動化領(lǐng)域的不斷發(fā)展，越來越多的客戶在工業(yè)生產(chǎn)中需要多種可選的輸出信號類型來采集便捷的數(shù)據(jù)。根據(jù)ARC咨詢集團(tuán)變送器世界調(diào)查報告顯示,。2004年中國的變送器市場接近l億3500萬美元,而到2009年,中國的變送器市場到達(dá)了2億3100萬美元。 研究意義本論文目的是設(shè)計出多類型信號輸出的力傳感器信號變送器。設(shè)計模塊的軟硬件，對傳感器的信號進(jìn)行高精度采集與處理，模塊對外采用標(biāo)準(zhǔn)接口；設(shè)計模塊的軟件，要求能通過PC機(jī)對采集模塊的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行配置并保存，能通過PC機(jī)實現(xiàn)傳感器的系統(tǒng)校準(zhǔn)；設(shè)計的多類型信號輸出的力傳感器信號變送器要求能標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)變送信號產(chǎn)生，能夠通過相關(guān)總線將信號通過有線方式遠(yuǎn)傳，并要求設(shè)計無線數(shù)據(jù)傳輸鏈路，使力傳感器信號變送器實現(xiàn)短距離無線數(shù)據(jù)通信。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外,美國、德國及日本等國家,很早之前就把傳感器技術(shù)列為重點開發(fā)的技術(shù)之一。早在上世紀(jì)80年代,美國就已宣稱人類社會進(jìn)入傳感器時代,2000年時美國空軍舉出的15項有助于提高21世紀(jì)空軍能力的關(guān)鍵技術(shù)中,傳感器技術(shù)位列第二。日本也把計算機(jī)、通信、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)和傳感器列為六大核心技術(shù),日本科學(xué)技術(shù)廳制訂的90年代重點科研項目,超過四分之一與傳感器緊密相關(guān)。目前,國外的壓力傳感器技術(shù)水平已經(jīng)很高,主要表現(xiàn)在:1)精度高,測量范圍廣。%。%%。%,%,%,測量范圍和工作溫度跨度也十分可觀。2)小型化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。3)可靠性高、穩(wěn)定性好。敏感元件可靠度高達(dá)89級。4)品種多、更新?lián)Q代快。國外傳感器品種超過2萬余種,產(chǎn)品更新?lián)Q代時間一般不超過23年。在國內(nèi),我國起步略晚于國外,MEMS技術(shù)不夠成熟,傳感器行業(yè)整體規(guī)模相對較小。上世紀(jì)70年代初,我國開始逐步研究集成壓阻式壓力傳感器,并于1974年研制出國內(nèi)第一代圓膜片式鞋壓阻式壓力傳感器。90年代后,高精度壓力傳感器是我國研究的重要方向。目前國內(nèi)從事傳感器研發(fā)生產(chǎn)的廠家已達(dá)1300余家。但是產(chǎn)品種類僅有300余種,是現(xiàn)有傳感器種類總量的七分之一。大部分廠家規(guī)模小,技術(shù)設(shè)備落后,整體上與世界先進(jìn)國家或企業(yè)相比,科研水平落后510年,生產(chǎn)水平更是落后1020年。在產(chǎn)品的更新?lián)Q代方面,速度落后幾個周期。這些現(xiàn)狀導(dǎo)致國內(nèi)的傳感器產(chǎn)品種類十分不全,產(chǎn)量過低,因此遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足國內(nèi)需求。 由于我國工業(yè)基礎(chǔ)比較落后,能夠自主開發(fā)微位移電子式壓力變送器能力的企業(yè)非常的少,其中絕大部分選擇了引進(jìn)技術(shù)或者合資組裝的方式進(jìn)行生產(chǎn)，例如北京遠(yuǎn)東儀表廠、西安儀表廠在80年代,上海自動化儀表一廠在20世紀(jì)90年代初,都選擇了從美國Rosemount公司引入1151系列的電容式壓力傳感器變送器。橫河公司與四川儀表總廠合資成立了重慶川儀橫河公司(后改成重慶橫河川儀公司),進(jìn)行生產(chǎn)EJA系列變送器，同時通過橫河公司及川儀總廠在中國的銷售網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行推銷,年銷售額快速增長,其銷售的勢頭甚至超過了著名的羅斯蒙特公司旗下的變送器類產(chǎn)品。ABB公司在1999年推出柳20O0T智能變送器后與上海威爾泰公司合資建立生產(chǎn)線,并己經(jīng)取得了年銷售數(shù)萬臺的業(yè)績。近年來,由于跨國公司在中國變送器的銷售量大幅增長,除了日本富士與浙大中控儀表公司合作生產(chǎn)CXT變送器之外,西門子、德國E+H、ABB均己在中國建立自己的變送器生產(chǎn)線。上海光華儀表廠依靠自己力量于1981年成功開發(fā)了相當(dāng)于1151系列的cEc系列電容式壓力變送器。第二章 信號變送器簡介 信號變送器的原理信號變送器是一種對各種信號進(jìn)行處理的設(shè)備，如溫度信號、電流、電量信號等，它的工作原理：開始要將儀表或變送器的信號，經(jīng)過半導(dǎo)體器件進(jìn)行調(diào)制變換，隨后使用磁感或光感器件來進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，之后再解調(diào)變換回隔離之前的原信號，同時對隔離之后信號的供電電源做隔離處理，用來保證變換后的信號、電源、地之間的絕對的獨立。 信號變送器的種類（1）隔離器：為了加大儀表的負(fù)載能力并同時確保連接同一信號的儀表之間不存在干擾，使電氣安全性能得到提高，工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)該將輸入的電流、電壓或電阻、頻率等信號進(jìn)行采集、運(yùn)算、放大、以及進(jìn)行抗干擾處理之后，再輸出隔離的電壓和電流信號，安全的傳送到二次儀表或plc\dcs使用。（2）配電器：一般工業(yè)現(xiàn)場需要采取兩線制的傳輸方式，不只是要為一次儀表如變送器等提供24V的電源，還必須要對輸入進(jìn)來的電流信號作采集、運(yùn)算、放大、以及抗干擾處理之后，才能輸出隔離的電壓和電流信號，以供下一級的二次儀表等進(jìn)行使用。 （3）安全柵：部分特殊的工業(yè)現(xiàn)場不僅僅對兩線制傳輸有需求，他們需要既提供配電電源又提供信號隔離的功能，同時必須要具有火花防爆的安全性能，能夠可靠地抑制電源的功率、防止地、信號及電源之間的點火，降壓、限流雙重限制信號和電源的回路，最大限度的確保安全。第三章 硬件電路設(shè)計. 系統(tǒng)分析智能傳感器基本的結(jié)構(gòu)如圖 21 所表示。該智能傳感器系統(tǒng)由傳感器接收設(shè)備與測量設(shè)備兩個部分所構(gòu)成，其中在工業(yè)現(xiàn)場設(shè)置傳感器測量設(shè)備，而接收設(shè)備直接與上位機(jī)通過485 模塊相連，數(shù)據(jù)的收發(fā)由上位機(jī)來控制。接收設(shè)備與測量設(shè)備之間的無線通訊通過射頻通訊模塊來進(jìn)行。兩者的大體結(jié)構(gòu)相同，主要分為如下幾個大的部分：射頻通訊模塊、主控模塊、數(shù)據(jù)存儲單元、液晶顯示模塊、鍵盤、電源模塊等。此外接收設(shè)備還包含了 485 通訊模塊，它的作用是和上位機(jī)進(jìn)行通訊；而傳感器設(shè)備的主控模塊有傳感元