1、壓力變送器總體設計

流體壓力變送器由采集壓力波動的壓力傳感器、信號處理的A/D轉(zhuǎn)換器、接收轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并處理的STM32電路和顯示數(shù)字壓力值的OLED顯示屏4個部分組成。

系統(tǒng)性體現(xiàn)在以下3個方面：①將壓力傳感器輸出信號與STM32的快速處理能力相結(jié)合；②通過外接高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片完成對壓力傳感器輸出模擬電壓信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換；③通過軟件平均濾波方法對系統(tǒng)輸出電壓進行補償，進一步提高系統(tǒng)的檢測精度。

系統(tǒng)工作過程：①壓力傳感器通過四線橋式電路設計測出水流壓力的波動變化；②通過與壓力傳感器相連的A/D轉(zhuǎn)換器經(jīng)橋式電路輸入電壓模擬信號，經(jīng)信號處理后，通過SPI總線傳給STM32；③STM32根據(jù)計算公式處理A/D轉(zhuǎn)換器的電壓值，并通過OLED屏實時顯示出來。

2、壓力變送器硬件設計

系統(tǒng)硬件主要由金屬電阻應變式壓力傳感器、信號處理電路、顯示電路以及電源電路組成。電源模塊為各模塊提供穩(wěn)定電源，壓力傳感器行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路的信號處理后送入STM32再次進行濾波處理，通過OLED輸出顯示數(shù)字電壓值。

2.1 電源供電

考慮到監(jiān)測水流壓力波動時電線供電不方便，所以本文采用3.6V鋰電池給整個系統(tǒng)供電。電池給STM32和A/D轉(zhuǎn)換器供電，A/D轉(zhuǎn)換器的激勵電流給壓力傳感器恒流供電。

2.2 壓力傳感器選型

根據(jù)流體在供水管道中壓力波動較小的特點，選用在高濕度環(huán)境下能適應小信號的金屬電阻應變式壓力傳感器。該傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、采樣精度高、受溫度影響小等優(yōu)點，適合高濕度環(huán)境下的信號測量。本文選用MPM281VC型壓力敏感元件，其為恒壓供電、標準輸出，且全部為不銹鋼材質(zhì)，適合多種流體介質(zhì)。

2.3 A/D轉(zhuǎn)換電路

由于供水流量變化較固定且供水管道壓力波動信號較小，所以本文選用一款適合小信號測量的ADS1120芯片用于供水管道流體壓力監(jiān)測，其精密程度達到16位，采樣頻率達到512 kHz，多路復用器可實現(xiàn)任意組合通道的數(shù)據(jù)采集。

為配合壓力傳感器的四線橋式接口，要設計與之對應的電阻橋式測量電路。本文將AIN0通道作為恒流電壓輸入端口，AIN2通道和AIN3通道分別作為負信號端口和正信號端口，從AIN1通道處飛線引出，測試ADS1120是否正常工作。STM32通過SPI總線接口與ADS1120進行數(shù)據(jù)交互。在SPI通信端口中，ADS1120的CS是器件片選端口，DRDY是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)的標志端口。