摘要：跟着工业使用对信号检测与传输的要求不断进步，新式智能外表将在商场中占有越来越重要的方位。本文在剖析压力变送器根本作业原理的根底上，针对新形势下的出产要求，规划了根据MSC-51单片机的智能压力变送器的数据收集电路、看门狗电路以及接口电路。并规划了相应的数据收集算法、通讯协议以及其他软件功用。
要害词：单片机；压力变送器；数字化智能外表；数据收集电路
1983年，美国霍尼韦尔公司向制作工业首先推出了以单片机为中心的新一代智能型压力变送器，这标志着模仿外表向数字化智能外表的改变。现在，高功用单片机的推出以及通讯、微电子等相关职业的鼓起，使得单片机测控外表技能迈上了新的台阶，并广泛地使用到工业出产、科学研究、民用电气和电站作业监控外表等各个领域。智能化外表所具有的丈量进程主动化、对丈量成果的数据处理以及功用上的多样化是传统模仿式外表无法比拟的优势。
一套完好的智能化丈量操控外表的组成可包含单片机、A／D、D／A转化接口，键盘输入接口，显现器与打印机输出接口以及通讯接口和片外扩展存储器几个部分。其间单片机是智能化丈量操控外表的中心，是整套外表的“心脏”，其功用直接决议了整套体系的功用。
1 根据MSC-51单片机的智能压力变送器
压力变送器是工业进程中重要的根底主动化设备之一，首要完结压力信号的丈量和改换处理。智能式压力变送器是由压力传感器和微处理器相结构而成的。因为微处理器具有各种软件和硬件功用，因而它能够完结传统变送器难以完结的使命。所以智能式变送器降低了传感器的制作难度，并在很大程主上进步了传感器的功用。智能压力变送器作业原理如图1所示。
2 硬件电路规划
智能压力变送器的硬件电路首要包含数据收集电路规划、看门狗电路规划、总线接口及外设接口电路规划等部分，其构成如图2所示。
2．1 数据收集电路
数据收集电路由1B31，18位A／D转化器AD1170以及单片机一起构成，结构如图3所示。将一只满量程输出电压为10 mV的压力变送器接到1B31上，设定1B31的增益为500倍，输出电压规模便是0～5 V。鼓励电压设定为+5 V，为了能进行比率运算，这个电压还作为AD1170的基准电压，经过初始化ECAL指令可将该电压作为AD1170的满量程输入电压，再经过周期性校准使A／D转化器能跟从基准电压的改变，具有比率输出特性。因为选用了低通滤波和A／D转化技能，因而该体系具有很高的共模抑制比。
2．2 复位及作业监督电路
工业环境中的搅扰大多是以窄脉冲的办法呈现，而终究导致程序“跑飞”或进入“死循环”。为使这种“跑飞”的程序主动康复，从头正常作业，一种有用的办法是选用硬件“看门狗”(Watchdog Timer)技能。使用看门狗后，若程序发生“死机”，则看门狗发生复位信号，引导单片机程序从头进入正常作业。因为MCS-51单片机内部没有集成独立的监督守时器，也便是看门狗，所以有必要外接监督电路以进步体系的可靠性。看门狗电路可选用专用%&&&&&%芯片MAX813L，如图4所示。MAX813L集成了看门狗与电压监控功用，并具有独自的人工复位功用，其引脚摆放如图5所示。
2．3 总线接口电路规划
该部分电路为通讯协议物理层硬件规划。其间光电阻隔部分选用高光速电耦合器6N137，以习惯高速串行数据通讯要求，进步通讯电路的抗搅扰才能；接口部分选用ADM487芯片，这是一种RS-485接口芯片，如图6所示。该芯片在传输率为250kpbs的情况下可传输的最远间隔为1．5KM，可完结TTL电平与RS-485电平之间的转化。选用RS-485规范是因为RS-485是现在盛行的一种布网办法，其特色是施行简略便利，在很长一段时间内RS-485还将是最首要的组网办法。
2．4 V／I改换电路规划
该部分电路首要由多通道模仿开关，采样坚持器及扩大电路组成，具有多路转化，采样坚持以及V／I改换功用。因为对输出电压等比扩大较为困难，故先将数字电压信号经过DAC接口，再经过V／I改换，转化为电流量，为后续处理提供便利。V／I改换选用负载共源计划，如图7所示。
2．5 外设接口电路规划
外设接口电路首要包含显现屏、键盘、打印机等输入输出设备的电路规划，可根据总线接口的排布以及用户的需求灵敏规划。
3 软件电路规划
智能压力变送器的软件部分选用MCS-51汇编语言、模块化程序规划办法，首要有监控程序模块、信号调度模块、数据收集与处理模块、信号输出模块、通讯模块、键盘扫描模块等。
3．1 程序监控模块
该体系中，监控程序是操控单片机体系按预订操作办法作业的程序，是悉数体系程序的根底结构，如图8所示。其首要使命是完结体系自检、初始化、处理接口指令、处理条件触发并完结显现功用。在监控程序中，为及时呼应其他仪器的通讯要求，应将通讯功用的优先级置为最高，以下依次为守时收集数据、数据输出等。全体而言，监控程序选用优先调度型作业形式，即遵从优先级作业。
3．2 数据收集模块
在数据收集方面，该体系使用单片机强壮的数据处理才能，对数据收集的进程进行优化，以确保数据的可靠性。
1)选用限幅滤波法消除较大脉冲的搅扰，详细是对已滤波的采样成果Yn-1……Y1作如下处理：
其间，a为相邻两个采样值的最大答应增量，其详细数值由Y的改变速率及采样周期确认。精确的估量这两个参数以确认a值是本算法的要害。
2)选用主动校准算法安稳传感器的线性度。主动校准首要处理的是斜率问题。可分为硬件办法或软件办法，考虑到被测对象是压力这一特色，本体系选用软件办法完成。经过双字节乘／除子程序来核算系数K。因为不同的传感器的压力与转化电压联系有必定的分散性，关于实测值为X，规范值为Y，的体系，设系数为K。则K=1-Y／X，校准值=X-K*X。
3)选用自校对算法消除零点漂移的影响，以确保数据的精确性。设总的A／D转化输出为N，对应t1、t2、t3时间的漂移电压为Vos1、Vos2、Vos3，按下式处理：
4)为更好消除脉冲搅扰的影响，体系选用去极值均匀滤波法，即接连采样7次，累加求和的一起找出最大值和最小值，并从累加和中减去这两个成果，终究按5个采样值求得均匀值作为终究的有用值。
3．3 抗搅扰软件模块
为避免程序的跑飞，除了在硬件上接入看门狗外接电路以监控程序作业，也应该一起在软件规划时参加一些抗搅扰功用。能够选用冗余指令、软件圈套、以及看门狗喂狗程序完成程序的自监控、自复位，进步程序全体的安稳性。
1)冗余指令法
该办法能够使程序在跑飞时，在履行单字节的指令后主动归入正轨。因而应多用单字节的指令，在能够决议程序流向的重要指令前加两条NOP指令，构成指令冗余，例如：
NOP
NOP
LJMP(RET／JZ／JNZ／LCALL等指令均可)DELAY；延时子程序
2)软件圈套
当程序坐落非程序区(闲暇EPROM段，表格段等)时，冗余指令法将失掉效果，此刻能够构建一个软件圈套，将跑飞的程序引导到一个指定方位，并设定专门的处理程序来处理。
NOP
NOP
LJMP ERR1： 1号错误处理程序进口
4 结束语
在剖析压力变送器根本作业原理的根底上，规划了一种根据MSC-51单片机的智能压力变送器。它充分使用了微处理器的运算和存储才能，可对传感器的数据进行处理，包含对丈量信号的调度、数据显现、主动校对和主动补偿。规划了包含根据1831．18位A／D转化器AD1170的数据收集电路、根据MAX813L的看门狗电路以及根据ADM487的RS-485总线接口电路，并给出相应的软件规划思路，翔实的采样算法和抗搅扰模块指令。
