1、壓力變送器總體設計
流體壓力變送器由采集壓力波動(dòng)的壓力傳感器、信號處理的A/D轉換器、接收轉換數據并處理的STM32電路和顯示數字壓力值的OLED顯示屏4個(gè)部分組成。
系統獨特性體現在以下3個(gè)方面：①將壓力傳感器輸出信號與STM32的快速處理能力相結合；②通過(guò)外接高精度A/D轉換芯片完成對壓力傳感器輸出模擬電壓信號的模數轉換；③通過(guò)軟件平均濾波方法對系統輸出電壓進(jìn)行補償，進(jìn)一步提高系統的檢測精度。
系統工作過(guò)程：①壓力傳感器通過(guò)四線(xiàn)橋式電路設計測出水流壓力的波動(dòng)變化；②通過(guò)與壓力傳感器相連的A/D轉換器經(jīng)橋式電路輸入電壓模擬信號，經(jīng)信號處理后，通過(guò)SPI總線(xiàn)傳給STM32；③STM32根據計算公式處理A/D轉換器的電壓值，并通過(guò)OLED屏實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。
2、壓力變送器硬件設計
系統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定電源，壓力傳感器先進(jìn)行數據采集，經(jīng)A/D轉換電路的信號處理后送入STM32再次進(jìn)行濾波處理，最后通過(guò)OLED輸出顯示數字電壓值。
2.1 電源供電
考慮到監測水流壓力波動(dòng)時(shí)電線(xiàn)供電不方便，所以本文采用3.6V鋰電池給整個(gè)系統供電。電池給STM32和A/D轉換器供電，A/D轉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
根據流體在供水管道中壓力波動(dòng)較小的特點(diǎn)，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。該傳感器具有結構簡(jiǎn)單、操作方便、采樣精度高、受溫度影響小等優(yōu)點(diǎn)，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轉換電路
由于供水流量變化較固定且供水管道壓力波動(dòng)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測，其精密程度達到16位，最高采樣頻率達到512 kHz，多路復用器可實(shí)現任意組合通道的數據采集。
為配合壓力傳感器的四線(xiàn)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(xiàn)引出，測試ADS1120是否正常工作。STM32通過(guò)SPI總線(xiàn)接口與ADS1120進(jìn)行數據交互。在SPI通信端口中，ADS1120的CS是器件片選端口，DRDY是數據轉換狀態(tài)的標志端口。