專利名稱：基于spi協(xié)議的智能變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于壓力、溫度、流量等的智能測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種智能變送器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的智能壓力變送器大多采用"壓力測(cè)量元件及溫度測(cè)量元件、信號(hào)處理電路、A/D 采集電路、微處理器補(bǔ)償調(diào)整和信號(hào)輸出電路"的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)往往需要使用壓力和溫度 兩個(gè)傳感器，不但增加了成本，而且由于壓力測(cè)量元件直接接觸測(cè)量介質(zhì)，而溫度測(cè)量元件 采用分立的器件，且通常放在變送器線路板內(nèi)，則會(huì)因器件發(fā)熱及散熱的因素，使的溫度傳 ，感器的測(cè)量值與介質(zhì)溫度存在較大差異，不能正確早映實(shí)際溫度，影響了后面微處理器的補(bǔ) 償；另外，傳統(tǒng)的智能變送器一般采用工業(yè)24V供電系統(tǒng)，在一些偏僻、遠(yuǎn)距離場(chǎng)合，供電 線路的鋪設(shè)困難；此外，許多智能變送器采用HART,RS232等工業(yè)通訊協(xié)議與上位機(jī)通訊， 這樣在一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合存在協(xié)議復(fù)雜、硬件成本上升的缺點(diǎn)，這就需要提供一種低功耗 電池供電，且能有效地解決介質(zhì)溫度測(cè)量誤差的新型智能變送器。2003年9月3閂公告的中 國(guó)專利02257528.6公開了一種智能溫濕度自補(bǔ)償傳感變送器，其包括高精度數(shù)字式溫度傳感 器、耐高濕濕敏電容、電容/頻率變換電路及測(cè)量周期生成電路、單片機(jī)、EEPROM存儲(chǔ)器、 RS485網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路及脈寬調(diào)制(PWM)以及電壓轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路，此智能溫濕度自補(bǔ)償 傳感變送器其協(xié)議復(fù)雜，硬件成本較高，且非電池供電，需鋪設(shè)供電線路，也無法實(shí)現(xiàn)溫度 和壓力測(cè)量值的雙輸出，其使用復(fù)雜，成本高。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服以上缺陷，提供一種基于SPI (串行外圍設(shè)備接口)協(xié)議的智 能變送器，此基于SPI協(xié)議的智能變送器使用先進(jìn)的超低功耗設(shè)計(jì)，電池供電，無需鋪設(shè)供 電線路，采用一個(gè)傳感器同時(shí)測(cè)量介質(zhì)溫度、壓力信號(hào)，通過自動(dòng)校零技術(shù)、軟件線形技術(shù) 和溫度補(bǔ)償技術(shù)，采用外部喚醒的通訊方式，使用SPI通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)一條指令同時(shí)輸出溫度、 壓力值兩個(gè)信號(hào)，即簡(jiǎn)化了通訊協(xié)議，又進(jìn)一步降低變送器功耗，且具有測(cè)量精度高，協(xié)議 簡(jiǎn)單，硬件成本低，電池供電，無需鋪設(shè)供電線路號(hào)，使用簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下
一種基于SPI協(xié)議的智能變送器，包括傳感器及與其相連接的溫度測(cè)量電阻，線路主板， 其特征是線路主板包括微處理器，AD信號(hào)轉(zhuǎn)換器和SPI接口電路。
所述的基于SPI協(xié)議的智能變送器，傳感器采用3.6V高能鋰電池供電的擴(kuò)散硅壓力傳感
班 奮。
所述的基于SPI協(xié)議的智能變送器，傳感器外部或整個(gè)變送器外部設(shè)有亞弧燥接技術(shù)制成的殼體。
所述的基于SPI協(xié)議的智能變送器，線路主板采用專用集成電路和表面貼封技術(shù)制成。
所述的基于SPI協(xié)議的智能變送器，線路主板可設(shè)置濾波電路。
所述的基于SPI協(xié)議的智能變送器，線路主板可設(shè)置ESD保護(hù)電路。
所述的基于SPI協(xié)議的智能變送器，傳感器或整個(gè)變送器外部的殼體采用不銹鋼材料。
這樣在使用時(shí)，傳感器采用恒壓供電方式，利用其橋壓良好的溫度特性，在溫度變化時(shí) 測(cè)溫電阻電壓大小與測(cè)量介質(zhì)成線性關(guān)系，再經(jīng)過微處理器的特定算法來補(bǔ)償橋壓變化所引 起的壓力輸出誤差，獲得精確的溫度值，同時(shí)采集壓力引起的橋壓變化，獲得壓力輸出電壓， 經(jīng)過溫度補(bǔ)償處理后，輸出標(biāo)準(zhǔn)壓力值，通過以上方案，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)傳感器同時(shí)輸出壓力和
溫度信號(hào)；微處理器i寸采集的溫度壓力信號(hào)進(jìn)行線性補(bǔ)償修正，再利用^集的溫度信號(hào)對(duì)傳 感器的溫漂自動(dòng)補(bǔ)償，可以有效提高傳感器精度，所有修正的數(shù)據(jù)保存在微處理器的 EEPROM (電可擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器)中，永久的存儲(chǔ)計(jì)算出來的修正系數(shù)，且不受斷電 的影響；將經(jīng)過上述步驟采集的兩路信號(hào)處理成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)楨格式；通過主機(jī)喚醒的方式， 采用SPI通訊方式，向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，采用這種數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性，降低了無 信號(hào)時(shí)的空等待時(shí)間，從而進(jìn)一步降低了功耗；傳感器采用3.6V高能鋰電池供電；利用微處 理器靈活的時(shí)鐘電路，使系統(tǒng)空閑狀態(tài)處于超低功耗模式，工作狀態(tài)下，提高處理器時(shí)鐘頻 率，提高信號(hào)處理速度，減少處理時(shí)間；另外，濾波電路可排除通過電磁耦合到系統(tǒng)中的干 擾信號(hào)，ESD (靜電放電)保護(hù)電路可防止因靜電感應(yīng)破壞板電路，良好的保護(hù)電路為變送 器在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定可靠工作提供了前提，其傳感器、變送器殼體采用亞弧燥接技術(shù)，可有 效地防水。
本實(shí)用新型的基于SPI協(xié)議的智能變送器采用超低功耗設(shè)計(jì)，利用傳感器本身的橋阻溫 度特性'通過軟件補(bǔ)償算法測(cè)量介質(zhì)溫度，通過自動(dòng)校零技朵、軟件線形、溫度補(bǔ)償來有效提 高變送器精度，此外，其采用外部喚醒技術(shù)進(jìn)一步降低功耗，并且使用SPI通訊協(xié)議與上位 機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)一條指令讀取溫度、壓力值的雙輸出的目的，大大簡(jiǎn)化了通訊協(xié)議，具有協(xié)議 簡(jiǎn)單，自動(dòng)溫度補(bǔ)償，自動(dòng)校零，測(cè)量精度及測(cè)量準(zhǔn)確性高，抗干擾能力強(qiáng)，硬件成本低， 電池供電，無需鋪設(shè)供電線路，使用簡(jiǎn)便，成本低，工作壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于壓力、 溫度、流量等的智能測(cè)量。


圖1是基于SPI協(xié)議的智能變送器傳感器結(jié)構(gòu)圖2是基于SPI協(xié)議的智能變送器工作主程序流程圖3是基于SPI協(xié)議的智能變送器工作中斷主程序流程圖； 圖4是基于SPI協(xié)議的智能變送器通訊時(shí)序圖；圖5是基于SPI協(xié)議的智能變送器測(cè)溫原理通訊協(xié)議示意圖； 圖6是基于SPI協(xié)議的智能變送器測(cè)溫原理時(shí)序圖； 圖7是基于SPI協(xié)議的智能變送器測(cè)溫原理流程圖。
其中，l壓環(huán)，2膜片，3硅芯片，4塑料襯座，5傳感器基座，6塑料導(dǎo)壓嘴，7厚膜陶 瓷補(bǔ)償電路，8導(dǎo)電帶。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明
如圖1至圖7所示， 一種基于SPI協(xié)議的智能變送器，包括傳感器及其溫度測(cè)量電阻和 線路主板，其線路主板包括微處理器，AD纟模擬/數(shù)字)信號(hào)轉(zhuǎn)換器和SPI接口電路，傳感 器采用3.6V高能鋰電池供電的擴(kuò)散硅壓力傳感器，線路主板采用專用集成電路和表面貼封技 術(shù)制成，線路主板設(shè)置濾波電路和ESD保護(hù)電路，外部設(shè)有亞弧焊接技術(shù)制成的不銹鋼殼體， 其中傳感器由壓環(huán)l、膜片2、硅芯片3、塑料襯座4、傳感器基座5、塑料導(dǎo)壓嘴6、厚膜陶 瓷補(bǔ)償電路7和導(dǎo)電帶8組成。
這樣在工作時(shí)，作為前端敏感元件的傳感器，其上的膜片受測(cè)量介質(zhì)壓力的作用產(chǎn)生形 變，將壓力信號(hào)傳遞給傳感器內(nèi)部硅芯片，同時(shí)轉(zhuǎn)化為mV信號(hào)，mV值的大小與壓力的大 小成線形關(guān)系；電路中，在電橋低壓側(cè)串聯(lián)一個(gè)電阻R，從而得到一個(gè)溫度相關(guān)電壓，增加 這個(gè)電阻會(huì)減小電橋電壓，從而減小其輸出，減小的幅度一般不大，只需略微增加增益或減 小參考電壓就足以對(duì)其加以補(bǔ)償；溫度上升時(shí)，電橋電阻的上升使電橋上的電壓降也上升， 這種電橋電壓隨溫度的變化形成了一個(gè)附加的橋壓溫度系數(shù)項(xiàng)，且該值為正值，而傳感器的 固有TCS值(傳感器的靈敏度溫度系數(shù))是負(fù)數(shù)，這樣將一個(gè)電阻與傳感器串聯(lián)實(shí)際上即減 小了未經(jīng)補(bǔ)償?shù)腡CS誤差，侖上面的校準(zhǔn)技術(shù)仍然有效，只是需要補(bǔ)償?shù)恼`差略'小了一些； 然后通過多路開關(guān)分時(shí)采樣溫度壓力信號(hào)，模擬信號(hào)通過程控放大器放大后，通過16位高精 度ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，通過內(nèi)部的線形補(bǔ)償處理，溫度補(bǔ)償處理，量程轉(zhuǎn)換 輸出標(biāo)準(zhǔn)的溫度壓力信號(hào)；濾波電路可排除通過電磁耦合到系統(tǒng)中的干擾信號(hào)，ESD保護(hù)電 路可防止因靜電感應(yīng)破壞板電路；傳感器、變送器殼體采用亞弧焊接技術(shù)，可有效地防水。
由于采用超低功耗設(shè)計(jì)，微處理大多數(shù)時(shí)間處于睡眠模式，利用中斷驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)流程，每 隔一段時(shí)間傳感器進(jìn)行一次自診斷，所得參數(shù)自動(dòng)存儲(chǔ)在EEROM中，調(diào)電后參數(shù)不受影響。 在外部觸發(fā)信號(hào)下，系統(tǒng)喚醒，采樣處理數(shù)據(jù)，生成指定數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)楨，處理完成后設(shè) 置結(jié)束標(biāo)志，在外部脈沖信號(hào)下傳送數(shù)據(jù)，因此大大降低了整個(gè)系統(tǒng)的功耗，有效延長(zhǎng)了電 池的使用時(shí)間，此變送器采用遠(yuǎn)程喚醒的工作模式，既能夠很好的解決上位機(jī)采樣的需要， 又能降低功耗。
權(quán)利要求1、一種基于SPI協(xié)議的智能變送器，包括傳感器及與其相連接的溫度測(cè)量電阻，線路主板，其特征是線路主板包括微處理器，AD信號(hào)轉(zhuǎn)換器和SPI接口電路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SPI協(xié)議的智能變送器，其特征是傳感器采用3.6V高能 鋰電池供電的擴(kuò)散硅壓力傳感器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SPI協(xié)議的智能變送器，其特征是傳感器或整個(gè)變送器外部設(shè)有亞弧焊接技術(shù)制成的殼體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SPI協(xié)議的智能變送器，其特征是線路主板采用專用集成電路和表面貼封技術(shù)制成。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SPI協(xié)議的智能變,器，其特征是線路主板設(shè)置濾波電路。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SPI協(xié)議的智能變送器，其特征是線路主板設(shè)置ESD保護(hù)電路。
專利摘要本實(shí)用新型屬于壓力、溫度、流量等的智能測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種基于SPI協(xié)議的智能變送器。包括傳感器及其溫度測(cè)量電阻和線路主板，其特征是線路主板包括微處理器，AD信號(hào)轉(zhuǎn)換器和SPI接口電路，傳感器采用3.6V高能鋰電池供電的擴(kuò)散硅壓力傳感器，其傳感器外部或整個(gè)變送器外部設(shè)有亞弧焊接技術(shù)制成的殼體，線路主板采用專用集成電路和表面貼封技術(shù)制成，線路主板可設(shè)置濾波電路，線路主板可設(shè)置ESD保護(hù)電路。此基于SPI協(xié)議的低功耗雙輸出智能變送器具有協(xié)議簡(jiǎn)單，硬件成本低，電池供電，無需鋪設(shè)供電線路，使用簡(jiǎn)便，成本低的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于壓力、溫度、流量等的智能測(cè)量。
文檔編號(hào)G01D5/14GK201297934SQ20082018751
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2008年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日
發(fā)明者付師杰, 曹慶偉, 亮 高 申請(qǐng)人:西安先行測(cè)控系統(tǒng)有限公司淄博分公司