基于CAN總線的高精度數字壓力變送器的設計

作者：時間：2010-08-09 來源：網絡

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0引言

壓力傳感器是工業現場最為常用的一種傳感器，廣泛應用于水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶機床、管道等各種工業控制環境。‘常見的壓力傳感器包括應變片壓力傳感器、陶瓷壓力傳感器、擴散硅壓力傳感器、壓電壓力傳感器、藍寶石壓力傳感器等。目前，市場上大多數的壓力變送器以模擬量輸出為主，還有少部分是基于H art協議的智能壓力變送器。而在當今測控領域中，兒乎全部采用數字化處理，用戶需要先將模擬量轉換成數字量[‘{。因此，在測量壓力時，最少需要經過1次A/ D轉換，甚至2次A/ D轉換加1次D/ A轉換，而A_模擬信號的傳輸過程中也會引入干擾和損失，即使精度再高的模數和數模轉換都會導致較大的測量誤差。而數字化的壓力變送器可以省去模擬信號的傳輸和不必要的模數和數模轉換。因此，本文將介紹一種數字壓力變送器的設計，該壓力變送器基于CA N總線[2{傳輸，測量精度較高。

1壓力變送器硬件設計

基于CAN總線的高精度數字壓力變送器的原理框圖如圖1所示。該壓力變送器主要包括壓力信號測量與調理部分、數字處理部分、CAN總線傳輸部分。

型不銹鋼壓力芯體，它是采用微機械加工技術制造而成的硅壓阻式壓力傳感器。傳感器芯片[3{貼裝于TO型基座上，并在膜片和傳感芯片之問充有少量的硅油，硅油在膜片與壓阻式傳感器之問傳遞壓力，最大輸出信號為100 mV，內部輸入阻抗典型為3 500 }。

壓力傳感器的等效電路如圖2所示。從圖2可看出，壓力傳感器內部可以看成是一個惠斯通電橋，激勵電源可以選擇恒壓源或恒流源，采用恒流源可以有效克服激勵電源波動等干擾造成的測量誤差。
當激勵電流為1 mA時，壓力傳感器滿量程輸出為100 mV，因此，壓力傳感器的信號還需要放大處理。

ADuC836是美國AD公司新推出的高性能單片機，它將8051內核、2路16位藝一OA/ D ,12位D/ A ,FLASH ,WDT ,IMP監控電路、內部基準電源,SPI和IZ C總線接口等資源集成在一起，構成一個可編程的、能夠進行自校準的高精度模擬數據采集系統，具有體積小、功耗低等特點，非常適用于各類智能儀表、智能傳感器、變送器和便攜式儀器等領域。另外，它還采用閃速/電擦除存儲器，并目_自帶加載器和調試軟件，使系統的設計、編程和調試更為簡便。

ADuC836有62 I} B的FLASH/EE程序存儲器用來存儲用戶代碼，4 I} B的FLASH/EE數據存
儲器，2 304 B的RA M，因此，不需進行存儲器擴展。用戶代碼可以經過UART串行口下載到存儲
器，不需要額外的硬件支持。

綜上所述，通過1片A Duc836就可以完成壓力信號的模數轉換，壓力數據數字化標定、校準功能及總線輸出。

1.3 CAN總線傳輸部分

本系統采用CAN現場總線代替傳統的RS485總線。CA N總線的連結節點數多達110個，與
RS485總線最大不同是它具有總線仲裁功能，總線上的任意節點都可以隨時主動發送信息目_能夠有效避免多下位機同時上傳時數據造成的沖突。一般CAN總線使用較短的幀結構，每幀傳輸占總線時問較短，最大傳輸速度可達1 M bit/ s。另外，當CAN總線上的某個節點出現嚴重錯誤時，能夠自動關閉輸出，使總線上的其它節點及通信不受影響，從而大大提高了系統的可靠性。

CAN總線是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維，通信距離可達10 km,
性能遠遠優于RS485總線。它通常由CAN總線控制器和CAN總線驅動器2個部分構成。

本文設計的壓力變送器的CAN總線核心器件采用了CSM 1004{芯片。它內部集成完全電氣隔離
的CAN- bus接口電路，采用全灌封工藝，具有很強的抗干擾能力，大大提高了系統在惡劣環境中使
用的可靠性，其主要功能是實現了UART一CAN之問的透明轉換，用戶不必深入了解CAN- bu、的
相關知識，利用該芯片操作CAN- bus就如同操作UART一樣方便。圖4為CSM 100的功能框圖。

從圖4可看出，CSM 100只需串口就可與CPU通信，ADuC836只要正常操作串口就可以完成
CAN總線誦信功能.大大提高了產品開發諫度