多通道压力测量控制器的研制

　　1 概 述

　　多通道压力测量控制器是兰州大学风洞的一个配套产品。可高效地完成 40 孔扫描阀的压力采集、A/D 转换、显示及通过 RS232 通讯将数据上传至上位机中。

　　它的控制过程如图1 所示。皮托管的总压端与扫描阀进气端连接; 皮托管的静压端与差压变送器负极连接; 扫描阀出气端与差压变送器正极连接。多通道压力测量控制器通过步进电机驱动压力扫描阀转动。压力扫描阀是一种气动开关，可以按时序将多通道压力传送到差压变送器。差压变送器将采集的压力数据传送到多通道压力测量控制器。通过 A/D 转换、显示在屏幕上并通过 RS232 通讯将数据上传至上位机中。它的原理框图如图2 所示。

　　整个系统包括采集电路、通讯电路、看门狗电路、显示电路、输入输出电路。 CPU 采用AT89C4051芯片，AT89C4051 具有与 AT89C51 同样的特性和功能，只是没有地址线 P0 口和 P2 口，具有 4KROM。它具有集成度高、体积小、功能强、功耗低、抗干扰能力强、稳定可靠、使用灵活、价格低等优点。特别适用于工作速度不高，数据处理量不大，测量控制过程不很复杂的场合。因此在本设计中，采用它作为多通道压力测量控制器的主控芯片。

　　2 A /D 采集电路

　　数据采集是各种智能仪表、工控系统、科学试验等工作中必不可少的任务，它是将实时变化的各种物理量如温度、压力、流量等先经过各种传感器和变换器变成电压或电流信号，再经过模数转换器( 以下简称 A/D) 变成数字信号，送到单片机或微机进行运算、显示、打印、控制等处理。

　　2. 1 A / D 转换器的选择

　　根据任务要求用一片 A/D 转换集成芯片对 1 个微差压传感器的输出电压分时进行 A/D 转换。已知输出电压范围为 0 ～5 V，精度为 0. 05%，这相当于 0. 05/100 = 1/2 000 的分辨率。10 位 A/D 转换器的分辨率为1/210= 1 /2 048，所以必须选用 10 位以上的 A/D 转换器。根据以上分析: 我们可以选用逐次逼近型 A/D 芯片，如 AD574，它无需外接元器件就可独立完成 A/D 转换功能。内部设有三态数据输出锁存器，可与微处理器方便的连接。其非线性误差小于 ± 1/2LSB 或 ± 1LSB，一次转换时间为 25μs。，这些均满足技术要求。但它是并行 AD 芯片，占用了太多的数据口，而与之相连接的主控芯片 AT89C4051 没有地址线 P0 口和 P2 口，必须选用串行数据传输方式，因此选用了 MAXIM 公司生产的12 位串行 AD 芯片 MAX1241。MAX1241 具有低功耗、高精度、高速度、体积小、接口简单等优点，工作电压为 +2. 7 ～ +5. 5 V，连续 AD 转换时间为 7. 5 μs，跟踪时间为 1. 5 μs，片上自备时钟及采样保持电路。在芯片以 73ksps 最大采样速率工作时，消耗功率仅为 37 mw( Vdd= 3V) 。满足了技术要求。