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嵌入式系统在智能仪表中的应用.docx
资料介绍
76 嵌入式系统在智能仪表中的应用
一、引言
智能仪表是工业自动化中测量和显示过程参数的设备，包括压力变送器、温度变送器、流量计、液位计和分析仪器等。嵌入式系统在智能仪表中负责传感器信号采集、数据处理、通信和显示，是仪表的"大脑"。智能仪表对嵌入式系统的要求集中在高精度测量、抗干扰能力、长期稳定性和多种通信协议支持上。
二、传感器信号调理
高精度 ADC：智能仪表使用 Σ-Δ ADC（如 ADS1248、AD7793）采集传感器信号，分辨率 16 位到 24 位，内置可编程增益放大器（PGA）和数字滤波器。Σ-Δ ADC 的过采样和噪声整形技术提供高精度，适用于温度、压力和称重等慢变信号测量。
RTD 测温：铂电阻温度传感器（PT100、PT1000）使用三线或四线制接线，消除引线电阻影响。MCU 通过恒流源激励 RTD，测量电压降计算电阻值，再查表或计算温度值。RTD 测温精度可达 ±0.1℃。
压力传感器：压阻式压力传感器输出毫伏级差分信号，需要仪表放大器放大后输入 ADC。MCU 读取 ADC 值，通过校准系数（偏移、增益、非线性）计算压力值。压力变送器的精度受温度影响，需要进行温度补偿。
三、仪表通信协议
HART 协议：HART 是工业仪表中最常用的通信协议，在 4-20mA 模拟信号上叠加数字调频信号，同时传输模拟量和数字量。MCU 内部实现 HART 协议栈，通过 FSK 调制解调器（如 AD5700）与 HART 主机通信。HART 支持读取仪表变量、配置参数和诊断信息。
4-20mA 环路供电：两线制仪表从 4-20mA 信号环路中获取工作电源，同时通过电流大小传输测量值。MCU 需要在极低功耗下工作（3.5mA 以下），使用低功耗 MCU 和 DAC 控制环路电流。
Profibus PA 和 Foundation Fieldbus：现场总线仪表使用 MCU 运行总线协议栈，通过 Manchester 编码在总线上传输数据。总线协议栈对 MCU 的 Flash 和 RAM 要求较高，通常使用 Cortex-M3/M4 级别的 MCU。
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| 178934567976_嵌入式系统在智能仪表中的应用.docx | 38K |
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