原创 记录式变送器开发成功。

一．概述： ­

xxxx型记录式变送器是我公司科技人员在总结了国内外先进的压力、液位智能变送器的基础上,结合我国工业现场的环境、操作人员的习惯等实际情况,利用军工技术,采用国际上最优秀的低功耗集成芯片,开发出的一个高性能价格比的产品。广泛应用于石油、化工、电力、水利、城市防洪、生活供水等行业。具有电池供电，无人值守连续运行的优点。可以连续记录水位，压力的变化，通过设置间隔采集记录时间，可以采集记录几天到几年的时间。超低功耗是他的最大特点，一节3.6V/2400mAh的AA电池可以连续工作几年时间。XXXX 内是一个绝压传感器在工作, 在测量较浅的水位时,应考虑大气压力变化的影响,建议在水面再装一个XXXX Baro(大气压力表)记录大气的压力，然后由计算机计算两个采集器测量值的压力差即是水位值。传感器，电路和电池装在一个密封的不锈钢管内,可投入水中使用。读取数据时须将XXXX探测器从测量点取回,然后取下由“O”形圈密封的尾帽,即是数据读取接口。 ­

二.功能特点： ­

1.采用最新微处理器技术,使传感器的压力和温度信号具有更高的精度和分辨率。压力传感器的线性和温度误差全部进行了数字化补偿。 ­

2.非易失存贮器的使用确保了数据的安全性。 ­

3.单节3.6V/2400mAh锂电池供电，约20uA多待机电流,支持长期采集。 ­

4.全不锈钢壳体,多道”O”型密封圈，电池更换和数据读取方便 ­

5.完整记录压力、温度、以及记录发生时的日期时间。 ­

6.灵活的记录间隔时间设置，最短为1秒，最大为255小时59分59秒。 ­

7.最多记录50000条完整记录。 ­

8.总线型RS485协议，随时可以通过通讯唤醒变送器进行设置和读取压力值，温度值以及记录操作。 ­

9.具有工厂恢复功能，可以在用户设置错误时通过软件恢复，降低维护费用。 ­

10.高可靠性设计，采用硬件看门狗和软件多重校验方法，减少系统死机。 ­

11.高防护等级，达到IP68。 ­

12.-30℃~80℃全温度范围内的高精度等级。 ­

三．性能指标： ­

量程范围：  0-0.1～1.1MPa（绝压） ­

环境温度：  -30～80℃ ­

误 差 带：  -10～40℃  0.10%FS（典型）   0.15%FS（最大） ­

        -30～80℃  0.15%FS（典型）   0.2%FS（最大） ­

（误差带计算：在工作温度和压力范围内的最大误差的绝对值） ­

稳 定 性：  <0.2%FS/年  （典型） ­

压力分辨率：0.01%FS ­

温度分辨率：0.1℃(-30℃～80℃) ­

温度精度：  ±1℃ ­

过压：      2x压力范围 ­

记录周期：  1秒～255小时59分59秒（1秒～10天15小时59分59秒） ­

记录数据量：记录满50000条时记录停止（包括日期，时间，温度，压力）。 ­

供电电源：  圆柱形3.6V/2400mAh锂电池 ­

静态电流： （不采集，不记录，不通讯）约20uA ­

输出信号：  RS485数字式 ­

电池使用时间：典型（1小时采集1次）约7年左右。 ­

材料：      不锈钢316L (DIN1.4435)　　O形圈: 氟橡胶 ­

重量：约500克 防护等级：IP68 ­

   绝    缘：100MΩ／50V 耐 久 性：1 x 106 压力循环，0～100%FS，在25℃ ­

   振    动：20g  20～5000Hz 冲    击：20g  11ms ­

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五.电气接口: ­

变送器尾部航空插头电气定义： ­

针脚1——RS485A ­

针脚2——RS485B ­

针脚3——GND ­

其余针脚空 图２ ­

针脚3连接电路内部的GND，如果两根RS485线通信干扰较大，请连接GND线。一般只需连接RS485A和RS485B即可。 ­

六．操作软件： ­

通过上位机软件客户可以校准变送器零位，查看电池电量，设置工作采集间隔，校准时间，读取记录，在线读取压力温度数据等操作。 ­

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测试样品：测试产品数量为2台，型号及编号，量程信息如下： ­

编号：kds237 ­

型号:XXXX-A ­

量程:50~550(kpa)（keller-1000kpa传感器） ­

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编号：kds236 ­

型号:XXXX-A ­

量程:50~550(kpa)（keller-1000kpa传感器） ­

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测试项目： ­

一．XXXX产品温度和压力测试数据： ­

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型号:XXXX-A ­

量程:50~550(kpa)（keller-1000kpa传感器） ­

编号：kds237 ­

测试日期：2009.4.21~2009.4.22 ­

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测试方法：接标准绝压压力计，在每个温度环境下温度稳定后至少保温1个小时 ­

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综合误差值：±0.3Kpa ­

综合最大误差：±0.06% ­

非线性最大误差：±0.06% ­

迟滞最大误差：±0.02% ­

零位温漂：-0.06% ­

满度温漂：0.06% ­

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型号:XXXX-A ­

量程:50~550(kpa)（keller-1000kpa传感器） ­

编号：kds236 ­

测试日期：2009.4.21~2009.4.22 ­

测试方法：接标准绝压压力计，在每个温度环境下温度稳定后至少保温1个小时 ­

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综合误差值：±0.3Kpa ­

综合最大误差：±0.06% ­

非线性最大误差：±0.06% ­

迟滞最大误差：±0.02% ­

零位温漂：-0.06% ­

满度温漂：0.06% ­

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从以上测试参数可以看出，在-30~80℃的范围内，整机的综合误差都在0.06%FS,这个精度应该算非常不错了。达到了计量级别，可以说基本可以做压力参考了。

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开发感言： ­

      这个产品的开发可以说基本做了两次板，软件也做了两次基本就成了。最先开始遇到的问题就是硬件问题，首先是电池供电，要解决稳压问题，然后是低功耗问题，可以说低功耗问题是最麻烦的。由于电池供电，而且要长期工作，所以软件时刻在注意节省电池能量。然后就是可靠性问题。应为要长时间工作，所以不能死机，死了对与这个产品和用户来说造成的损失可就太大了。解决了这些问题后就是一下基本的问题了，比如温度补偿算法，串口RS485通信，大容量数据的存储。数据读出速率优化，这个速率优化确实还是费了些劲，因为存储数据量较大，所以数据读取时间就显得有点长了，所以必须优化，经过数据压缩和通信协议的优化，目前读取速度比较满意。还有一个问题就是时间调度和间隔算法，这在平时想来没有什么大不了的，但是真要按照省电，可靠的角度去做就不简单了。这些问题都解决了，这个产品也就基本OK了。经过后期的测试，我认为温补算法比较好，上面的测试数据可以看出来，在-30~80温度范围内，综合最大误差也就在0.06%f.sd。对外宣传的精度参数比较保守，所以在-30~80摄氏度范围内0.1%是没有任何问题的，所以补偿比较成功。还有就是低功耗的RS485通信技术，这个东西要搞成低功耗也不容易，但是其实也就一点小技巧，目前我的RS485接口在接受活动模式的时候电流大约2ua左右，可见基本不耗电了，上位机软件随时可以通信，不存在唤醒和激活问题。而且通信接口芯片都是由电池供电的。 ­

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下图是补偿校准软件： ­

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         校准补偿软件设计一次补偿校准变送器数量为100只，程序使用了数据库对每个变送器数据进行区分保存。补偿和校准操作基本是傻瓜方式的，校准算法已经内置，只需要按照要求点击按键即可。尤其灵活的就是可以根据每一个变送器的特点选取不同的补偿温度点数量和压力点数量。在补偿压力的同时补偿非线性误差。所以通过这样的补偿校准以后的变送器基本就是传感器的一些固有特性了，能补偿过来的比如线性，温漂都补偿过来了。而一些如迟滞，时漂等则不好补偿，但是这些参数可以通过定期的零位校准来全局补偿。 ­

        说句心里话，之前没有成熟的补偿算法，这个也是通过测试了大量的传感器参数以后基本确定了目前的补偿方法。国内的相关文献里面有一些关于此类的介绍文章，但是看了以后基本找不着可以使用的信息。目前我的方法简单，程序计算非常方便，而且可以在补偿的过程中通过参数验证，对采集的参数进行高次补偿。可以这样说，如果传感器和配套电路板的稳定性为0.01%，我就可以将传感器补偿成为0.01%的变送器。而目前我所使用的内部电阻为1%，100ppm的普通电阻，其温度稳定性和一致性都比较差，但是通过全局补偿，也可以达到0.05%的精度等级。此产品共编写了两个上位机软件，一个用户参数读取设置软件，一个工厂生产校准软件。还有一个变送器的下位机软件。相对以往开发的产品而言软件工作量确实比较大。可能有网友要问，这个产品用了什么芯片开发呢？呵呵，当然是MSP430了。