壓力變送器作為可用作氣壓、液壓、壓力差等物理量的測量，具有優(yōu)良的性能和出色的穩定性，廣泛應用于船舶工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域。傳統壓力變送器采用工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域標準的4mA~20mA模擬電流輸出及HART協(xié)議半數字輸出方式，只能單向傳輸，信道為一對一，已逐漸不能滿(mǎn)足現場(chǎng)設備與控制系統間信息交換的需求。

在全數字化、智能化的工業(yè)4.0時(shí)代，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的數字化具有重要意義。將工業(yè)領(lǐng)域應用廣泛的模擬傳輸的壓力變送器數字化改造為數字式壓力變送器，是時(shí)間短、見(jiàn)效快實(shí)現數字化的重要舉措。針對模擬傳輸型壓力變送器數字化改造需求，本文設計并實(shí)現了一種小體積的、高精度的、數字式的壓力測量模塊，可嵌入安裝于壓力變送器內，實(shí)現壓力變送器的數字化。

壓力測量模塊總體方案，主要包括電源電路、微處理器電路、信號調理電路、CAN通信電路等部分。電源電路將外部電源轉換為其他電路所需電源并供電。信號調理電路將輸入的4mA~20mA標準電流信號變換為微處理器電路可采集的電壓信號，經(jīng)微處理器內部模數轉換器模數轉換并由軟件濾波處理，通過(guò)CAN通信電路將信息輸出到外部CAN通信總線(xiàn)。

1、電源電路設計

電源電路主要功能為通過(guò)將24V直流電源變換為5V、±15V等電源，為模塊內部的其他電路提供電源。通過(guò)WRB2405S芯片將直流24V電源轉換為直流5V電源供微處理器電路的直流5V電源通過(guò)WRB2405S芯片實(shí)現；CAN通信電路使用的直流5V電源通過(guò)MAU122芯片實(shí)現；信號調理電路使用的±15V電源通過(guò)MAU129芯片實(shí)現。

2、微處理器電路設計

微處理器電路主要功能為通過(guò)附帶電路實(shí)現微處理器自身基礎運行。微處理器選用MC9XS128系列單片機的芯片，該芯片供電電源為直流5V，電源抗干擾能力強，且內部包含12位模數轉換器及CAN通信控制器，可極大簡(jiǎn)化外圍電路。微處理器復位選用TPS3808G50復位芯片。采用16MHz無(wú)源晶振方式，啟振通過(guò)外接兩個(gè)18pF對稱(chēng)電容實(shí)現。

3、信號調理電路設計

信號調理電路主要功能為將標準電流信號通過(guò)電流電源變換后轉為合理范圍內的電壓信號。4mA~20mA標準電流信號為壓力傳感器輸出，電流轉換電壓通過(guò)精密的10Ω采樣電阻實(shí)現。信號源端與采樣終端的完全電氣隔離，采用高可靠隔離性好的AMC1100電流傳感芯片實(shí)現。后級通過(guò)運算放大器OPA2227電路，進(jìn)一步將壓力信號放大為0V~4.5V電壓信號送入微處理器的模數轉換器。

4、CAN通信電路設計

因CAN通信控制器由微處理器內部自帶，CAN通信電路僅需實(shí)現CAN通信驅動(dòng)器部分電路。CAN通信驅動(dòng)器選用帶隔離的、抗干擾性強的CTM1051芯片，將邏輯電平轉換為差分電平并通過(guò)CANH引腳和CANL引腳輸出。