NAU7802在无线载荷传感器中的应用.docx

NAU7802在无线载荷传感器中的应用 李玉爽 刘东明 摘 要 为满足油井现场在线测量示功图的需求，本文设计了一种无线载荷传感器，使用了具有24位分辨率的低功耗模数转换器NAU7802，简化了前端模拟电路设计。文中分析了NAU7802特性，给出了NAU7802应用电路图，重点讲解了NAU7802初始化流程。最后对系统进行了测试，结果表明采用NAU7802处理前端模拟信号，具有精度高、功耗低等特点，能够满足设计要求。关键词 示功图；无线载荷传感器；NAU7802载荷传感器是油井示功图测量仪器的重要组成部分，当前示功图测量仪器多半采用有线连接的载荷传感器，存在现场施工不便、无法长时间在线测量等弊端。本文设计了一种无线载荷传感器，可以长时间安装在油井上，与无线位移传感器配合，实现实时在线示功图测量。系统组成框图如图1所示。对于无线载荷传感器来说，需要使用电池供电，工作环境比较恶劣，温度变化范围比较大，设计重点主要是测量精度和功耗控制2。本文采用低功耗24位数模转换器NAU7802、低功耗单片机 P89LPC922和微功耗无线数传模块APC240实现载荷传感器的数据采集、处理和发送，由于采用了NAU7802处理前端模拟信号，大大简化了系统电路和软件编程，有效的降低了系统功耗，提高了测量精度。1.NAU7802应用电路NAU7802是新唐公司近期推出的具有24位分辨率的低功耗模数转换器（ADC）。工作电压2.7V5.5V，工作电流2.6mA，待机电流0.1A，内部集成了为传感器供电的可编程LDO，从电源特性可以看出，NAU7802非常适合于电池供电的非连续采集应用。NAU7802片内集成了低噪声可编程增益放大器（PGA），放大倍数可选1128。A/D核心是一个分辨率为24位的sigma-delta（-）模数转换器，最高有效位数可达21位。内部还集成了数字滤波器，可以对50Hz和60Hz的干扰进行-90dB的抑制。时钟信号可以由外接晶振提供，也可以由内部RC振荡器提供，便于简化外部电路设计。无线载荷传感器前端电路如图2所示。采用NAU7802通道1对载荷传感器的电桥信号进行放大、采样和量化，得到压力的数字量由单片机通过I2C接口读取。2.NAU7802程序设计NAU7802的通讯接口为2线双向读写数字接口，兼容标准I2C协议，使用CPU的硬件I2C接口可以很容易的完成数据的读写，NAU7802工作在从设备模式，器件地址固定为0x2A，子地址范围0x000x1F，可以连续读写。寄存器R0x00R0x1F包括参数设置寄存器、偏移量校正寄存器、增益校正寄存器和数据寄存器。NAU7802初始化配置非常重要，只有相关参数配置正确，NAU7802才能工作在最佳状态，初始化配置主要进行以下步骤：（1）设置R0x00的RR位为1，保证复位所有寄存器的值。 （2）设置R0x00的RR位为0，PUD、PUA位为1，进入正常操作模式。 （3）大约200微秒之后，PWRUP位会变成1，表明内部设备已经完成上电操作。 （4）配置R0x00、R0x01、R0x02寄存器，完成LDO电压选择、转换通道选择、PGA增益选择、转换速度设置等操作。 （5）R0x02寄存器中的CALMOD选择00，置位CALS位进行内部校准，读取并判断CALS位，直到CALS位变成0表示校准完成。（6）设置R0x00的CS位为1，启动转换序列。 初始化流程如图3所示。初始化完成后，NAU7802按照设置的速率进行A/D转换，此时可以通过R0x12R0x14寄存器读出转换后的24位数字量。另外NAU7802内部还集成有温度传感器，可以通过通道2连接内部温度传感器，读出现场温度，对载荷传感器进行温度补偿等操作。测量的数字量可以通过内部R0x03R0x10寄存器进行偏移量校正和线性增益校正，可大大简化现场数据的处理。3.测试及结论本文设计的无线载荷传感器设置NAU7802转换速率为10次/S，模拟带宽为2.27Hz，前端放大倍数为32倍，基准电压和传感器供电电压为3.0V，选用的载荷传感器量程为15T，精度0.3级，灵敏度为1.549mV/V。系统经过零点校准和增益校准后，在现场测试设备上得到如下结果：AU7802标称非线性误差为0.0015%FS，完全满足本设计的需求，从实验结果也可以看出，本文选用的NAU7802能够满足0.3级的载荷传感器的测量要求。得益于NAU7802和APC240的低功耗特性，本文设计的无线载荷传感器待机电流低于50A，在使用3600mAh锂电池，每小时采集一次示功图的条件下，可以连续工作12个月，满足了现场需求。参考文献：1 郭凤华. 智能无线载荷位移传感器改进与应用J. 科技资讯，2011，13：7-7.2 唐云建，梁山，冯会伟等. 低功耗射频唤醒无线传感器网络设计J. 传感器技术学报，2007，20（10）：2328-2332.3 新唐科技股份有限公司. NAU7801/NAU7802初期数据手册.EB/OL .现代装饰理论2011年7期现代装饰理论的其它文章创造光环境的空间艺术建筑里的符号世界平面造境砌体结构裂缝成因及预防措施建筑工程项目施工管理的控制措施不锈钢结构的特点和研究状况 -全文完-