NAU7802在无线载荷传感器中的应用凯山载荷传感器

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摘要为得志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位辨识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。结果对系统举行了测试，结果说明采用NAU7802处理前端模拟信号，具有精度高、功耗低等特点，能够得志设计要求。

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片面，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，与无线位移传感器合作，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，工作环境对比恶劣，温度变化范围对比大，设计重点主要是测量精度和功耗操纵[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位辨识率的低功耗模数转换器（ADC）。工作电压2.7V~5.5V，工作电流2.6mA，待机电流0.1μA，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分外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1―128。A/D核心是一个辨识率为24位的sigma-delta（Σ-Δ）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的干扰举行-90dB的抑制。时钟信号可以由外接晶振供给，也可以由内部RC振荡器供给，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举行放大、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接口可以很轻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0x00―0x1F，可以连续读写。寄放器R0x00―R0x1F包括参数设置寄放器、偏移量校正寄放器、增益校正寄放器和数据寄放器。

NAU7802初始化配置分外重要，只有相关参数配置正确，NAU7802才能工作在最正确状态，初始化配置主要举行以下步骤：

（1）设置R0x00的RR位为1，保证复位全体寄放器的值。

（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，说明内部设备已经完成上电操作。

（4）配置R0x00、R0x01、R0x02寄放器，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寄放器中的CALMOD选择00，置位CALS位举行内部校准，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按照设置的速率举行A/D转换，此时可以通过R0x12―R0x14寄放器读出转换后的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，读展现场温度，对载荷传感器举行温度补偿等操作。测量的数字量可以通过内部R0x03―R0x10寄放器举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，完全得志本设计的需求，从测验结果也可以看出，本文选用的NAU7802能够得志0.3级的载荷传感器的测量要求。