傳感器課程設計--壓力計的設計

1、<p><b>　　概述</b></p><p>　　1.1、相關(guān)背景和應用簡介</p><p>　　壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電

2、傳感器。 </p><p>　　壓力傳感器的原理是將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟撤N電信號，如應變式，通過彈性元件變形而導致電阻變化；壓電式，利用壓電效應等。工業(yè)生產(chǎn)控制過程中，壓力是一個很重要的參數(shù)。例如，利用測量大氣壓力來間接測量海拔高度；在工業(yè)生產(chǎn)中通過壓力參數(shù)來判斷反應的過程；在氣象預測中，測量壓力來判斷陰雨天氣。因此，壓力計的設計擁有廣闊的市場前景。這種壓力傳感器能比較精確和快速測量，尤能測量動態(tài)壓力，實現(xiàn)多點巡回檢

3、測、信號轉(zhuǎn)換、遠距離傳輸、與計算機相連接、適時處理等，因而得到迅速發(fā)展和廣泛應用。本課題就是在這樣的背景下設計一個簡單的數(shù)字壓力計，使得測量得到的壓力能夠數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　1.2總體設計方案</b></p><p>　　本設計是通過以單片機為主的壓力測量系統(tǒng)。壓力的測量是通過把壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，再通過A/D（ADC0808）轉(zhuǎn)化把電信號轉(zhuǎn)換

4、為數(shù)字量后，再由單片機（AT89C51）進行處理，最后把數(shù)字量顯示在LED顯示屏上。原理圖如圖1-1所示</p><p>　　① ② ③ ④ ⑤ ⑥</p><p>　　圖1-1 壓力計原理方框圖</p><p>　　圖2-1 數(shù)字壓力計系統(tǒng)硬件設計框圖</p>

5、<p><b>　　二、硬件電路的設計</b></p><p><b>　　2.1傳感器的選型</b></p><p>　　力學傳感器的種類繁多，但常用的壓力傳感器有電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器，光纖壓力傳感器等。應用最為廣泛

6、的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。 在選擇合適的壓力傳感器過程中，了解介質(zhì)的特點尤為重要。 介質(zhì)的腐蝕性如何，導電性如何。根據(jù)介質(zhì)的這些屬性選用相應類型的傳感器。 介質(zhì)溫度范圍如何，一是介質(zhì)的經(jīng)常性的溫度范圍為多少，根據(jù)此信息選擇補償溫度與其范圍一致的傳感器，二是介質(zhì)的最高溫度范圍，根據(jù)此信息選擇使用溫度范圍一致的傳感器。 若以上兩點如果選擇不正確，極有可能損害傳感器甚至引起事故。 設計仿真時由于PR

7、OTEUS中沒有傳感器，因此用一個范圍為75~150分壓電路代替?zhèn)鞲衅鞯妮敵鲭娏?，使的仿真得以進行。（滑動變阻器）</p><p>　　2.2傳感器接口電路設計</p><p>　　MPX4115內(nèi)部原理圖如圖2-2所示：</p><p><b>　　圖2-2內(nèi)部原理圖</b></p><p>　　2.3單片機最小系統(tǒng)設

8、計</p><p>　　選用的單片機為AT89C51系列芯片，該芯片的最小系統(tǒng)由時鐘電路、復位電路、片選信號構(gòu)成。在最小系統(tǒng)構(gòu)成的基礎上，將P1口作為模擬量的轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的接收端，P0口作LED顯示屏的數(shù)據(jù)發(fā)送端，P2口作LED顯示屏的控制端口，同時作為過壓及欠壓的報警電路使用。具體最小系統(tǒng)設計如圖3-1所示：</p><p>　　2.4數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設計</p><p&

9、gt;　　ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是ADC0809的簡化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時采用ADC0808進行A/D轉(zhuǎn)換，實際使用時采用ADC0809進行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　ADC0808接線圖</p><p

10、><b>　　內(nèi)部結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　ADC0808是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它有8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器。 </p><p>　　引腳功能（外部特性）</p><p>　　ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如右圖所示。各引腳功能如下： 　　</p

11、><p>　　1～5和26～28（IN0～IN7）：8路模擬量輸入端。 　　</p><p>　　8、14、15和17～21：8位數(shù)字量輸出端。 　　</p><p>　　22（ALE）：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 　　</p><p>　　6（START）： A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上

12、升沿使0809復位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。 　　</p><p>　　7（EOC）： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 　　</p><p>　　9（OE）：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 　　</p><p>　　10（CLK）

13、：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 　　</p><p>　　12（VREF（+））和16（VREF（-））：參考電壓輸入端 　　</p><p>　　11（Vcc）：主電源輸入端。 　　</p><p>　　13（GND）：地。 　　</p><p>　　23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址輸入線，用于選通8

14、路模擬輸入中的一路 </p><p><b>　　輸出端注意：</b></p><p>　　out7為最低位-out0為最高位，out7-out0分別接單片機的P0.0到P0.7端。</p><p><b>　　2.5顯示電路設計</b></p><p>　　單片機AT89C51</p>

15、<p>　　7SEG-MPX4-CC</p><p>　　LED的A B C D E F G DP 引腳接對應的單片機上的P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17, 1 2 3 4則對應單片機的P20 P21 P22 P23。</p><p>　　LED的公共端com接地，則其余引腳接+5V，所以對應的LED 的

16、顯示器的七段碼是0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, </p><p><b>　　2.6電源電路設計</b></p><p>　　電路中的電源部分如下圖所示。其中，3號引腳是電源輸入端接外部電源+15V電源。1號引腳為電源模塊輸出端，輸出+5V。</p><p&g

17、t;　　本次設計電路中的電源均采用直流+5V驅(qū)動。</p><p><b>　　直流+5V</b></p><p><b>　　軟件部分的設計</b></p><p><b>　　3.1程序代碼</b></p><p>　　#include<reg51.h><

18、/p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　uchar code table[]</p><p>　　={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0xee,</

19、p><p>　　0x3e,0x9c,0x7a,0x9e,0x8e};//七段共陰數(shù)碼管編碼表</p><p>　　sbit START=P3^0;</p><p>　　sbit EOC=P3^1; </p><p>　　sbit OE=P3^2;</p><p>　　sbit ONOFF=P3^3; //控制放氣門開

20、或關(guān)</p><p>　　void delay(uint m) //LED顯示延時子程序</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(m--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　delay1(uint c)

21、 //循環(huán)間隔延時C毫秒子程序</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar a,b;</p><p>　　for( ;c>0;c--)</p><p>　　for(b=142;b>0;b--)</p><p>　　for(a=2;a>0;a--);&

22、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　void fun1(uint i) //AD轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理子程序</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint P;</b></p><p>　　exter

23、n uint PP; //定義全局變量PP</p><p><b>　　START=1;</b></p><p><b>　　START=0;</b></p><p>　　while(i>0) //fun1只執(zhí)行i次</p><p><b>　　{ </b&g

24、t;</p><p><b>　　if(i>0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　OE=1; //轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出使能</p><p>　　P=P0; //AD轉(zhuǎn)換結(jié)果賦給P</p><p>　　P

25、=P*1.0/255*207; //完成75~150mA到0~207kPa的轉(zhuǎn)換</p><p>　　OE=0; //停止輸出</p><p>　　P2=0xfe; //個位位選</p><p>　　P1=table[P%10]; //個位段選</p><p>　　delay(1000);

26、 //個位顯示延時約1ms</p><p>　　P2=0xfd; //十位位選</p><p>　　P1=table[P/10%10]; //十位段選</p><p>　　delay(1000); //十位顯示延時約1ms</p><p>　　P2=0xfb; //百位

27、位選</p><p>　　P1=table[P/100%10]; //百位段選</p><p>　　delay(1000); //百位顯示延時約1ms</p><p>　　if(P>176)ONOFF=1; //打開放氣閥</p><p>　　if(P<64)ONOFF=0; //打開放氣閥<

28、/p><p><b>　　i=i-1;</b></p><p>　　delay1(100); //每次轉(zhuǎn)換后延時100ms（0.1s）</p><p>　　START=1; //啟動下一次轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　START=0;</b></p>&l

29、t;p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main() //主程序</p><p><b>　　{</b></p><p&

30、gt;　　ONOFF=0; //初始時放氣閥關(guān)閉</p><p>　　START=0; //初始時不進行AD轉(zhuǎn)換</p><p>　　OE=0; </p><p>　　while(1) //死循環(huán)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　fun1(1)

31、; //調(diào)用一次轉(zhuǎn)換子程序</p><p>　　PP=P; //轉(zhuǎn)換處理結(jié)果（壓力值）給PP</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　3.2流程圖</b></p><p>　　系統(tǒng)總流程圖 A/D轉(zhuǎn)化程序流程

32、圖</p><p>　　顯示流程圖 主函數(shù)程序圖</p><p><b>　　四、仿真及結(jié)果</b></p><p><b>　　五、小結(jié)</b></p><p>　　本次課程設計的壓力計的核心是單片機的使用。通過改變滑動變阻器的阻值（壓力傳感器的變換），

33、從而改變電信號（電壓），通過單片機接收電信號，處理電信號，送入A/D轉(zhuǎn)化（ADC0808），再送入LED顯示屏顯示。</p><p>　　通過為期五天的課程設計，我基本上完成了壓力計的設計的任務。通過這次課程設計，把自己所學的理論知識運用于實踐，受益非淺，對單片機有了更深的認識。對我以后獨自處理問題有了很大的幫助。在整個課程設計過程中，同學和老師一直給予我們很多的幫助，幫助我們順利的完成了這次課程設計。對單片機、

34、數(shù)模轉(zhuǎn)換、LED、傳感器進行了綜合性的應用，感謝老師給予我們這次機會，讓我們有機會自己動手做項目，增強了我們的動手能力。有效的將理論與實際相結(jié)合。</p><p>　　時間不長，但我希望以后還會有這樣的機會，讓我們自己動手，增強我們的動手能力。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1. 《51單片機原理及應用—基于

35、Keil C與Proteus》陳海宴 北京航空航天大學出版社。</p><p>　　2.《單片機的C語言程序設計與應用—基于Proteus仿真》姜志海 趙艷雷 陳松 電子工業(yè)出版社。</p><p>　　3. 《傳感器設計基礎》 張春主編 國防工業(yè)出版社</p><p>　　4.《傳感器原理與檢測技術(shù)》 錢顯毅主編