傳感器課程設(shè)計(jì)-- 壓力傳感器

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)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(jī)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(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱(chēng)為壓電傳感器。 </p><p>　　壓力傳感器的原

2、理是將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟撤N電信號(hào)，如應(yīng)變式，通過(guò)彈性元件變形而導(dǎo)致電阻變化；壓電式，利用壓電效應(yīng)等。工業(yè)生產(chǎn)控制過(guò)程中，壓力是一個(gè)很重要的參數(shù)。例如，利用測(cè)量大氣壓力來(lái)間接測(cè)量海拔高度；在工業(yè)生產(chǎn)中通過(guò)壓力參數(shù)來(lái)判斷反應(yīng)的過(guò)程；在氣象預(yù)測(cè)中，測(cè)量壓力來(lái)判斷陰雨天氣。因此，壓力計(jì)的設(shè)計(jì)擁有廣闊的市場(chǎng)前景。這種壓力傳感器能比較精確和快速測(cè)量，尤能測(cè)量動(dòng)態(tài)壓力，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)巡回檢測(cè)、信號(hào)轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)距離傳輸、與計(jì)算機(jī)相連接、適時(shí)處理等，因而得到迅速發(fā)展

3、和廣泛應(yīng)用。本課題就是在這樣的背景下設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字壓力計(jì)，使得測(cè)量得到的壓力能夠數(shù)碼管顯示。</p><p>　　關(guān)鍵字：壓力、電信號(hào)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一 、設(shè)計(jì)目的1</b></p><p>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1</p&

4、gt;<p><b>　　2.1設(shè)計(jì)任務(wù)1</b></p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)要求1</b></p><p>　　三、設(shè)計(jì)步驟及原理分析1</p><p><b>　　3.1設(shè)計(jì)方法1</b></p><p><b>　　3.2設(shè)計(jì)步

5、驟2</b></p><p>　　3.3設(shè)計(jì)原理分析10</p><p>　　四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì)11</p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn)12</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1. 培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)職業(yè)

6、基礎(chǔ)知識(shí)、職業(yè)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和職業(yè)技能 提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力 從而達(dá)到鞏固、深化所學(xué)的知識(shí)與技能； </p><p>　　2. 培養(yǎng)建立正確的科學(xué)思想 培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)作風(fēng)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p&g

7、t;<p>　　1.系統(tǒng)地掌握控制器的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程 相關(guān)的電子技術(shù)和傳感器技術(shù)等 進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)和功能的描述； 2.進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的論證和總體設(shè)計(jì)； 3.從全局考慮完成硬件和軟件資源分配和規(guī)劃 分別進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)； 4.進(jìn)行硬件調(diào)試 軟件調(diào)試和軟硬件的聯(lián)調(diào)</p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是

8、通過(guò)以單片機(jī)為主的壓力測(cè)量系統(tǒng)。壓力的測(cè)量是通過(guò)把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過(guò)A/D（ADC0808）轉(zhuǎn)化把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，再由單片機(jī)（AT89C51）進(jìn)行處理，最后把數(shù)字量顯示在LED顯示屏上。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)步驟及原理分析</b></p><p><b>　　3.1設(shè)計(jì)方法</b></p><p&g

9、t;　　1.原理框圖設(shè)計(jì)2.硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.軟件設(shè)計(jì)4.顯示電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.2設(shè)計(jì)步驟</b></p><p>　　① ② ③ ④ ⑤ ⑥</p><p>　　圖1-1 壓力計(jì)原理方框

10、圖</p><p>　　圖2-1 數(shù)字壓力計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　3.2.1硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.2傳感器的選擇</p><p>　　力學(xué)傳感器的種類(lèi)繁多，但常用的壓力傳感器有電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)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

11、傳感器，光纖壓力傳感器等。應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)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(guò)程中，了解介質(zhì)的特點(diǎn)尤為重要。 介質(zhì)的腐蝕性如何，導(dǎo)電性如何。根據(jù)介質(zhì)的這些屬性選用相應(yīng)類(lèi)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(bǔ)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(diǎn)如果選擇不正確，極有可能損害傳

12、感器甚至引起事故。 設(shè)計(jì)仿真時(shí)由于PROTEUS中沒(méi)有傳感器，因此用一個(gè)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(jìn)行。（滑動(dòng)變阻器）</p><p>　　3.2.3傳感器接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　MPX4115內(nèi)部原理圖如圖2-2所示：</p><p>　　3.3.4單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　選用的單

13、片機(jī)為AT89C51系列芯片，該芯片的最小系統(tǒng)由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、片選信號(hào)構(gòu)成。在最小系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)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</p><p>　　3.3.5數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)</p><p>　　ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地

14、址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是ADC0809的簡(jiǎn)化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時(shí)采用ADC0808進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用時(shí)采用ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　ADC0808接線圖</p><p><b>　　內(nèi)部結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　ADC0808是C

15、MOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它有8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)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><p>　　1～5和26～28（IN0～I(xiàn)N7）：8路模擬量輸入端。 　　</p>&

16、lt;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(hào)，輸入，高電平有效。 　　</p><p>　　6（START）： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。 　　</p><p>　　7（EOC）： A/D轉(zhuǎn)換

17、結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)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(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。 　　</p><p>　　10（CLK）：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 　　</p><p>　　12（VREF（+）

18、）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路模擬輸入中的一路 </p><p><b>　　輸出端注意：</b><

19、;/p><p>　　out7為最低位-out0為最高位，out7-out0分別接單片機(jī)的P0.0到P0.7端。</p><p>　　3.4.5顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)AT89C51</p><p>　　7SEG-MPX4-CC</p><p>　　LED的A B C D E F G DP 引腳

20、接對(duì)應(yīng)的單片機(jī)上的P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17, 1 2 3 4則對(duì)應(yīng)單片機(jī)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(duì)應(yīng)的LED 的顯示器的七段碼是0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, </p>

21、;<p>　　3.4.6電源電路設(shè)計(jì)</p><p>　　電路中的電源部分如下圖所示。其中，3號(hào)引腳是電源輸入端接外部電源+15V電源。1號(hào)引腳為電源模塊輸出端，輸出+5V。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)電路中的電源均采用直流+5V驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　3.4.7設(shè)計(jì)原理及其分析</p><p>　　系統(tǒng)總流程圖

22、 A/D轉(zhuǎn)化程序流程圖</p><p>　　顯示流程圖 主函數(shù)程序圖</p><p>　　四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì)</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)的壓力計(jì)的核心是單片機(jī)的使用。通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器的阻值（壓力傳感器的變換），從而改變電信號(hào)（電壓），通過(guò)單片機(jī)接收電信號(hào)，處理電信號(hào)，送入A/

23、D轉(zhuǎn)化（ADC0808），再送入LED顯示屏顯示。</p><p>　　通過(guò)為期五天的課程設(shè)計(jì)，我基本上完成了壓力計(jì)的設(shè)計(jì)的任務(wù)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，把自己所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐，受益非淺，對(duì)單片機(jī)有了更深的認(rèn)識(shí)。對(duì)我以后獨(dú)自處理問(wèn)題有了很大的幫助。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，同學(xué)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(shè)計(jì)。對(duì)單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換、LED、傳感器進(jìn)行了綜合性的應(yīng)用，感謝老師給予我們這次機(jī)

24、會(huì)，讓我們有機(jī)會(huì)自己動(dòng)手做項(xiàng)目，增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力。有效的將理論與實(shí)際相結(jié)合。</p><p>　　時(shí)間不長(zhǎng)，但我希望以后還會(huì)有這樣的機(jī)會(huì)，讓我們自己動(dòng)手，增強(qiáng)我們的動(dòng)手能力。</p><p><b>　　五.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1. 《51單片機(jī)原理及應(yīng)用—基于Keil C與Proteus》陳海宴 北京航空航天大學(xué)出版