智能壓力測量儀的研制

1、濟南大學畢業(yè)設計畢業(yè)設計題 目 智能壓力測量儀的研制 學 院 自動化與電氣工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學 生 學 號 指導教師 二一五年五月三十一日 36 摘 要本文介紹的是可調(diào)量程智能壓力測量儀的設計。其功能主要是實現(xiàn)多量程的壓力的檢測，范圍010-100MP。該壓力測量儀的工作原理為，電阻應變式壓力傳感器采集的信號經(jīng)過放大器放大后傳送給ADC0809轉(zhuǎn)換器，A/D將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送給89C51單片機。數(shù)據(jù)經(jīng)由單片機處理后可由顯示系統(tǒng)顯示出具體的壓力測量值。其中硬件部分還包括按鍵和AT24C02存儲系統(tǒng)用于量程的調(diào)節(jié)。本文還包括軟件流程設計，以及PCB板的繪制。關

2、鍵詞：89C51單片機；ADC0809；電阻應變式壓力傳感器；AT24C02存儲器ABSTRACTThe paper introduced the design of the intelligent pressure meter,witch has the  function of regulating range. Its main function is to realize the multiple range of pressure test, in the range of 0 10-100 mp.The working principle of pressure meas

3、uring instrument for resistance strain type pressure sensor acquisition signal amplifier amplification process will be sent to ADC0809 converter, A/D converts analog signals to digital signals sent after 89 c51.Data after processed by single chip microcomputer can be displayed by the system shows th

4、e specific pressure measurements.The hardware part includes buttons and AT24C02 storage system for regulating range. This article also includes the software process design, as well as the PCB drawing.Key words：89 c51; ADC0809; Resistance strain type pressure sensor; AT24C02 memory目 錄摘 要IABSTRACTII1.

5、前 言11.1背景與發(fā)展11.2意義12.工作原理32.1整機工作原理32.2應變式傳感器的工作原理32.3應變式傳感器的電橋原理43. 硬件電路結(jié)構(gòu)設計圖53.1壓力傳感器53.1.1壓力敏感元件53.2放大模塊63.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊73.4 AT89C51單片機83.5顯示模塊93.6 串行輸出單元93.7 按鍵模塊103.8 E2PROM存儲模塊114.系統(tǒng)軟件設計124.1A/D轉(zhuǎn)換模塊程序124.2按鍵模塊流程圖144.3串行輸出程序設計164.4顯示電路模塊185.誤差分析195.1直流電橋非線性誤差補償195.2應變式傳感器的溫度誤差和其補償方法195.2.1溫度誤差產(chǎn)生的原因

6、195.2.2溫度補償方法205.3 A/D轉(zhuǎn)換器標準不確定度205.4測量誤差205.5誤差處理216.儀器結(jié)構(gòu)設計237.使用說明書24結(jié) 論25參 考 文 獻26致 謝27附 錄281.前 言 1.1背景與發(fā)展 17到18世紀期間，第一個測定到標準大氣壓力的是意大利籍托里拆里，他的發(fā)現(xiàn)為液柱式壓力測量儀表的設計打下了堅定地基礎。我們所熟知的波登管壓力表因為其的實用性，和簡便性，被工業(yè)領域較為寬泛的應用。20世紀初，由于壓力測量帶來很多限制性難題，人們開發(fā)出了電接點壓力表、遠傳壓力表。使得壓力測量變得更為方便，效率，應用范圍更為廣泛。二十世紀后半葉，壓力測量儀的設計得到了改進，更為輕便，適

7、應的工作環(huán)境更為苛刻。使得其可以很好地被應用于航空、醫(yī)學檢測等領域，此時數(shù)字顯示也被引進壓力測量的應用當中。二十世紀六十年代左右，多數(shù)工程項目中差不多都采用了彈簧式壓力儀表來完成壓力參數(shù)的測量。但由于科學技術(shù)的發(fā)展和對壓力測試技術(shù)的要求，尤其是航空領域給壓力測試技術(shù)提出了許多困難要求，要求必須迅速反映測量過程發(fā)生的變化情況，并將變化的信息送給計算機，以使達到測試過程或生產(chǎn)線要求，實現(xiàn)自動化控制，或者能直接輸入給顯示、記錄、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，這樣就發(fā)展產(chǎn)生了電測試壓力儀，以代替過去那些只能測試靜態(tài)壓力的彈簧壓力計。壓力是我們生產(chǎn)生活中的一種常用的參數(shù)。為了保證生產(chǎn)和儀器的安全性能，壓力的測量是必不可

8、少的。而且壓力測量的智能化，也是大勢可趨。近來壓力傳感器種類可謂多之又多，而且體積越來越小，越來越輕便，各個領域，各個行業(yè)無不有其的蹤影。為實現(xiàn)壓力的更精確的測量，人們將壓力傳感器和其他硬件，擴展單元，電路原理結(jié)合在一起，使壓力的測量更為方便，準確。例如，脈搏測量儀，將微弱的脈搏跳動信號通過傳感器后經(jīng)過放大器的信號放大，AD的數(shù)模轉(zhuǎn)換傳送給中央處理單元，信號經(jīng)過處理后，用顯示電路顯示出來，就可以得到具體的脈搏跳動次數(shù)。當然其中包括了軟件的處理過程。壓力測量過程中也會避免不了誤差的存在，除了在傳感器設計優(yōu)化方面提高傳感器的質(zhì)量，減少誤差外，人們在測量壓力時候，也會采取一些措施，比如信號防干擾措施

9、，數(shù)據(jù)誤差處理等等。本文的目的在于設置一種簡單的智能壓力測量儀，來實現(xiàn)簡單的壓力測量，里面涉及到可調(diào)量程功能，可編程按鍵。其中包括硬件原理，軟件，外部擴展電路，儀器外形設計等等。誤差處理還引用了很多科學性強的公式。1.2意義 本文設計的可調(diào)量程智能壓力測量儀，是一種把壓力信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過顯示單元展示給我們的實用性儀表。壓力信號的采集必須要先防止信號的干擾，傳感器選型要合理，A/D和單片機的選擇應該適應傳感器的工作環(huán)境要求，以得到精密的儀器。文中設計的按鍵電路和E2PROM模塊實現(xiàn)了量程的調(diào)節(jié)和儲存功能，E2PROM模塊一次性輸入后將永久性保留這些數(shù)據(jù)，再次使用可以直接通過按鍵進行選擇。

10、儀器儀表的設計中誤差是不可避免的，包括，傳感器帶來的誤差，硬件電路部分帶來的誤差，為了測量更為方便本文中涉及到了誤差的分析以及處理，誤差可以通過電路的設計，例如阻容濾波對傳感器輸入信號進行濾波和數(shù)學公式來處理掉，使測量的結(jié)果盡可能的符合實際情況。我覺得儀器儀表的設計多少是有些缺陷的，對應的儀表只能測量一定的壓力，這在生產(chǎn)過程中，增加了儀表的使用量，也使同一工作原理的儀表重復性的被設計出來，我感覺這是一種浪費。也許我們可以設計一種萬能的儀表，對于同一物理量的測量只用這一種儀表就夠了。儀器的設計也需要符合全球的大環(huán)境，即實用也要環(huán)保。所以儀表技術(shù)的發(fā)展應該是創(chuàng)新和與時俱進的。如今的人們離不開儀表，

11、儀表的發(fā)展也離不開人們的智慧，他們是相輔相成的，一些儀器給人們的生活帶來很多方便，使人們的生活效率也得到了提高，人們的出行，社交，學習，工作甚至于健康問題現(xiàn)今隨著技術(shù)的發(fā)展都依賴于這些東西。所以這些功能的存在都是有意義的?？茖W是不斷發(fā)展的，技術(shù)是不斷被優(yōu)化，不斷被開發(fā)的，前人留下的財富是寶貴的，過去用傳統(tǒng)的方式創(chuàng)造生活，這些都是值得去懷念學習的，基礎必須要銘記，但同時發(fā)展不能止步，現(xiàn)代生活要用更高端的技術(shù)來創(chuàng)造，所以為了未來，所有技術(shù)還要不斷的被改進，以便于讓生產(chǎn)生活更高效的進行。2.工作原理2.1整機工作原理 本設計中所采用的是MPM283壓阻式OEM壓力敏感元件，當該傳感器受力時將產(chǎn)生壓力

12、信號，傳感器將壓力信號以電壓信號的形式輸出，在單片機的控制下，可以將該電信號通過A/D轉(zhuǎn)換模塊處理轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號然后再由單片機計算處理，最后由4位數(shù)碼管顯示出來，實現(xiàn)壓力的測量。2.2應變式傳感器的工作原理應變片的工作原理來自于金屬形變會導致阻值變化這一效應，金屬片的阻值會隨著它的形變而發(fā)生大小變化的現(xiàn)象被稱之為金屬的電阻的應變效應。此電阻表示為 (2-1)式中，金屬片電阻率為；金屬片長為l；橫截面積為A。導體受到外力時會引起、l、A的變化，從而導致R阻值的變化，它的相對的變化量可表示為 (2-2)對半徑是r的圓形截面電阻絲 (2-3) 可知電阻絲的徑向和軸向的變化關系為 (2-4)上式，為材

13、料的泊松比，(一般取值0.30.5)。把式(2-4)代入到式(2-3)，再代入式(2-2)得 (2-5)式(2-1-5)等號中間第一項表示應變片的幾何尺寸效應；第二項表示應變引起的電阻率變化效應即為壓阻效應，k0電阻絲的靈敏度系數(shù)，其物理意義為單位應變所引起的電阻相對變化量，k0主要由幾何尺寸效應和壓阻效應兩個因素決定。2.3應變式傳感器的電橋原理(1) 直流電橋平衡條件 直流橋路見圖2-1 示，E為電源，R1、R2、R3、R4為橋路電阻，RL為負載。 當RL趨向于無窮大時，電橋輸出電壓為 (2-6)當橋路平衡時，Vab=0，則有 (2-7)該式稱為電橋平衡條件。即電橋要平衡，其相鄰的兩電阻的

14、乘積(比值)應該一樣。圖2-1 直流橋路電路圖（2）直流電橋電壓靈敏度應變片在工作的時候，它阻值幾乎是不變的。所以我們通常通過放大電橋輸出的電壓來計算，得到電橋電壓靈敏度和供電電壓成正比，即靈敏度會隨著電壓的升高而不斷地升高。但供電電壓不能無限制提高，所以一般在允許范圍內(nèi)盡可能做出最恰當?shù)倪x擇。 3. 硬件電路結(jié)構(gòu)設計圖 圖3-1 硬件電路設計圖硬件電路結(jié)構(gòu)圖主要包括壓力敏感元件、放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路、單片機處理單元、按鍵控制、LED顯示、串行數(shù)據(jù)輸出端口等。3.1壓力傳感器3.1.1壓力敏感元件選擇MPM283 壓阻式OEM壓力敏感元件如圖3-2。圖 3-2壓力敏感元件實物圖MPM283型

15、壓阻式壓力敏感元件是一種應用不銹鋼波紋膜片隔離的OEM壓力測量元件。其優(yōu)點使耐壓值高、穩(wěn)定適合中高壓的測量，精度高，可廣泛用于過程控制系統(tǒng)，石油化工，液壓等領域。其測量范圍為：00.7MPa100MPa。表3-1壓力敏感元件的規(guī)格參數(shù)表參 數(shù)最小典型最大單位非線性±0.2±0.25%FS,BFSL重復性±0.05±0.075%FS遲 滯±0.05±0.075%FS零點輸出±3mVDC滿量程輸出70mVDC零點溫度誤差±0.75±1.0%FS,參比35滿度溫度誤差±0.75±1.0%FS

16、,參比35補償溫度范圍-1080工作溫度范圍-40125貯存溫度范圍-40125長期穩(wěn)定性±0.1±0.2%FS/年膜片材質(zhì)不銹鋼316L殼體材質(zhì)不銹鋼316L供電電源2.0mADC安全過載150%FS輸入阻抗38K輸出阻抗3.56K3.2放大模塊放大電路包含4個運算器和定值電阻。為了讓信號更穩(wěn)定，運算電路插入了阻容濾波模塊。還包括調(diào)零單元。運算器采用了低噪聲、輸入偏置電流低、開環(huán)收益高的OP07。根據(jù)電路圖可以看出放大電路一級放大倍數(shù)為4倍、二級5、三級2.4倍，所以總的放大倍數(shù)為48倍。本設計用到的OP07噪聲非常低，是我們所熟知的非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器。其溫漂小

17、，有很低的輸入失調(diào)電壓，所以一般情況下沒必要進行調(diào)零。它還具有高開環(huán)增益的特性，所以OP07最適用于高增益測量裝置。電路圖中采用了阻容濾波的濾波方法，其作用是，信號在傳輸?shù)倪^程中經(jīng)過放大電路時可以很好地過濾掉干擾波?；瑒幼冏杵鲗崿F(xiàn)調(diào)零的功能。整個電路電流傳輸過程如下傳感器提供的電信號通過差分放大正向和逆向的轉(zhuǎn)換完成3級放大，最后把得到的正電信號輸送給A/D轉(zhuǎn)換器。完成放大工作。圖3-3 放大模塊連接圖3.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊 本設計采用的是ADC0809轉(zhuǎn)換器。與單片機的硬件連接圖如圖3-4。 單片機所識別的二進制碼，是數(shù)字量，傳感器采集的信號屬于模擬信號，如果要對該信號進行識別、處理則必須將其

18、轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。數(shù)字信號即數(shù)字量，由0和1組成，該數(shù)字位數(shù)是無限制的，字數(shù)越多說明精確度越高，反之越低。而將模擬線號處理成數(shù)字信號需要A/D轉(zhuǎn)換；同樣的也可完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。ADC0809是系統(tǒng)中最常用的8位二進制碼轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部含有鎖存功能，具有8路模擬電子開關，能同時對輸入的8路信號采取采樣、轉(zhuǎn)換，效率高。如圖所示，P2.6引腳與處理器（讀入）、（寫）選通相邏輯組合，把它作為轉(zhuǎn)換器的選通輸入信號。由邏輯組合可知P2.6低電平有效。當P2.6為低電平時，令低3位地址碼作為8路模擬量輸入通道IN0IN7，每有一個采樣指令，就選通某一輸入通道，啟動一次A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束時，OE呈高電平，單片機就可

19、以從ADC0809讀取一個轉(zhuǎn)換結(jié)果。這樣才算完成該路的A/D轉(zhuǎn)換。在A/D轉(zhuǎn)換的過程中還通過放大電路傳輸過來的電信號經(jīng)過濾波后送給轉(zhuǎn)換器，在轉(zhuǎn)換其中實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換出來的數(shù)字信號，會通過數(shù)學公式計算出合理的測量值，測量過程中也會出現(xiàn)一些偏差比較大的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換后會被處理掉。A/D轉(zhuǎn)換器在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程中需要足夠的延遲，以便于轉(zhuǎn)換過程更高效的進行。A/D0809與單片機的硬件連接圖如圖3-4。 圖3-4 A/D0809與89C51的硬件連接圖3.4 AT89C51單片機圖3-5 AT89C51單片機 單片機內(nèi)部包含運算器和控制器的、4K字節(jié)FLASH閃速存儲器、128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器、

20、32個I/O接口，兩個16位定時器/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)等組成。單片機應用非常廣泛，這歸功于它的高速處理性能，本設計中單片機主要作用是控制A/D轉(zhuǎn)換，與按鍵模塊交互實現(xiàn)量程調(diào)節(jié)，與外置存儲器連接，以及數(shù)據(jù)的處理、計算和輸出等功能。3.5顯示模塊數(shù)碼管顯示部分由4個74LS164和4個8位數(shù)碼管組成如圖。數(shù)碼管的顯示是靠點亮里面的發(fā)光二極管來實現(xiàn)的。數(shù)碼管的公共端分為共陰和共陽兩種情況。共陰即8個陰極連接在一起。共陽就是8個陽極連接在一起。靜態(tài)顯示以及動態(tài)顯示是數(shù)碼管顯示的方式，此次設計所用的是靜態(tài)。當通過位選信號選擇某個數(shù)碼管的亮滅時，由于共陰共陽，所以其他數(shù)碼管顯示的數(shù)字也是一致的

21、，這就是靜態(tài)顯示。顯示單元電路圖的如圖3-6。 74LS164是用來實現(xiàn)8位同時串入，是一種常用的移位寄存器。串行輸入，而后并行輸出。其運行方式是任意輸入端置為高電平以控制另一個輸入端口的數(shù)據(jù)輸入。因此輸入端一般是連在一起的，不用的一般接高電動勢。經(jīng)過單片機處理后的數(shù)據(jù)會輸送給顯示單元完成顯示。圖3-6 數(shù)碼管顯示3.6 串行輸出單元串行輸出的工作方式是把構(gòu)成字符的二進制數(shù)，有序的逐位進行傳輸。大多數(shù)儀器所讀取的數(shù)據(jù)是并行數(shù)據(jù)，因此需要把并行數(shù)據(jù)變換成串行數(shù)據(jù)才能正常的傳輸。在接收端再把串行數(shù)據(jù)變換成并行數(shù)據(jù)才能被儀器識別。上述轉(zhuǎn)換可以通過軟件和硬件連接來實現(xiàn)。如圖3-7。中涉及的MAX220

22、是一種雙組驅(qū)動器/接收器，其功能主要是實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)的通信。為了防止干擾在其兩端接入了抗阻。TXD和RXD分別和單片機、PC連接起來，PC發(fā)出數(shù)據(jù)，命令單片機，而后單片機做出響應，將處理的數(shù)據(jù)通過串口再發(fā)送給PC。從而完成整個的出入輸出過程。圖3-7串行數(shù)據(jù)輸出電路圖3.7 按鍵模塊按鍵分為彈性小按鍵，其特點是按下后松開會自動斷開；自鎖式按鍵，按下閉合后會自動鎖住，再次按下會彈出，通常會將其用作電源開關。而在本設計中，控制單片機的按鍵采用的是彈性小按鍵，其工作原理是：把按鍵的一端接地，將初始狀態(tài)設為高電平，讓單片機不斷地檢測I/O口的電平，按鍵被按下時，電路接通，變?yōu)榈碗娖?，被單片機檢測到后執(zhí)行

23、相應的命令。此處設置了兩個按鍵，S1和S2。S1的功能是調(diào)節(jié)智能壓力測量儀的量程（010-100MPa），S2被用來確認當前被選擇的某個量程。它們的工作原理是，每按一次S1能夠給單片機一個低電勢，相應的單片機會執(zhí)行增加量程的功能。此時單片機還把對應的數(shù)據(jù)存儲到了E2ROM單元，為后續(xù)的測量工作做準備。當選擇到所需要的量程時，可以通過按下S2來確認一下該量程已被選擇。當量程達到上限時，再次按下S1可以實現(xiàn)重新從10MPa開始往上增加。按鍵電路如圖3-8所示。圖3-8 按鍵電路3.8 E2PROM存儲模塊圖3-9 AT24C02與單片機的硬件圖本設計中采用AT24C02存儲器模塊來實現(xiàn)壓力量程的調(diào)

24、節(jié)。AT24C02內(nèi)部分為32頁，每頁8個字節(jié)，共256個字節(jié)，有兩種尋址方式：芯片和片內(nèi)子地址尋址。芯片尋址，其地址是1010，控制字格式是1010A2A1A0R/W。A0、A1、A2是可編程的地址選擇位，他們引腳接高、低時能產(chǎn)生3位編碼，與1010合起來組成7位編碼，此編碼就是該元件的地址碼。R/W為讀寫位，當其為低電平時對芯片進行寫操作；為高電平時進行讀操作；片內(nèi)子地址尋址，可對內(nèi)部256B中任意一個進行讀寫操作，尋址范圍是00FF，總共有256個尋址單元。該存儲器一般有兩種寫入方式，字節(jié)寫入和頁寫入，后者允許在一個寫周期內(nèi)對一字節(jié)到一頁的對個字節(jié)采取編程寫入，效率高。片內(nèi)地址在接受到一

25、個字節(jié)數(shù)據(jù)后會自動加1，從而實現(xiàn)連續(xù)寫入，在第8個數(shù)據(jù)后將地址強制加1，就會防止數(shù)據(jù)丟失，令寫入繼續(xù)到下一頁。字節(jié)寫入，即是一次寫入一個數(shù)據(jù)，先發(fā)動啟動信號，后送一個一位控制字，到第8位時發(fā)送一位停止信號，完成一次8位寫入。按鍵的實時控制所得到的所有數(shù)據(jù)將會及時傳入此存儲單元，所有數(shù)據(jù)將會根據(jù)上述的工作原理進行存儲。也就是實現(xiàn)了量程數(shù)據(jù)的存儲功能，當再次使用此儀器時，這些量程數(shù)據(jù)將會直接從該存儲器提取，通過按鍵來實現(xiàn)。點路圖中兩個串電阻是為了降低芯片對單片機的傳入電信號到適當范圍，起到保護電路的作用。4.系統(tǒng)軟件設計整件系統(tǒng)軟件設計流程圖如圖4-1。圖4-1 軟件設計流程圖4.1A/D轉(zhuǎn)換模塊

26、程序A/D轉(zhuǎn)換程序段#include<reg51.h> #include<absacc.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit d1=P01; sbit d2=P02; sbit d3=P03; sbit d4=P04; sbit START=P26;void AD()ST=0;delay(2);ST=1; /啟動AD轉(zhuǎn)換delay(2);ST=0;Wile(EOC=0);OE=1;dianyaz=P0;OE=0;void delayms(uint xms) /延時 uint i,j;fo

27、r(i=xms;i>0;i-)for(j=110;j>0;j-); void num uint n,num=num+num;for(n=4;n=1;n+);float average;average=sum/4;圖4-2 A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖4.2按鍵模塊流程圖#include<reg51.h> #include<absacc.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit key1=P22; sbit key2=P23;void delayms(uint xms)uint i,j;f

28、or(i=xms;i>0;i-) for(j=110;j>0;j-);void init()TMOD=0x01;TH0=(65536-45872)/256;TL0=(65536-45872)%256;EA=1;ET0=1;void keyscan()if(key1=0) delayms(10); If(key=0) num=num+10; If(num=100) num=0; wile(!key1); if(key2=0) delayms(10) if(key2=0) wile(!key2); TR0=TR0; 圖4-3 按鍵流程圖4.3串行輸出程序設計SMO=0;void ini

29、t() /定時器初始化程序TMOD=0x20; /T1的工作方式TH1=0xfd; /TH1,TL1賦初值TL1=0xfd;TR1=1; /啟動T1REN=1; /允許串口就收位SM1=1; /串口的工作方式EA=1; /定時器使能ES=1; /串口中斷允許void UART() /串口發(fā)送數(shù)據(jù)程序 init(); while(1) If(flag=1) /標志位 ES=0; /關閉串口中斷，防止發(fā)送（接受）數(shù)據(jù)時，進入串口中斷 for(i=0;i6;i+) SBUF=tablei; while(!TI); /發(fā)送完后由硬件將其置1 TI=0; SBUF=a; while(!TI); TI=0

30、; ES=1; flag=0; void ser()interrupt 4 RI=0; a=SBUF; flag=1;4.4顯示電路模塊圖4-4 顯示電路流程圖5.誤差分析5.1直流電橋非線性誤差補償采用差動電橋法，將電橋四臂接入4片應變片，如圖5-1所示，構(gòu)成全橋差動電路。若R1=R2=R3=R4，且R1=R2=R3=R4，則 (5-1) (5-2)此時全橋差動電路不存在非線性誤差且電壓較精確，同時還有對溫度補償有一定的作用。圖 5-1全橋差動電路5.2應變式傳感器的溫度誤差和其補償方法 5.2.1溫度誤差產(chǎn)生的原因?qū)兤惭b在裝置上，在不受外力作用的情況下，如果環(huán)境溫度發(fā)生變化，應變片的

31、阻值也會發(fā)生變化。這會導致測量結(jié)果產(chǎn)生很大的誤差。該誤差稱為溫度誤差。產(chǎn)生誤差的原因有兩種： (1)應變片阻值本身隨溫度變化而變化電阻與溫度的關系可表示為 (5-3) (5-4)式中，Rt 溫度t時的電阻值； R0 溫度在t0點的阻值； t 溫度的變化值； Rr 溫度變化t時對應的阻值變化； 應變片的阻值溫度系數(shù)，溫度提高或減少1時阻值的相對變化。 （2）儀器材料與應變片的線行膨脹系數(shù)不一致，導致應變片產(chǎn)生變形造成阻值的變化。5.2.2溫度補償方法 （1）電橋補償法電橋補償法是一種常見的高效的補償法。在橋路上安裝一工作應變片，在另外一個與被測件的材料相同，但不受外力的補償件上安裝一個補償應變片

32、。補償片與被測片同在室溫下。有時也可以不設補償件，而是將補償片貼在被測件上，使其既能起到溫度補償作用又能提高靈敏度。 （2）應變片自補償法 這種應變片是一種比較特殊的，溫度產(chǎn)生變化，會使附加應變相互抵消。用自補償應變片的這種方式稱為自補償法。 （3）串熱敏電阻補償法 在橋路電壓輸出端串入一熱敏電阻，在溫度增加的情況下，導致應變片靈敏度下滑，而熱敏電阻的阻值隨著變低，使電橋輸入電壓增加，進而提高電橋輸出。5.3 A/D轉(zhuǎn)換器標準不確定度模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號和理論上是有差別的。所以A/D存在標準不確定度，s(St)、s(S2)、s(S3)按照均勻分布，其均值為 (5-5)5.

33、4測量誤差在對同一被測量進行無數(shù)次測量所得到的結(jié)果的平均值之差，被稱作為隨機誤差。隨機誤差是沒有規(guī)律的是離散型的，但是總的來說還是遵循一定的統(tǒng)計規(guī)律的。重復性測量的結(jié)果多數(shù)遵循正態(tài)分布。正態(tài)分布所體現(xiàn)出來的誤差并不是很夸張，誤差絕對值大的占少數(shù)甚至沒有，誤差絕對值小的，越靠近零越多，即具有一個單峰值。無窮倍標準差的絕對值幾乎是不存在的。實際測量中，測量次數(shù)是有限的，真值必須要用最佳的估計值，一般就用算術(shù)平均值代替，標準差公式 (5-6)式(5-6)被稱為貝塞爾公式，用來計算標準差估計值。vi稱為殘差，實際測量中能算出其值。s被稱標準差。測得值通過標準差這一指標，可以明顯的得到哪些值誤差小，哪些

34、值誤差大。誤差越大，數(shù)據(jù)越分散，方差也會變大。正態(tài)分布圖峰值越尖銳，說明測得的這組數(shù)據(jù)越符合實際情況。所以測量過程中盡量選擇比較靠譜的數(shù)據(jù)，以便減小誤差。5.5誤差處理在壓力測量過程中，存在很多誤差，在計算系統(tǒng)誤差時，應考慮壓力傳感器的誤差，A/D轉(zhuǎn)換器的誤差，和舍入誤差。（1）極限測量下壓力傳感器的誤差本設計采用MPM283 壓阻式OEM壓力敏感元件，由其規(guī)格參數(shù)可以知道，其非線性誤差為±0.2%FS，最大測量范圍100MPa。則壓力傳感器的極限測量誤差為(kPa) (5-7)（2） 舍入誤差在數(shù)據(jù)處理中，對余數(shù)要進行四舍五入處理，即舍入誤差（kPa） (5-8)（3）A/D轉(zhuǎn)換器

35、的極限轉(zhuǎn)換誤差本設計中，采用的是8位ADC0809，所以A/D的轉(zhuǎn)換誤差為，A/D轉(zhuǎn)換器極限轉(zhuǎn)換誤差為（kPa） (5-9)可知系統(tǒng)的極限誤差為 （kPa） (5-10) 所以系統(tǒng)的極限誤差為（kPa）。因為該測量儀的最大測量范圍是010-100MPa。所以該測量儀的測量精度為。因為，所以本測量儀測量精度符合設計要求。6.儀器結(jié)構(gòu)設計（1）儀表總體設計框架圖6-1 儀表外形圖（2）儀表前面板圖圖6-2 儀表正面圖（3）儀表后面板圖圖6-3 儀器背面圖7.使用說明書 安全事項 智能壓力測量儀可以實現(xiàn)010-100MPa范圍的壓力測量，使用過程中，應避免被測物件質(zhì)量對傳感器的壓力超過量程的限制而損

36、壞傳感器。當測量完成時應把重物隨即拿下，來保證壓力測量儀的精準度。儀器要輕拿輕放，避免高溫環(huán)境下工作，避免不必要額誤差，以及元器件的損壞。儀器閑置時應將其放置在干燥環(huán)境下。 按鍵操作說明 按鍵1 實現(xiàn)量程的調(diào)節(jié) 按鍵2 實現(xiàn)量程的確定 結(jié) 論 本文設計的可調(diào)量程智能壓力測量儀，是一種把壓力信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過顯示單元展示給我們的實用性儀表。從設計中可知，壓力信號的采集必須要先防止信號的干擾，傳感器選型要合理，A/D和單片機的選擇應該適應傳感器的工作環(huán)境要求，以得到精密的儀器。本文中設計的按鍵電路和E2PROM模塊實現(xiàn)了量程的調(diào)節(jié)和儲存功能，E2PROM模塊一次性輸入后將永久性保留這些數(shù)據(jù)，

37、再次使用可以直接通過按鍵進行選擇。儀器儀表的設計中誤差是不可避免的，包括，傳感器帶來的誤差，硬件電路部分帶來的誤差，為了測量更為方便本文中涉及到了誤差的分析以及處理，誤差可以通過電路的設計，例如阻容濾波對傳感器輸入信號進行濾波和數(shù)學公式來處理掉，使測量的結(jié)果盡可能的符合實際情況。以上是我在做本設計時總結(jié)的結(jié)論。我覺得儀器儀表的設計多少是有些缺陷的，對應的儀表只能測量一定的壓力，這在生產(chǎn)過程中，增加了儀表的使用量，也使同一工作原理的儀表重復性的被設計出來，我感覺這是一種浪費。也許我們可以設計一種萬能的儀表，對于同一物理量的測量只用這一種儀表就夠了。這樣可以達到保護環(huán)境，節(jié)省資源的目的，讓綠色環(huán)保

38、無處不在。參 考 文 獻1 周娟,袁良豪,曹德森. 壓力傳感器信號調(diào)理電路設計J. 北京生物醫(yī)學工程, 2007,(04) . 2 張海峰,汪至中. 一種新型的汽車輪胎壓力檢測系統(tǒng)J. 世界電子元器件,2005,(10) .3 張海峰,汪至中. 一種新型的汽車輪胎壓力檢測系統(tǒng)J. 世界電子元器件, 2005,(10) . 4 黨選發(fā),李曉峰. PTB220氣壓傳感器在測量大氣壓力中的應用J. 中國計量, 2008,(03) . 5 趙中華,高應俊,駱宇鋒. 光纖壓力傳感器J傳感器技術(shù), 2005,(12) . 6 張鑫,郭清南,李學磊. 壓力傳感器研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J電機電器技術(shù),2004,(

39、04) . 7 劉躍輝,張旭蘋,董玉明. 光纖壓力傳感器J光電子技術(shù), 2005,(02) . 8MPM283型壓阻式壓力敏感元件，9 MCS51系列單片機實用接口技術(shù)，李華等，北京航天航空大學 .10 PROTEL2004電路原理圖及PCB設計，清源科技，機械工業(yè)出版社。11 基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究，曹衛(wèi)芳，山東科技大學，20055. 12 單片機應用技術(shù)選編，何立民，北京航空航天大學出版社，2000.13 檢測技術(shù)與系統(tǒng)設計，張靖等，中國電力出版社，2001. 14 田捷，楊鑫.智能設計基礎M.北京：電子工業(yè)出版社，2005 

40、.15 何立民. 單片機應用技術(shù)選編M.北京航空航天大學出版社,2003.16 童長飛.C8051F系列單片機開發(fā)與 C語言編程 M .北京:北京航空航天大學出社，2005. 3843. 17 王雪文.傳感器原理及應用.北京M.北京航空航天出版社,2004. 18 賴麒文.8051 單片機 C語言徹底應用.北京M.科學技術(shù)出版社. 19 楊振江等編著. 智能儀器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的新器件及應用M.西安電子科技大學出版社.20 王幸之，鐘愛琴,王雷等.AT89系列單片機原理與接口技術(shù)

41、60;M .北京：北京航空航天大學出版社,2004:345346.21 David Heeley.Understanding Pressure and Pressure MeasurementD.Phoenix, Arizona,200522 ATA-UR-REHMAN, SALMAN AFGHANI, MUHAMMAD AKMALMicrocontroller and Sensors Based Gesture VocalizerD.Cambridge, UK February 20, 2008致 謝本文的撰寫是在老師的悉心指導下完成的，劉老師不僅給我提供了良好的畢業(yè)設計環(huán)境和條件

42、，而且在撰寫的過程中劉老師給予了極大的幫助。讓我能夠比較順利的完成。在整個設計的完成的過程中，老師給了我很大的幫助。沒有他孜孜不倦的教誨，我的設計工作肯定不能這么順利的完成。劉老師積極地引導和鼓勵使我不僅鞏固了有關專業(yè)基礎知識，還擴展了知識面，而且對自己的設計課題越來越有興趣。雖然劉老師平日里事務繁忙，但在有問題問他時他總能不耐其煩地耐心講解。為了指導我們的畢業(yè)設計他付出了很多的心血，也耽誤了很多寶貴的時間。老師治學嚴謹，無私奉獻的精神深深地影響著我，也讓我更加努力的學習有關知識，完成畢業(yè)設計。相信他的科研精神、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和認真的工作風度對我以后的職業(yè)生涯和人生都會產(chǎn)生積極深遠的影響。在此

43、，我謹表示我個人表示衷心的感謝！其次要感謝控制學院的領導和老師們，感謝他們四年來，為我們提供了良好的學習環(huán)境，傳授給我們知識。畢業(yè)設計過程中學院為我們提供了專門的實驗室，給我們提供了很大的方便，創(chuàng)造了良好的環(huán)境。 由于水平有限，本設計中還存在著很多的不足之處，請各位老師批評、指正，謝謝！附 錄附錄一程序#include<reg51.h>unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,/不帶小數(shù)點的編碼0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0xbf,0x86,/帶小數(shù)點的編碼0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xf

44、d,0x87,0xff,0xef; sbit DL=P24;sbit WL=P25;sbit Beep=P27;sbit d1=P20;sbit d2=P21;sbit d3=P22;sbit d4=P23;sbit START=P26;sbit MOVE=P37;sbit UP=P36;sbit DOWN=P35;sbit OK=P34; unsigned char pos=0; unsigned int shan=0;void delay(unsigned int t)while(t-);void display(unsigned int t)char c=shan/15;shan+; P

45、0=tablet/1000;if(pos=1)&&(c%2) P0=0x00;DL=1;DL=0;d1=0;WL=1;WL=0;d1=1;delay(500);P0=tablet%1000/100+10;if(pos=2)&&(c%2) P0=0x00; DL=1;DL=0;d2=0;WL=1;WL=0; d2=1;delay(500);P0=tablet%1000%100/10;if(pos=3)&&(c%2) P0=0x00; DL=1;DL=0;d3=0;WL=1;WL=0;d3=1;delay(500);P0=tablet%1000%100%10;if(pos=4)&&(c%2)P0=0x00; DL=1; DL=0; d4=0; WL=1; WL=0; d4=1; delay(500); int set_value=50;void main(void)unsigned int adc_va