基于單片機(jī)的壓力超限報警系統(tǒng)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計（論文） 題目 基于單片機(jī)的壓力超限報警系統(tǒng)設(shè)計班 級 學(xué) 號 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 目 錄專心-專注-專業(yè)基于單片機(jī)的壓力超限報警系統(tǒng) 沈陽航空航天大學(xué)自動化學(xué)院摘要：壓力是工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)之一。壓力的檢測或控制是保證生產(chǎn)和設(shè)備安全運行必不可少的條件，現(xiàn)壓力檢測與報警有常重要的意義。本設(shè)計主要通過單片機(jī)及專用芯片對傳感器所測得的模擬信號進(jìn)行處理,使其完成對壓力的測量與報警，報警上線是通過按鍵值設(shè)定的。關(guān)鍵字：壓力；AT89C51單片機(jī)；壓力傳感器；A/D轉(zhuǎn)換器；LED顯示。0. 前言近年來，隨著微型計算機(jī)的發(fā)展，他的應(yīng)

2、用在人們的工作和日常生活中越來越普遍。工業(yè)過程控制是計算機(jī)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。其中由單片機(jī)構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注?，F(xiàn)在可以毫不夸張的說，沒有微型計算機(jī)的儀器不能稱為先進(jìn)的儀器，沒有微型計算機(jī)的控制系統(tǒng)不能稱其為現(xiàn)代控制系統(tǒng)的時代已經(jīng)到來。壓力測量對實時監(jiān)測和安全生產(chǎn)具有重要的意義。在工業(yè)生產(chǎn)中，為了高效、安全生產(chǎn)，必須有效控制生產(chǎn)過程中的諸如壓力、流量、溫度等主要參數(shù)。由于壓力控制在生產(chǎn)過程中起著決定性的安全作用，因此有必要準(zhǔn)確測量壓力。通過壓力傳感器將需要測量的位置的壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)過運算放大器進(jìn)行信號放大，送至8位AD轉(zhuǎn)換器，然后將模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識別的

3、數(shù)字信號，再經(jīng)單片機(jī)轉(zhuǎn)換成LED顯示器可以識別的信息，最后顯示輸出并判斷是否超過警戒線，選擇的單片機(jī)是基于AT89C51單片機(jī)的測量與顯示，將壓力經(jīng)過壓力傳感器變?yōu)殡娦盘?，再通過運放將電信號放大為標(biāo)準(zhǔn)信號為0-5V的電壓信號，然后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，我們所采樣的A/D轉(zhuǎn)換器為ADC0804，ADC0804的辨率最高分辨可達(dá)256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。鍵盤是單片機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)人機(jī)對話的常用輸入設(shè)備。我們通過鍵盤，向計算機(jī)系統(tǒng)輸入各種數(shù)據(jù)和命令，亦可通過使用鍵盤，讓單片機(jī)系統(tǒng)處于預(yù)定的功能狀態(tài)。要想實現(xiàn)壓

4、力的顯示需硬件與軟件配合，最終調(diào)試出來。1. 總體方案設(shè)計本次設(shè)計是以單片機(jī)組成的壓力測量，系統(tǒng)中必須有前向通道作為電信號的輸入通道，用來采集輸入信息。壓力的測量，需要傳感器，利用傳感器將壓力轉(zhuǎn)換成電信號后，再經(jīng)放大并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后才能由計算機(jī)進(jìn)行有效處理。然后用LED進(jìn)行顯示，并判斷是否超過警戒壓力，鍵盤則是用來設(shè)定警戒壓力大小的 原理圖如圖1所示。單片機(jī)顯示A/D轉(zhuǎn)換壓力傳感器報警鍵盤圖1 壓力報警系統(tǒng)原理圖2. 硬件電路的設(shè)計2.1 單片機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)型89系列單片機(jī)是與MCS-51系列單片機(jī)兼容的。在內(nèi)部含有4KB或8KB可重復(fù)編程的Flash存儲器，可進(jìn)行1000次擦寫操作。全靜

5、態(tài)工作為033MHz，有3級程序存儲器加密鎖定，內(nèi)含有128256字節(jié)的RAM、32條可編程的I/O端口、23個16位定時器/計數(shù)器，68級中斷，此外有通用串行接口、低電壓空閑模式及掉電模式。AT89C51相當(dāng)于將8051中的4KB ROM換成相應(yīng)數(shù)量的Flash存儲器，其余結(jié)構(gòu)、供電電壓、引腳數(shù)量及封裝均相同，使用時可直接替換。AT89C51在內(nèi)部采用40條引腳的雙列直插式封裝，引腳排列如圖2所示：圖2 AT89C51芯片引腳管腳說明：P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被

6、定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。

7、這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口：P3口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P

8、3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的

9、脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA

10、端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.2 MPX4115壓力傳感器 MPX4115傳感器是一個硅壓力傳感器。這個傳感器結(jié)合了先進(jìn)的微電子技術(shù)，能為高水準(zhǔn)模擬輸出信號提供一個均衡壓力。壓力測量范圍為15kp115kp，電壓輸出0.27V4.76V。氣壓傳感器MPX4115的管腳說明如表1所示，引腳圖如圖3所示。表1 氣壓傳感器MPX4115的管腳說明123456VOUTGNDVSN/SN/SN/S圖3 MPX4115傳感器2.3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊

11、 ADC0804特性：工作電壓：5V，即VCC5V。模擬輸入電壓范圍：05V，即0Vin5V。分辨率：8位，即分辨率為1/28=1/256，轉(zhuǎn)換值介于0255之間。轉(zhuǎn)換時間：100us（fCK640KHz時）。轉(zhuǎn)換誤差：±1LSB。參考電壓：2.5V，即Vref2.5V。 ADC0804的轉(zhuǎn)換原理ADC0804是屬于連續(xù)漸進(jìn)式（Successive Approximation Method）的A/D轉(zhuǎn)換器，這類型的A/D轉(zhuǎn)換器除了轉(zhuǎn)換速度快（幾十至幾百us）、分辨率高外，還有價錢便宜的優(yōu)點，普遍被應(yīng)用于微電腦的接口設(shè)計上。輸出8位的ADC0804，動作步驟如下表示：第一次尋找結(jié)果：

12、（若假設(shè)值輸入值，則尋找位假設(shè)位1）第二次尋找結(jié)果： （若假設(shè)值輸入值，則尋找位假設(shè)位1）第三次尋找結(jié)果： （若假設(shè)值>輸入值，則尋找位該假設(shè)位0）第四次尋找結(jié)果： （若假設(shè)值輸入值，則尋找位假設(shè)位1）第五次尋找結(jié)果： （若假設(shè)值>輸入值，則尋找位該假設(shè)位0）第六次尋找結(jié)果： （若假設(shè)值輸入值，則尋找位假設(shè)位1）第七次尋找結(jié)果： （若假設(shè)值輸入值，則尋找位假設(shè)位1）第八次尋找結(jié)果： （若假設(shè)值>輸入值，則尋找位該假設(shè)位0）這樣使用二分法的尋找方式，8位的A/D轉(zhuǎn)換器只要8次尋找。AD0804的具體電路如圖4所示。圖4 ADC0804電路圖2.4鍵盤顯示模塊設(shè)置鍵按下時可以通過

13、調(diào)節(jié)個位、十分位、百分位按鍵設(shè)置報警壓力值，松開設(shè)置鍵系統(tǒng)進(jìn)行壓力值的測量顯示以及比較，若大于報警壓力值則進(jìn)行報警。圖5鍵盤顯示模塊數(shù)碼管則使用動態(tài)顯示。謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描），對于顯示器的每一位而言，每隔一段時間點亮一次。在同一時刻只有一位顯示器在工作（點亮），利用人眼的視覺暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄滅時的余輝效應(yīng)，看到的卻是多個字符“同時”顯示，態(tài)顯示器的優(yōu)點是節(jié)省硬件資源，成本較低。2.5整體電路圖本系統(tǒng)整體電路是由單片機(jī)最小系統(tǒng)、壓力傳感器、鍵盤及顯示模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊等組成，具體連接方式如圖6所示。圖6整體電路圖3 軟件設(shè)計3.1 報警系統(tǒng)軟件實現(xiàn) 壓力傳感器

14、將輸出的模擬信號輸送給ADC0804單片機(jī)來控制ADC0804的工作狀態(tài)，使傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號進(jìn)而輸送給單片機(jī)，單片機(jī)接收到信號后對該信號進(jìn)行處理再輸送到顯示數(shù)碼管端，從而顯示壓力值，該壓力值同時還與按鍵設(shè)置的壓力上限值進(jìn)行比較，若超過壓力上限值則進(jìn)行報警。3.2 程序流程圖開始初始化設(shè)置鍵是否按下 N Y設(shè)置報警上限設(shè)置設(shè)置鍵是否按下 Y N 顯示當(dāng)前壓力值是否大于警戒限 N Y報警 結(jié)束圖7程序框圖4.聯(lián)合調(diào)試在Protues上進(jìn)行仿真實驗。首先使用Keil vision 4編寫完成的程序編譯生成HEX文件，將HEX文件燒錄到單片機(jī)中，進(jìn)行仿真實驗，結(jié)果如圖8所示。圖8運行

15、結(jié)果圖5. 課設(shè)小結(jié)及進(jìn)一步設(shè)想這次課程設(shè)計給我最大的收獲，應(yīng)該是仿真過程當(dāng)中學(xué)到的很多東西，這個過程不僅使我重新回顧了Protues仿真軟件的運用，也使我更深的了解了一些東西。其次就是軟件編程，這次完全是運用以往積累的經(jīng)驗，完成了仿真程序，其中的滋味，也就自己能體會得到，程序修改了很多次，也失敗了不少，花費的時間和在protues畫圖差錯上的時間應(yīng)該是一樣多的，同樣都是很費腦筋的。在編程這一方面，我的感受就是編模塊程序不是最難得，最難得是能夠連續(xù)運行，進(jìn)行全面的整合，但想要整合好，你還是的寫好模塊程序，相互制約，相互影響，是比較麻煩的，為了完成完整的鍵盤控制系統(tǒng)，在這一塊是下功夫了的，這也算

16、是自己第一次，這么完整的弄完一個小型的單片機(jī)系統(tǒng)。本次課設(shè)也有一些不足之處具體表現(xiàn)如下：系統(tǒng)的測量精度不能保證，可能是因為ADC0804的轉(zhuǎn)換精度不夠。鍵盤的消抖問題沒有充分考慮。只能測量一路壓力值，無法測量多路壓力值。參考文獻(xiàn)1 賴麒文.8051 單片機(jī) C語言徹底應(yīng)用. 北京M:科學(xué)技術(shù)出版社，2002 2 朱定華,單片機(jī)原理及接口技術(shù)M. 北京:電子工業(yè)出版社 ,2001.63 王雪文, 傳感器原理及應(yīng)用.北京M:北京航空航天出版社,20044 張軍,梅麗鳳.單片機(jī)原理接口技術(shù).北京交通大學(xué)出版社,2006.55 張婧武,周靈彬.單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計與仿真.北京: 電工出版社,

17、2007.46 周佩玲,彭虎.微機(jī)原理與接口技術(shù).北京: 電子工業(yè)出版社,2005.47 朱定華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M. 北京:電子工業(yè)出版社 ,2001.6附錄I 元件清單元件名稱型號數(shù)量壓力傳感器MPX41151單片機(jī)AT89C511LED7seg-mpx4-cc-blue1轉(zhuǎn)換芯片ADC08041電容1uf3電阻51R13導(dǎo)線 若干按鍵Button4附錄II 整體電路圖附錄III 源程序清單#include <reg51.h> /51列單片機(jī)頭文件#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uin

18、t unsigned int int t1,i;float t;void anjian();sbit clock = P31;sbit u=P23;sbit uge=P20;sbit uxiao=P21;sbit uxiao2=P22;sbit cs=P24;sbit adwr=P36;/定義AD的WR端口sbit adrd=P37; /定義AD的RD端口sbit key1=P10;sbit key2=P11;sbit key3=P12;sbit ting=P30;uchar a,A1,A2,A3,adval;uchar num1=5,num2,num3;uchar code table0=0

19、xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef,0xf7,0xfc,0xb9,0xde,0xf9,0xf1;uchar code table1=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;void delayms(uint xms)uint i,j;for(i=xms;i>0;i-) /i=xms即延時約xms毫秒for(j=110;j>0;j-);void display(uchar bai,uchar shi,uc

20、har ge) /顯示子函數(shù) P2=0xe0;u=1;P0=0x73;u=0;delayms(5); /延時uge=1;P0=table0bai;uge=0; delayms(5); /延時uxiao=1;P0=table1shi; uxiao=0; delayms(5); /延時uxiao2=1;P0=table1ge;uxiao2=0; delayms(5); /延時void display2(uchar b,uchar s,uchar g)/設(shè)置顯示 u=1;P0=0xff;u=0;delayms(5); /延時uge=1;P0=table0b;uge=0; delayms(5); /延時uxiao=1;P0=table1s; uxiao=0; delayms(5); /延時uxiao2=1;P0=table1g;uxiao2=0; delayms(5); /延時void anjian() /按鍵設(shè)定閾值cs=1; if(key1=0) delayms(20);if(key1=0)num1+;if(num1=6) num1=0; while(!key1); if(key2=0) delayms(20);if(key2=0)num2+;if(num2=10) num2=0; while(!key2); if(key3=0)