傳感器課程設(shè)計(jì)-壓力傳感器

1、摘要壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，具廣泛應(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。壓力傳感器的原理是將壓力信號(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。

2、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。關(guān)鍵字：壓力、電信號(hào) TOC o 1-5 h z 一、設(shè)計(jì)目的1二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1設(shè)計(jì)任務(wù)1設(shè)計(jì)要求1三、設(shè)計(jì)步驟及原理分析1設(shè)計(jì)方法1設(shè)計(jì)步驟 2設(shè)計(jì)原理分析10四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì)11五、參考文獻(xiàn)12一、設(shè)計(jì)目的.培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)職業(yè)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；.培養(yǎng)建立正確的科學(xué)思想

3、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) 二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)任務(wù).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)設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)是通過(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。三、設(shè)計(jì)步驟及原理分析設(shè)計(jì)方法.原理框圖設(shè)計(jì)2.硬件設(shè)

4、計(jì)3.軟件設(shè)計(jì)4.顯示電路設(shè)計(jì)3.2設(shè)計(jì)步驟而一傳感器電信號(hào)測(cè)量A/D轉(zhuǎn)換 單片機(jī) LED顯示屏6圖1-1壓力計(jì)原理方框圖圖2-1數(shù)字壓力計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖硬件電路的設(shè)計(jì)傳感器的選擇力學(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

5、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，極有可能損害傳感器甚至引起事故。設(shè)計(jì)仿真時(shí)由于 PROTEU中沒(méi)有傳感器，因此用一個(gè)范圍為75150分壓電路代替?zhèn)鞲衅鞯妮敵鲭娏?，?的仿真得以進(jìn)行。（滑動(dòng)變阻器）傳感器接口電路設(shè)計(jì)MPX4115內(nèi)部原理圖如圖2-2所示：HWMtIS單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)為AT89C51系歹U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

6、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AT89C51F1.0VCCPl 1P0 0P1.2P0.1P1.3P0.2P1 4P0.3P1 5P0.4P1.6P0.5P1.7PD.6RSI7VPDP3.0/RXDC EA/VPPP3.17TXDP3.2/INT0PSENP3.3/fNTiP2.7P3.4/T0P2.6P15/TLPZ5P3.6/WRPZ4P3.7/RDP2.3XTAL2P2.2XTAL1PZ1GNDP2.0J?37_36_J52t34=1:i?一-E31-HiJ_s40一本程序項(xiàng)H 二部四小1口 開(kāi)始抵亍一程-4?外部ROM開(kāi)51最小系統(tǒng)3.3.5數(shù)模

7、轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)ADC080騁采樣分辨率為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。ADC080混ADC0809勺簡(jiǎn)化版本，功能基本相同。一 般在硬件仿真時(shí)采用 ADC0808a彳f A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用時(shí)采用 ADC08094彳f A/D 轉(zhuǎn)換。ADC0808接線圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC080昵CMO3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。引腳功能(外部特性)ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如右圖所示

8、。各引腳功能如下：15和2628 (IN0IN7): 8路模擬量輸入端。8、14、15和1721: 8位數(shù)字量輸出端。22 (ALE5：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。(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)。(EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(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)。(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。(CL2:時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ12

9、(VREF(+)和16 (VREF(-):參考電壓輸入端11 (Vcc):主電源輸入端。13 (GND：地。2325 (ADDA ADDB ADDC： 3位地址輸入線，用于選通 8路 模擬輸入中的一路地址碼小對(duì)應(yīng)的輸入通道小f23 (ADD A24(ADDB)25(ADD C0小INO.|0審0-%IN%；0。%0卡IN2 巾；卜八IN3一U0IN4中0-hIN5/%IN6中卜卜IN7g輸出端注意：out7為最低位-out0為最高位，out7-out0分別接單片機(jī)的P0.0至U P0.7端3.4.5顯示電路設(shè)計(jì)Ui，X1AL1rU - UeUUr,.rr=rP0.1/AD14 0P0.2/AD

10、21 1XIAL2PILLS 科 D3P0.4/AD4口-P0.5ZAD5gPC 6/AD5RSTPLIJ/AD? - - - - - P2CVA8R20P2.1ZA9P2.2/A10個(gè)nPSbNP2,3A11uTEXT .，ALEP2 47A12 .IEAP2 5/A13P2B/A14P27/A15Pio 1Pl .P3BJKXDHl I Jhi .1P3.1 rrxDP123n-i 0a *irthiTnPl j gr 1r1 UIP14 5P1,3P3.3/INT1Di reHI -4r ULin bH4 UBO 士 FTd4 C： ,P1 .P3.5/T1FJJD _7_rid uc-

11、Aftjd-rP1.6P3J6A/VRP178wP1 JP3 J/RDATS9C51Lm39p002割PQ13.37P0243P033$P04$34P05aP喈32P0721P20IMEgTEXT2工P2122224P2325P242fiP25_27,_P工62卡P271Q-1/;P301p31Z.p32p33r4p34JJ=15p與30E$p367p37-單片機(jī)AT89C517SEG-MPX4-CCLED的A B C D E F G DP引腳接對(duì)應(yīng)的單片機(jī)上的 P10P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17, 1 2 3 4則對(duì)應(yīng)單 片機(jī)的 P20 P21 P22 P23LED

12、的公共端com接地，則其余引腳接+5V,所以又加Z的LED的顯示器的七段碼是 0 x3f, 0 x06,0 x5b, 0 x4f, 0 x66, 0 x6d, 0 x7d, 0 x07, 0 x7f, 0 x6f,電源電路設(shè)計(jì)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。VoutGHDVin1AC78LU5C5OOlufC6TClOuf+ 15V本次設(shè)計(jì)電路中的電源均采用直流+5V4區(qū)動(dòng)。設(shè)計(jì)原理及其分析系統(tǒng)總流程圖A/D轉(zhuǎn)化程序流程圖顯示流程圖主函數(shù)程序圖10四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)的壓力計(jì)的核心是單片機(jī)的使用。

13、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/D轉(zhuǎn)化（ADC0808, 再送入LED顯示屏顯示。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)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。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。五.參考文獻(xiàn). 51單片機(jī)原理及應(yīng)用一基于 Keil C 與Proteus 陳海宴 北京航空航天大學(xué)出版社。.單片機(jī)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用一基于 Proteus仿真姜