傳感器課程設(shè)計 壓力計的設(shè)計論文

一、概述1.1、相關(guān)背景和應(yīng)用簡介壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(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，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。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(yīng)變式，通過彈性元件變形而導(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(yīng)的過程;在氣象預(yù)測中，測量壓力來判斷陰雨天氣。因此，壓力計的設(shè)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(yīng)用。本課題就是在這樣的背景下設(shè)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。1.2總體設(shè)計方案本設(shè)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所示壓力—傳感器電信號測量A'D轉(zhuǎn)換單片機LED顯示屏①②③④⑤⑥圖1-1壓力計原理方框圖圖2-1數(shù)字壓力計系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖二、硬件電路的設(shè)計2.1傳感器的選型力學(xué)傳感器的種類繁多，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(dǎo)電性如何。根據(jù)介質(zhì)的這些屬性選用相應(yīng)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(shè)計仿真時由于PROTEUS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）2.2傳感器接口電路設(shè)計MPX4U5內(nèi)部原理圖如圖2-2所示:U3MPX4D5圖2-2內(nèi)部原理圖2.3單片機最小系統(tǒng)設(shè)計選用的單片機為AT89C51系列芯片，該芯片的最小系統(tǒng)由時鐘電路、復(fù)位電路、片選信號構(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(shè)計如圖3-1所示:3QpFIulj40P1.0Pl.lPl.2Pl.3Pl.4Pl.5Pl.6Pl.7RSTAZPDP30/RXDP3.1/TXDP3.2/fi7rbP33/IHTLP3.4/T0P3.5/IXP3.6/WP3.7/RDXTAL2XTAL1GNDvcc3QpFIulj40P1.0Pl.lPl.2Pl.3Pl.4Pl.5Pl.6Pl.7RSTAZPDP30/RXDP3.1/TXDP3.2/fi7rbP33/IHTLP3.4/T0P3.5/IXP3.6/WP3.7/RDXTAL2XTAL1GNDvccPO.OP0.1P0.2P0.3PO.4P0.5P0.6二T1T7EAATP寸D65.432JO

￡1勿2.2.2.2.2.2.2

SPPPPPPPP3938373635343331_jy一-壬jia—2?部［…26二.……t開始執(zhí)行24E彌三0程…

二^原直接從二ROM開+始51舄，1、系嫉A(chǔ)DC0808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AD轉(zhuǎn)換。

U3(CLOCK)KrptrM4.1cnU3L+1Ju26ikin427U3(CLOCK)KrptrM4.1cnU3L+1Ju26ikin427IINU228INIIN2IN3IM/11?2■f3IIWikirr4INOIMAVolts1kI25ADDAADDBADDCALEVREF(+)VREF(-)<TEXT>24723J.7C22十f□1216ADC0808!\77TtextTJ.5V+150J.7C十十r□CLOCK<

STARTEOCOUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7OUTSOE106P307P31|21P20P19P18P8P15P14P17_39ADC0808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。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。各引腳功能如下：1?5和26?28(IN0?IN7)：8路模擬量輸入端。8、14、15和17?21：8位數(shù)字量輸出端。22(ALE)：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。(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(脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換)。(EOC)：AQ轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)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)。(0E)：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)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。(CLK)：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZo(VREF(+))和16(VREF(-))：參考電壓輸入端(Vcc)：主電源輸入端。(GND)：地。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地址碼3對應(yīng)的輸入通道223(ADDA?24(ADDB>25(ADDC>0。CMINOg10^INJ，0。1。IN2p，0。IN3q，1。0。OpIN4q，1。0。IpIN5p，1-^1。CMIN6p，1qIN7p，輸出端注意：out7為最低位-out。為最高位，out7-out0分別接單片機的P0.0到P0.7端。2.5顯示電路設(shè)計19U1>XTAL1XTAL2R2Q.

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mTEXTa?22—30—31_RSTPSENALEEAP11?P123P134P145P15nP167P17P10101234567

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ppppppppPO.OXADOP0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5XAD5P0.6/AD8P07/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0JRXDP3.1JTXDP3.2』頑"P3.3A而~P3.41QP3.5JT1P3.6/WR"P37JRD"39PO。238PE337PQ2436P03535P04634P05[33P06832P07922P2123P2224P2325P2426P2527P2628P2710?P3011P3112P3213P33-P21P2014P34rRESP法<TEXT300..17P37^XT>-16AT89C51<TEXT>,單片機AT89C517SEG-MPX4-CCLED的ABCDEFGDP引腳接對應(yīng)的單片機上的PIOPllP12P13P14P15P16P17,1234則對應(yīng)單片機的P20P21P22P23。LED的公共端com接地，則其余引腳接十5V,所以對應(yīng)的LED的顯示器的七段碼是Ox3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,Ox7d,0x07,Ox7f,0x6f,2.6電源電路設(shè)計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十15V電源。1號引腳為電源模塊輸出端，輸出十5V。C5U4VoutGNDViaMC78L05T〒OOluf|1C63U4VoutGNDViaMC78L05+5v直流+5V三、軟件部分的設(shè)計3.1程序代碼#include<reg5l.h>#deflneunitunsignedint#deflneucharunsignedcharucharcodetable[]=(0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0xee,0x3e,0x9c,0x7a,0x9e,0x8e};〃七段共陰數(shù)碼管編碼表sbitSTART=P3A0;sbitEOC=P3A1;sbitOE=P3A2;sbitONOFF=P3A3;〃控制放氣門開或關(guān)voiddelay(umtm)//LED顯示延時子程序{wlule(m—);)delay1(unitc)〃循環(huán)間隔延時C亳秒子程序{uchara,b;for(;c>0;c—)for(b=142;b>0;b—)fbr(a=2;a>0;a-);)voidi)//AD轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理子程序{umtP;externunitPP;〃定義全局變量PPSTART=1;START=0;wlule(i>0)//funl只執(zhí)行i次OE=1;〃轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出使能P=P0;//AD轉(zhuǎn)換結(jié)果賦給PP=P*1.0/255*207;〃完成75?150mA到0?207kPa的轉(zhuǎn)換OE=0;〃停止輸出P2=0xfe;〃個位位選Pl=table[P%10];〃個位段選delay(lOOO);〃個位顯示延時約1msP2=0xfd;〃十位位選Pl=table[P/10%10];〃十位段選delay(lOOO);〃十位顯示延時約1msP2=0xfb;〃百位位選Pl=table[P/100%10];〃白位段選delay(lOOO);〃白位顯示延時約1msif(P>176)ONOFF=1;〃打開放氣閥if(P<64)ONOFF=0;〃打開放氣閥delayl(lOO);START=1;〃每次轉(zhuǎn)換后延時100ms(0.1s)〃啟動下一次轉(zhuǎn)換START=O;}))voidmam()〃主程序ONOFF=0;〃初始時放氣閥關(guān)閉

START=O;〃初始時不進行AD轉(zhuǎn)換OE=0;wlule(l)〃死循環(huán){fbnl(l);〃調(diào)用一次轉(zhuǎn)換子程序PP=P；〃轉(zhuǎn)換處理結(jié)果(壓力值)給PP}3.2流程圖系統(tǒng)總流程圖A/D轉(zhuǎn)化程序流程圖顯示流程圖主函數(shù)程序圖四、仿真及結(jié)果成9網(wǎng)'A：F?i人>TE-Tiii!■‘crElM1;4??.?—J>R?■?aCLO^K?1QWiKT???2coc???GaiTtC*IT??>o?n0?T*Ml'IkCH“>€>0OE>H0&in.uePira?FttW?，0"oc主AXQOS..?rlO?S'?.l?131Me.Oil7.5,rcA"PW2rc#M>,py.，”fcxrxc知力5?2G?arzve,xwnrsaftMiHfQrsawa:rsi?，2洲書t??i"rm”PJ.VTM，，.E?yn?192?3me????0?T1?GOE?，OITJ&IT?"。AOE心Qc0IT1O.F^T1CTC?J?■心2OC13.,*?0c他">,a，.?TE.C2,T4?l沖XI.,現(xiàn)*2<rAMrao^ioH>YM1roA，：ZTRIIP”，3ra^i?rafiAucROTM1..F??7XU2，二g*,rsAAiiM?2u*t23?2W1，r?o曳。至？ri.iFl2r?-^*-3M1ri?rmP?Jpsgnriapi?Ln106，04A&GgiM&iP2QMCWIMid/FDD>J>0，dg，?OAADZr03/^3V&HA0*FSXKCna*gfOGAs，?*E，C2UIQPJJAITl,'VTO,3401F3SXwiTT五、小結(jié)本次課程設(shè)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），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AD轉(zhuǎn)化（ADC0808）,再送入LED顯示屏顯示。通過為期五天的課程設(shè)計，我基本上完成了壓力計的設(shè)計的任務(wù)。通過這次課程設(shè)計，把自己所學(xué)的理論知識運用于實踐，受益非淺，對單片機有了更深的認(rèn)識。對我以后獨自處理問題有了很大的幫助。在整個課程設(shè)計過程中，同學(xué)和老師一直給予我們很多