傳感器課程設(shè)計(jì)-壓力計(jì)的設(shè)計(jì)論文

PAGE4概述1.1、相關(guān)背景和應(yīng)用簡(jiǎn)介壓力傳感器是工業(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。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。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。1.2總體設(shè)計(jì)方案本設(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。原理圖如圖1-1所示LED顯示屏壓力傳感器電信號(hào)測(cè)量單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換LED顯示屏壓力傳感器電信號(hào)測(cè)量單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換①②③④⑤⑥圖1-1壓力計(jì)原理方框圖最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)復(fù)位電路A/D轉(zhuǎn)換電路測(cè)量電壓輸入顯示系統(tǒng)AT89C51P0P1P1P2圖2-1數(shù)字壓力計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖二、硬件電路的設(shè)計(jì)2.1傳感器的選型力學(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(xiàn)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)鞲衅鞯妮敵鲭娏鳎沟姆抡娴靡赃M(jìn)行。（滑動(dòng)變阻器）2.2傳感器接口電路設(shè)計(jì)ADC0808接線(xiàn)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0808是CMOS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。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～I(xiàn)N7）：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(hào)，輸入，高電平有效。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）。7（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）。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。10（CLK）：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。12（VREF（+））和16（VREF（-））：參考電壓輸入端11（Vcc）：主電源輸入端。13（GND）：地。23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址輸入線(xiàn)，用于選通8路模擬輸入中的一路輸出端注意：out7為最低位-out0為最高位，out7-out0分別接單片機(jī)的P0.0到P0.7端。2.5顯示電路設(shè)計(jì)單片機(jī)AT89C517SEG-MPX4-CCLED的ABCDEFGDP引腳接對(duì)應(yīng)的單片機(jī)上的P10P11P12P13P14P15P16P17,1234則對(duì)應(yīng)單片機(jī)的P20P21P22P23。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,2.6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。本次設(shè)計(jì)電路中的電源均采用直流+5V驅(qū)動(dòng)。直流+5V軟件部分的設(shè)計(jì)3.1程序代碼#include<reg51.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharucharcodetable[]={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=P3^0;sbitEOC=P3^1;sbitOE=P3^2;sbitONOFF=P3^3;//控制放氣門(mén)開(kāi)或關(guān)voiddelay(uintm)//LED顯示延時(shí)子程序{while(m--);}delay1(uintc)//循環(huán)間隔延時(shí)C毫秒子程序{uchara,b;for(;c>0;c--)for(b=142;b>0;b--)for(a=2;a>0;a--);}voidfun1(uinti)//AD轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理子程序{uintP;externuintPP;//定義全局變量PPSTART=1;START=0;while(i>0)//fun1只執(zhí)行i次{if(i>0) { OE=1;//轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出使能 P=P0;//AD轉(zhuǎn)換結(jié)果賦給P P=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(gè)位位選 P1=table[P%10];//個(gè)位段選 delay(1000);//個(gè)位顯示延時(shí)約1ms P2=0xfd;//十位位選 P1=table[P/10%10];//十位段選 delay(1000);//十位顯示延時(shí)約1ms P2=0xfb;//百位位選 P1=table[P/100%10];//百位段選 delay(1000);//百位顯示延時(shí)約1ms if(P>176)ONOFF=1;//打開(kāi)放氣閥if(P<64)ONOFF=0;//打開(kāi)放氣閥 i=i-1; delay1(100);//每次轉(zhuǎn)換后延時(shí)100ms（0.1s） START=1;//啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換 START=0; }}}voidmain()//主程序{ONOFF=0;//初始時(shí)放氣閥關(guān)閉START=0;//初始時(shí)不進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換OE=0;while(1)//死循環(huán){fun1(1);//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)果五、小結(jié)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/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。參考文獻(xiàn)1.《51單片機(jī)原理及應(yīng)用—基于KeilC與Proteus》陳海宴北京航空航天大學(xué)出版社。2.《單片機(jī)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用—基于Proteus仿真》姜志海趙艷雷陳松電子工業(yè)出版社。3.《HYPERLINK":8080/opac/openlink.php?title=%