word一、 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，涉與水利水電、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)判斷反響的過(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擬準(zhǔn)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，因而得到迅速開(kāi)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。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/DADC0808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)展處理，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)換圖1-1 壓力計(jì)原理方框圖最小系統(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)AT89C51 P0 P1 P1 P2 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)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、諧振式壓力傳感器與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)格和較高的精度以與較好的線性特性。 在選擇適宜的壓力傳感器過(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)類型的傳感器。 介質(zhì)溫度X圍如何，一是介質(zhì)的經(jīng)常性的溫度X圍為多少，根據(jù)此信息選擇補(bǔ)償溫度與其X圍一致的傳感器，二是介質(zhì)的最高溫度X圍，根據(jù)此信息選擇使用溫度X圍一致的傳感器。 假如以上兩點(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)X圍為75150分壓電路代替?zhèn)鞲衅鞯妮敵鲭娏?，使的仿真得以進(jìn)展?；瑒?dòng)變阻器MPX4115內(nèi)部原理圖如圖2-2所示： 圖2-2內(nèi)部原理圖選用的單片機(jī)為AT89C51系列芯片，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)成的根底上，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(shí)作為過(guò)壓與欠壓的報(bào)警電路使用。具體最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖3-1所示：ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)展模/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)展A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是ADC0809的簡(jiǎn)化版本，功能根本一樣。一般在硬件仿真時(shí)采用ADC0808進(jìn)展A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用時(shí)采用ADC0809進(jìn)展A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808接線圖內(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、比擬器、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： 15和2628IN0IN7：8路模擬量輸入端。 8、14、15和1721：8位數(shù)字量輸出端。 22ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 6START： 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。 7EOC： A/D轉(zhuǎn)換完畢信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完畢時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平轉(zhuǎn)換期間一直為低電平。 9OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完畢時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 10CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 12VREF+和16VREF-：參考電壓輸入端 11Vcc：主電源輸入端。 13GND：地。 2325ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，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。 單片機(jī)AT89C51 7SEG-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P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17, 1 2 3 4如此對(duì)應(yīng)單片機(jī)的P20 P21 P22 P23。LED的公共端接地，如此其余引腳接+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, 電路中的電源局部如如下圖所示。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三、 軟件局部的設(shè)計(jì)#include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code table=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sbit START=P30;sbit EOC=P31; sbit OE=P32;sbit ONOFF=P33; /控制放氣門開(kāi)或關(guān)void delay(uint m) /LED顯示延時(shí)子程序 while(m-);delay1(uint c) /循環(huán)間隔延時(shí)C毫秒子程序 uchar a,b; for( ;c>0;c-) for(b=142;b>0;b-) for(a=2;a>0;a-);void fun1(uint i) /AD轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)處理子程序 uint P; extern uint PP; /定義全局變量PP START=1; START=0; while(i>0) /fun1只執(zhí)行i次 if(i>0) OE=1; /轉(zhuǎn)換完畢輸出使能 P=P0; /AD轉(zhuǎn)換結(jié)果賦給P P=P*1.0/255*207; /完成75150mA到0207kPa的轉(zhuǎn)換 OE=0; /停止輸出 P2=0xfe; /個(gè)位位選 P1=tableP%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=tableP/10%10; /十位段選 delay(1000); /十位顯示延時(shí)約1ms P2=0xfb; /百位位選 P1=tableP/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)100ms0.1s START=1; /啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換 START=0; void main() /主程序 ONOFF=0; /初始時(shí)放氣閥關(guān)閉 START=0; /初始時(shí)不進(jìn)展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 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、仿真與結(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)，我根本上完成了壓力計(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)和教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)展了綜合性的應(yīng)用，感謝教師給予我們這次機(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。六、 參考文獻(xiàn)1. 51單片機(jī)原理與應(yīng)用基于Keil C與Proteus陳海宴 航空航天大學(xué)。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)。3. 傳感器設(shè)計(jì)根底 X春主編 國(guó)防工業(yè)4.傳感器原理與檢測(cè)技術(shù) 錢顯毅主編 機(jī)械工業(yè)14 / 14