传感器课程设计-压力计的设计论文概要

1一、概述1.1、相关背景和应用简介压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。压力传感器的原理是将压力信号转变为某种电信号，如应变式，通过弹性元件变形而导致电阻变化；压电式，利用压电效应等。工业生产控制过程中，压力是一个很重要的参数。例如，利用测量大气压力来间接测量海拔高度；在工业生产中通过压力参数来判断反应的过程；在气象预测中，测量压力来判断阴雨天气。因此，压力计的设计拥有广阔的市场前景。这种压力传感器能比较精确和快速测量，尤能测量动态压力，实现多点巡回检测、信号转换、远距离传输、与计算机相连接、适时处理等，因而得到迅速发展和广泛应用。本课题就是在这样的背景下设计一个简单的数字压力计，使得测量得到的压力能够数码管显示。1.2总体设计方案本设计是通过以单片机为主的压力测量系统。压力的测量是通过把压力信号转换为电信号，再通过A/D（ADC0808）转化把电信号转换为数字量后，再由单片机（AT89C51）进行处理，最后把数字量显示在LED显示屏上。原理图如图1-1所示①②③④⑤⑥图1-1压力计原理方框图压力传感器LED显示屏单片机A/D转换电信号测量2图2-1数字压力计系统硬件设计框图二、硬件电路的设计2.1传感器的选型力学传感器的种类繁多，但常用的压力传感器有电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器，光纤压力传感器等。应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。在选择合适的压力传感器过程中，了解介质的特点尤为重要。介质的腐蚀性如何，导电性如何。根据介质的这些属性选用相应类型的传感器。介质温度范围如何，一是介质的经常性的温度范围为多少，根据此信息选择补偿温度与其范围一致的传感器，二是介质的最高温度范围，根据此信息选择使用温度范围一致的传感器。若以上两点如果选择不正确，极有可能损害传感器甚至引起事故。设计仿真时由于PROTEUS中没有传感器，因此用一个范围为75~150分压电路代替传感器的输出电流，使的仿真得以进行。（滑动变阻器）2.2传感器接口电路设计最小系统复位电路A/D转换电路测量电压输入显示系统AT89C51P0P1P1P23MPX4115内部原理图如图2-2所示：图2-2内部原理图2.3单片机最小系统设计选用的单片机为AT89C51系列芯片，该芯片的最小系统由时钟电路、复位电路、片选信号构成。在最小系统构成的基础上，将P1口作为模拟量的转换为数字量的接收端，P0口作LED显示屏的数据发送端，P2口作LED显示屏的控制端口，同时作为过压及欠压的报警电路使用。具体最小系统设计如图3-1所示：42.4数模转换电路设计ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。5ADC0808接线图内部结构ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。引脚功能（外部特性）ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如右图所示。各引脚功能如下：1～5和26～28（IN0～IN7）：8路模拟量输入端。8、14、15和17～21：8位数字量输出端。22（ALE）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。6（START）：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。7（EOC）：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。69（OE）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。10（CLK）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。12（VREF（+））和16（VREF（-））：参考电压输入端11（Vcc）：主电源输入端。13（GND）：地。23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路输出端注意：out7为最低位-out0为最高位，out7-out0分别接单片机的P0.0到P0.7端。2.5显示电路设计7单片机AT89C517SEG-MPX4-CCLED的ABCDEFGDP引脚接对应的单片机上的P10P11P128P13P14P15P16P17,1234则对应单片机的P20P21P22P23。LED的公共端com接地，则其余引脚接+5V，所以对应的LED的显示器的七段码是0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,2.6电源电路设计电路中的电源部分如下图所示。其中，3号引脚是电源输入端接外部电源+15V电源。1号引脚为电源模块输出端，输出+5V。本次设计电路中的电源均采用直流+5V驱动。直流+5V9三、软件部分的设计3.1程序代码#includereg51.h#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharucharcodetable[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0xee,0x3e,0x9c,0x7a,0x9e,0x8e};//七段共阴数码管编码表sbitSTART=P3^0;sbitEOC=P3^1;sbitOE=P3^2;sbitONOFF=P3^3;//控制放气门开或关voiddelay(uintm)//LED显示延时子程序{while(m--);}delay1(uintc)//循环间隔延时C毫秒子程序{uchara,b;for(;c0;c--)for(b=142;b0;b--)for(a=2;a0;a--);}voidfun1(uinti)//AD转换及数据处理子程序{uintP;externuintPP;//定义全局变量PPSTART=1;START=0;10while(i0)//fun1只执行i次{if(i0){OE=1;//转换结束输出使能P=P0;//AD转换结果赋给PP=P*1.0/255*207;//完成75~150mA到0~207kPa的转换OE=0;//停止输出P2=0xfe;//个位位选P1=table[P%10];//个位段选delay(1000);//个位显示延时约1msP2=0xfd;//十位位选P1=table[P/10%10];//十位段选delay(1000);//十位显示延时约1msP2=0xfb;//百位位选P1=table[P/100%10];//百位段选delay(1000);//百位显示延时约1msif(P176)ONOFF=1;//打开放气阀if(P64)ONOFF=0;//打开放气阀i=i-1;delay1(100);//每次转换后延时100ms（0.1s）START=1;//启动下一次转换START=0;}}}voidmain()//主程序{ONOFF=0;//初始时放气阀关闭11START=0;//初始时不进行AD转换OE=0;while(1)//死循环{fun1(1);//调用一次转换子程序PP=P;//转换处理结果（压力值）给PP}3.2流程图系统总流程图A/D转化程序流程图显示流程图主函数程序图12四、仿真及结果13五、小结本次课程设计的压力计的核心是单片机的使用。通过改变滑动变阻器的阻值（压力传感器的变换），从而改变电信号（电压），通过单片机接收电信号，处理电信号，送入A/D转化（ADC0808），再送入LED显示屏显示。14通过为期五天的课程设计，我基本上完成了压力计的设计的任务。通过这次课程设计，把自己所学的理论知识运用于实践，受益非浅，对单片机有了更深的认识。对我以后独自处理问题有了很大的帮助。在整个课程设计过程中，同学和老师一直给予我们很多的帮助，帮助我们顺利的完成了这次课程设计。对单片机、数模转换、LED、传感器进行了综合性的应用，感谢老师给予我们这次机会，让我们有机会自己动手做项目，增强了我们的动手能力。有效的将理论与实际相结合。时间不长，但我希望以后还会有这样的机会，让我们自己动手，增强我们的动手能力。六、参考文献1.《51单片机原理及应用—基于KeilC与Proteus》陈海宴北京航空航天大学出版社。2.《单片机的C语言程序设计与应用—基于Proteus仿真》姜志海赵艳雷陈松电子工业出版社。3.《传感器设计基础》张春主编国防工业出版社4.《传感器原理与检测技术》钱显毅主编机械工业出版社