密级公开学号201340513215
衡水学院
毕业论文（设计）
基于压力传感器的气压检测仪
论文作者：韩承桓
指导教师：侯晓云
系别：
：物理与电子信息系
专业电子信息工程
年级： 2013级
提交日期： 2017年4月18日答辩日期：2017年5月05日
毕业论文（设计）学术承诺
本人郑重承诺：所呈交的毕业论文（设计）是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文（设计）中不存在抄袭情况，论文（设计）中不包含其他人已经发表的研究成果，也不包含他人或其他教学机构取得的研究成果。
作者签名：日期：
毕业论文（设计）使用授权的说明
本人了解并遵守衡水学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定。即：学校有权保留或向有关部门送交毕业论文（设计）的原件或复印件，允许论文（设计）被查阅和借阅；学校可以公开论文（设计）的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文（设计）及相关资料。
作者签名：指导教师签名：
日期：日期：
论文题目：基于压力传感器的气压检测仪
摘要：该设计是基于压力传感器的气压检测仪。设计要求在减少成本的同时，能最大程度的实现预期功能。硬件方面，选择使用相应的单片机、压力传感器、A/D转换器以及LCD1602；而在软件方面，用C语言编写源程序，利用相关软件编译，之后再将文件拷入芯片中。在保证其所测数据准确性的前提下，尽量简化设计过程，节约成本。
关键词：气压检测；压力传感器；单片机；A/D转换器；C语言编程
TITLE：PRESSURE DETECTION INSTRUMENT BASED
ON PRESSURE SENSOR
I
Abstract: The design is a pressure tester based on pressure sensor. Design requirements can achieve the expected function at the same time of reducing cost. In the hardware, select the use of the corresponding MCU, pressure sensor, A /D converter and LCD1602; In the software, the source program in c language, using the related software to compile, then the file copy chip. In the premise of ensuring the accuracy of the data, try to simplify the design process and save cost.
Key words：Pressure Detection；Pressure Sensor；Monolithic Machine；A/D Convertor；
C Language Programming
目录
摘要 ......................................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................................... II
1 绪论 (1)
1.1课题背景 (1)
1.2国内外的研究现状 (1)
1.2.1国内的现状 (1)
1.2.2国外的现状 (1)
1.3课题的设计目标 (2)
2检测目标及其检测工具概况 (3)
2.1气压的概念 (3)
2.2压力传感器的种类 (3)
2.3压力传感器前景的展望 (3)
3基于压力传感器的气压检测仪的硬件设计 (4)
3.1主要设计思路 (4)
3.2压力传感器电路设计 (5)
3.2.1压力传感器的选取 (5)
3.2.2 BMP180的电路设计 (5)
3.3A/D转换器电路设计 (6)
3.3.1 A/D转换器的选取 (6)
3.3.2 ADC0832的基本用法 (6)
3.3.3 ADC0832的简单介绍 (6)
3.3.4利用单片机驱动ADC0832设计 (7)
3.4主控电路的设计 (7)
3.4.1 STC89C52的简要介绍 (7)
3.4.2 STC89C52的参数 (7)
3.4.3 STC89C52的引脚用法 (8)
3.4.4 STC89C52与复位、晶振电路的设计 (9)
3.5 LCD1602接口设计 (9)
3.5.1显示装置的选取 (9)
3.5.2 显示装置的接口设计 (10)
3.6报警模块的设计 (10)
3.7按键部分的选取 (10)
4 气压检测的软件设计 (12)
4.1主程序的设计 (12)
4.2 A/D转换器的软件设计 (12)
4.3 LCD1602的相关设计 (13)
结语 (14)
参考文献 (15)
致谢 (16)
III
1绪论
1.1课题背景
最近几年，先进的计算机技术飞速发展，不得不承认，我们已经愈发依赖这些高尖端技术了。诸多行业也越来越仰仗计算机及其相关技术的支撑，毫不夸张的说，计算机技术已经渗透到了现代社会的方方面面。其中单片机的应用渐渐为人们所熟知。
伴随生活条件的逐渐改善，我们对相应单片机系列产品的规定也更加苛刻。单片机厂商们不断钻研新技术，开发出性能更高、价格更低的产品。越来越多的新产品映入人们的眼帘：各种导航装置、智能IC卡、电子宠物等等。基于压力传感器的气压检测仪的设计中也用到了单片机产品。
为了使所要设计的电路更为简单，首先放弃了需要用到许多集成块的传统数字电路设计方法，转为使用成本相对较低，性价比相对较高的单片机设计思路。单片机借由编写软件程序和简单的硬件设计完成预计的功能，大大的节约了成本。
基于压力传感器的气压检测仪可以将检测到的压力信号向电信号转变，并通过8位A/D转换器将输入的模拟信号向数字信号转变，最后用数码管显示结果。运用单片机STC89C52进行数据的分析和处理，利用8位分辨率的ADC0832将模拟量变为所需的数字量。ADC0832有着相对较高的分辨率和极短的转换时间，0至5V的模拟电压范围，双数据输出的数据校验保证了误差控制在较小的范围，拥有更快的转换速度和稳定性。
1.2国内外的研究现状
1.2.1国内的现状
虽然我国的传感器相关产业的起步并不算晚，但实际正式大力发展相关项目是到“七五”之后的事情了。通过不断地探索，在力敏、温敏等领域有了一定成果，建立了具有相当规模的产业格局。这一格局有着很多明显的缺点：大规模的企业稀少、在各区域的发展差别较大、缺乏高档的产品等。但它也有自己的发展优势：实力提升速度极快、开发领域大幅拓宽、生产规模有着显著提高等。
1.2.2国外的现状
作为极具现实意义的前沿技术，传感器技术的发展始终在国外备受关注。美国、德国等国在这一领域的实力较强，他们还会时常举办有关传感器的产品交流会，相互借鉴、
相互学习，从这些先进的展品身上往往能捕捉到发展趋势的影子。相对于国内来说，国外的传感器研究更注重产品的多功能化、新架构的开发、设定标准的测试手段等。1.3课题的设计目标
根据基于压力传感器的气压检测仪的情况，此设计能实现以下预期功能：
（1）达到较为精准的气压检测预期目标，完成实时测控；
（2）装置设计思路清晰，分模块构成，硬件电路设计方便易行，而且容易实现对系统的有效操作；
（3）保证在相同的设备测量气压值的情况下，此设计的价格更便宜，实用性更强大，性价比相对更高。
据气压检测装置的一些情况，此设计主要用来减少的问题有：
硬件电路的设计以及电路的仿真；
显示模块和气压传感器程序的编写与调试问题；
各功能模块的程序运行与系统的调试；
气压检测过程中受其它因素影响而造成的测量误差。
2 检测对象及其检测工具概况
2.1气压的概念
有这样一层空气，内含NO2，O2，CO2以及稀有气体等，它围绕在地球的周围，人们通常把它叫做大气。这种空气疏密程度和高度有着密切的联系，而且它的厚度很厚，如同水压一样，大气中的各种事物也会受到气压的影响。
值得注意的是，大气压和平时所说的压力是有所不同的。所谓的大气压，指的是从宏观上看的大气压力，而平时说的压力则是一种微观的描述，二者有着很大的区别，不能一概而论。通常情况下，大气压和海拔、温度、纬度等因素有着直接的联系，它们都是研究大气压时不能忽略的干扰因素。
2.2压力传感器的种类
作为核心构成要素，压力传感器的选取应更加慎重。它可以将测得的压力信号向相应的电信号转变，能让我们更容易的进行监测。伴随科学的进步，更多功能、更多种类的压力传感器陆续被研制出来。
（1）应变片压力传感器
电阻应变片由几个相应的模块构成，其中包括应变丝、绝缘保护片等必备材料。电阻阻值的选择应该合理，要在一定的限度内。既要防止因选用阻值过小，而出现零点漂移，又要防止所取阻值太大，而太容易被外界电磁场干扰。
（2）电容式压力传感器
此种压力传感器有其自己的分类，因此特点也有所区别。差动电容式的线性度更好，灵敏度更高；单电容式加工起来相对容易，有更为突出的过载能力。
（3）压阻式压力传感器
此型号的传感器需要用到四个特定电阻，使其构成电桥。无压力作用时，电桥处在平衡态。一旦检测到压力作用，电桥便会随之产生变化，通过产生的电信号来获取相应的压力值信息。
2.3压力传感器前景的展望
本身，作为前沿高端产品的传感器正在飞速发展，没隔多久就会有新的产品被研制出来。随着微型加工技术的不断提高，越来越多的传感器将会被批量生产，有望在生物医学、微型机械等相关领域发挥更大的作用。
3 基于压力传感器的气压检测仪的硬件设计
3.1主要设计思路
设计要求有作为电信号的输入通道的前向通道，为的是进行数据的收集，使用依靠单片机STC89C52组成的系统进行气压测量。利用传感器将检测到的压力向电信号转变，通过A/D转换器的处理使之变成数字量，计算机才能进行有效的处理。设置气压的有效范围，利用三极管、蜂鸣器等元器件制作报警电路，超出规定的范围值就会立即报警。
气压检测仪使用STC89C52单片机作为微处理器，使用BMP180型号的压力传感器，利用ADC0832实现数字信号的转换，单片机与LCD1602相连来显示压力数据。气压的范围设置为15kpa到110kpa,一旦超出了这个范围，系统立刻自动报警。主要电路图设计见图3-1，结构图见图3-2。
图3-1 主电路图
图3-2 系统框图
3.2压力传感器电路设计
3.2.1压力传感器的选取
压力传感器的选取要依据其相应的性能参数和实际的需要，不是随便一个就行的。一定要具备温度补偿的功能，利用这一特点来解决常见的温度漂移问题，使得数据变得更加准确可靠。
为了保证电路的简化以及具备相对较高的稳定性和抗干扰性，所选用的传感器必须具备温度补偿功能。所以考虑使用BMP压力传感器，它内含放大电路，无需另外增加放大电路，可以产生高精度的模拟电压。
作为一种半导体压力传感器，该类型利用了先进的微电子技术以及薄膜镀金属，能以极高的水准为其输出信号提供均衡压力。为了保证使误差在可控范围之内，应该要求一定的温度补偿。由于其具有极高的可集成度，所以它深受广泛的欢迎。
3.2.2 BMP180的电路设计
我们可以通过分别给模拟电源、数字电源接上一个固定值的电容，借此来测量不同程度的电压值。读数的话，从I2C接口便可实现。从发送信号算起，大约耗费几毫秒的时间，便能够得到结果。期间，还会利用到E2PROM里面的规范数据，要注意压力单位间的换算。若想要读取这些数据，还要再一次用到I2C接口。（注意：不同类型的电源能实现对BMP180的独立供电）连接方式如图3-3所示。
图3-3 BMP180电路图
3.3A/D转换器电路设计
3.3.1 A/D转换器的选取
现如今的单片机的相关产品种类繁多，其中就有内部自带A/D转换电路的单片机，但相应的比起普通不带A/D转换功能的单片机来说，其价格就高出了很多。所以，综合考虑，我们选择使用单片机外接A/D转换器，以此来实现想要的功能，例如ADC0832、ADC0809等。A/D转换器分为串行接口和并行接口，这作为一项重要的指标应妥善选择。通过比较不同类型的A/D转换器，综合考量它们性价比，最后我们决定选取ADC0832这一种，它具备串行接口的特点，相比其他类型，结构更为简单，应用更为广泛。
3.3.2 ADC0832的基本用法
ADC0832工作的CS是在下降沿。当时钟信号从高电平变为低电平时，ADC0832里面的地址移位寄存器接收DI传入的数据。再接下来，开始通过输入模拟通道进行转换。为了使选定通道稳定，连续两个时钟周期延迟。在第四个下降沿时，得到相应的数据，接下来，再由高向低逐位输出。要想使输出变成高阻态，需要使时钟信号变为高电平。若要进入下一轮的转换，只需重复上述过程。
3.3.3 ADC0832的简单介绍
①ADC0832具备的特点：
分辨率为8位
使用双通道A/D转换
输入电压在0~5V间取值（供电电源为5V）
约15mW的功耗
具有和TTL/COMS相兼容的输入输出电平
8p、14p的双列直插（DIP）、PICC多种封装
②配置位的说明
ADC0832运行的时候，输入方式要看输入配置位如何选取。如果考虑输入通道的极性，则说明是差分输入，其中能作为正负极的出入通道不作要求，则任取一个即可。对于差分输入来说，如果配置位的高低位均为低电平，则选择通道号的高位的输入端口为正极性、低位的输入端口为负极性；如果配置位的高位为低电平、低位为高电平，则选择通道号的高位的输入端口为负极性，低位的输入端口为正极性。对于单端输入来说，如果配置位的高位为高电平、低位为低电平，则选择通道号的高位的输入端口为正极性；
如果配置位的高低位均为高电平，则选择通道号的低位的输入端口极性为正。
3.3.4利用单片机驱动ADC0832设计
通常，单片机借由四条数据线CS、CLK、DI、DO与ADC0832相连。由于DI和DO端与单片机间是双向接口，在工作时只能有一个有效，所以可以采用并联的方式将他们连接起来。若ADC0832停止使用则CS输入端为高电平，假如处于工作状态则CS 输入端为低电平。对CLK及DI/DO的电平不作要求。直到转换结束前，CS输入端不能出现高电平，必须保持低电平。转换工作开始，芯片开始处理时钟脉冲信号，另一方面，经DI端输入数据信号。起始信号用DI端的高电平表示。
当CH0要做单通道转换时，SGL/DIF、ODD/SIGN分别取1、0；当CH1做单通道转换时，SGL/DIF、ODD/SIGN的取值均为1。当CH0、CH1分别为正负输入端时，SGL/DIF、ODD/SIGN的取值均为0；当CH0、CH1分别为负正输入端时，SGL/DIF、ODD/SIGN取值分别为0、1。当DI端不再具备输入作用时，DI/DO端便可以读取相应的数据，通过D0端进行数据输出。最高位D7在第四个下降沿开始输出，随着脉冲下降沿的不断到来，数据依次输出，最终在第十一个脉冲到来时，完成了指定数据的输出任务。之后输出相反字节的数据，直到第十九个脉冲时，一次完整的A/D转换完成。
如果要是想要提高转换的宽度，则可以考虑设置一个较大范围的电压值。
3.4主控电路的设计
当今的科技发展速度迅猛，电子技术受到越来越多人的关注，单片机的各项性能也逐渐趋于完善，尤其在像是智能家居、智能控制等领域应用更为广泛。
3.4.1 STC89C52的简要介绍
8K字节Flash，512字节RAM
32位I/O口线
看门狗定时器
内置4KBEEPROM
MAX810复位电路
3个16位定时器/计数器
3.4.2 STC89C52的参数
工作频率适用范围：0～40MHz，相较通常的8051的0～80MHz，真正的工作频率接近48MHz
用户应用程序空间为8K字节
片上集成512字节RAM
具有EEPROM功能
共3个16位定时、计数器。即T0到T2
若想要完成数个UART，则可以利用到相应的定时器软件。
运行温度的范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）
PDIP封装
3.4.3 STC89C52的引脚用法
VCC(40引脚)：电源电压
VSS(20引脚)：接地
P0口：双向I/O口，一共有八位。可以驱动八位逻辑电平，此时将其用作输出口。想要用其作为高阻抗的输入时，需要对其写入数字1。当将其用于低八位数据复用时，可以实现对数据存储器、外部程序的访问。此时，默认内含上拉电阻。此外，当涉及规定字节的传输时，它可用于接收相关的指令。应该注意一点，这时要在其外部连接一个上拉电阻。
P1口：双向内含上拉电阻的I/O口，一共有八位。可以驱动四位逻辑电平，此时它起到了输出缓冲器的作用。要想将其用于输入数据，则需对其写入数字1，利用内阻拉高端口。如果将其用作输入，有些引脚受到外部因素以及存在内阻的影响，则会输出电流。
P2口：双向内含上拉电阻的I/O口，一共有八位。若想驱动四位逻辑电平，将其用作输入口，需要对其写入数字1，利用内阻拉高端口。如果将其用作输入，有些引脚受到外部因素以及存在内阻的影响，则会输出电流。
若想让P2口输出高八位地址，在此种情况下，由于具有很大的内阻，也可用于输出数据。当访问外部数据时，要用到八位地址，实现输出锁存器内部的数据。除此之外，也可以接收一些相应的控制信号以及高位字节。
P3口：双向内含上拉电阻的I/O口，一共有八位。可以驱动四位逻辑电平，此时可以将其用作输入口，需要对其写入数字1，利用内阻拉高端口。如果将其用作输入，有些引脚受到外部因素以及存在内阻的影响，则会输出电流。除此之外，也可以接收一些特殊的控制信号。
RST：实现输入的复位。单片机复位的条件——振荡器处于工作状态，引脚出现高电平且持续两个周期以上。
ALE:地址锁存允许可以用来锁存低八位字节，一般是访问存储器时使用这一功能。它还可以用来输出固定脉冲信号，应用这一特点可以完成定时（有时还要跳过一个脉
冲），利用此引脚还可以实现编程脉冲的输入。
ALE操作可人为控制，通过一些具有特殊功能的寄存器里的位置位实现对其的控制。而激活ALE则要利用位置位后的一条指令。
PSEN:作为读选通信号（外部程序存储器），每个周期输出两个脉冲，此时单片机从外部存储器取出相应的数据。若此时访问外部存储器，则要略过两个此类信号。
EA/VPP：EA应持续为低电平，以此来使CPU只访问外部存储器。假如EA为高电平，则不能保证只访问外部存储器，有时也会访问内部存储器，执行相应的指令。VPP为允许电压，数值为12V。
3.4.4 STC89C52与复位、晶振电路的设计
该部分相对应的电路图设计如图3-4所示。
图3-4 最小系统电路图
3.5 LCD1602接口设计
3.5.1显示装置的选取
LCD1602的使用十分广泛，常常被用来作为显示输出设备应用于数字系统里。通常情况下，字符型的芯片更多基于HD44780，因为它们的工作原理基本一致，而HD44780更能适应市场的大多需求，应用起来更加方便。
LCD1602液晶显示要用到单片机的I/O端口，相对于别的方法来说，这种方式有着更为简单的编程和更高的亮度。它既能显示中文，又可以展示所测数据的上下限，一目
了然，相较数码管有着得天独厚的优势。但这种方式也有其弊端，可用的端口数是固定的，如果涉及到的端口数目较多，则在无意当中便使电路变得更为复杂。
3.5.2 显示装置的接口设计
经过慎重考虑，最终选择了如下的连接方式，如图3-5所示。
图3-5 显示接口电路图
3.6报警模块的设计
设计时，要注意一个地方，为了保证主芯片可以控制该报警模块，应该要让阻值为1K的电阻两端联系着单片机和三极管。
具体连接方法如图3-6所示。
图3-6 报警电路图
3.7按键部分的选取
为了保证各个按键不会相互干扰，考虑使用一个按键对应连接一条输入、输出端口线的独立型按键。若要分析按键的开关状态，可利用研究相应的输入、输出端口时钟信号的高低来间接得到。选用此种按键，能使得电路设计更为简洁，相应的软件程式的设
计也更为容易。这种按键使用时比较受限制，假如设计的电路需要很多输入、输出端口，则就无法选用该种按键了。电路设计如图3-7所示。
每个键各接一条I/O口线，通过检测I/O输入线的电平状态，可判断出被按下的按键。
图3-7 按键电路图
4 气压检测的软件设计
4.1主程序的设计
借由对气压值的实时检测，来掌控气压的变化情况。流程图如图4-1所示。
图4-1 主程序流程图
4.2 A/D转换器的软件设计
通常，单片机控制系统输出的格式有所不同。串行AD、并行AD是其中较为常见的一种分法。相比并行方式，串行方式有着更小的封装和更少的引脚，不过要用软件处理相关的数据。而并行方式具备足够数量的引脚，无需额外再进行处理。本次设计无需很多引脚，故利用串行方式更为合理。
虽然还有与STC89C52具有相同功能的器件，但他们所拥有的输入通道数有所不同，故不能轻易的相互替换。子程序流程图如图4-2所示。
压力传感器的论文 合理进行压力传感器的误差补偿是其应用的关键。压力传感器主要有偏移量误差、灵敏度误差、线性误差和滞后误差，本文将介绍这四种误差产生的机理和对 测试结果的影响，同时将介绍为提高测量精度的压力标定方法以及应用实例。 目前市场上传感器种类丰富多样，这使得设计工程师可以选择系统所需的压力传感器。这些传感器既包括最基本的变换器，也包括更为复杂的带有片上电路的高集成度传感器。由于存在这些差异，设计工程师必须尽可能够补偿压力传感器的测量误差，这是保证传感器满足设计和应用要求的重要步骤。在某些情况 下，补偿还能提高传感器在应用中的整体性能。 本文以摩托罗拉公司的压力传感器为例，所涉及的概念适用于各种压力传感器的设计应用。 摩托罗拉公司生产的主流压力传感器是一种单片压阻器件，该器件具有3类： 1. 基本的或未加补偿标定； 2. 有标定并进行温度补偿； 3. 有标定、补偿和放大。 偏移量、范围标定以及温度补偿均可以通过薄膜电阻网络实现，这种薄膜电阻网络在封装过程中采用激光修正。 该传感器通常与微控制器结合使用，而微控制器的嵌入软件本身建立了传感器数学模型。微控制器读取了输出电压后，通过模数转换器的变换，该模型可以将电压量转换为压力测量值。 传感器最简单的数学模型即为传递函数。该模型可在整个标定过程中进行优化，并且模型的成熟度将随标定点的增加而增加。 从计量学的角度看，测量误差具有相当严格的定义：它表征了测量压力与实际压力之间的差异。而通常无法直接得到实际压力，但可以通过采用适当的压力标准加以估计，计量人员通常采用那些精度比被测设备高出至少10倍的仪器作为测量标准。 由于未经标定的系统只能使用典型的灵敏度和偏移值将输出电压转换为压力，测得的压力将产生如图1所示的误差。 这种未经标定的初始误差由以下几个部分组成： a. 偏移量误差。由于在整个压力范围内垂直偏移保持恒定，因此变换器扩散和激光调节修正的变化将产生偏移量误差。 b. 灵敏度误差，产生误差大小与压力成正比。如果设备的灵敏度高于典型值，灵敏度误差将是压力的递增函数（见图1）。如果灵敏度低于典型值，那么灵敏度误差将是压力的递减函数。该误差的产生原因在于扩散过程的变化。 c. 线性误差。这是一个对初始误差影响较小的因素，该误差的产生原因在于硅片的物理非线性，但对于带放大器的传感器，还应包括放大器的非线性。线性误差曲线可以是凹形曲线，也可以是凸形曲线。 d. 滞后误差：在大多数情形中，滞后误差完全可以忽略不计，因为硅片具有很高的机械刚度。一般只需在压力变化很大的情形中考虑滞后误差。 标定可消除或极大地减小这些误差，而补偿技术通常要求确定系统实际传递函数的参数，而不是简单的使用典型值。电位计、可调电阻以及其他硬件均可在补偿过程中采用，而软件则能更灵活地实现这种误差补偿工作。 一点标定法可通过消除传递函数零点处的漂移来补偿偏移量误差，这类标定方法称为自动归零。
目录 一、前言 (4) （一）概述 (4) （二）发展前景 (4) （三）设计思想 (4) 二、液位控制系统分析 (5) （一）液位控制系统的工作原理 (5) （二）液位控制的实现方式 (5) 1、简单的机械式控制方式 (5) 2、复杂控制系统控制方式 (5) 3、方案选择 (6) 三、液位控制系统的设计 (6) （一）硬件设计 (6) 1、传感器的选用 (6) 2、放大器的选用 (7) 3、比较器的选用 (8) 4、三极管电子开关 (9) 5、继电器的选择 (10) 6、输出显示部分 (10) （二）调试过程 (10) 1、液位控制系统模型框图 (11) 2、调试 (11) 五、遇到的问题分析 (11) 六、总结 (12) 参考文献 (12)
液位控制系统设计 一、前言 传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一,从宇宙开发到海底探秘,从生产的过程控制到现代文明生活,几乎每一项技术都离不开传感器。液位控制在多个领域都有使用，所以实现其自动化检测具有非常重要的意义。通过压力传感器实现液位控制系统，具有体积小，实际应用系统简单实用，成本低，效益好；具有较高的性能价格比；系统不易受到干扰，可靠性高等优势。 （一）概述 在各类传感器中压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点，可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。除此以外，还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。在该液位控制系统的设计方案中，所使用的传感器为六角测压测重传感器，将水重量产生的压强转化为电压值输出，通过对电压大小的控制，从而实现传感器在液位控制中的功能。（二）发展前景 由于该技术是平面工艺与立体加工相结合,又便于集成化,所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。 国外液位控制系统的发展已相当成熟，我们国内也在朝着这方面努力，而且好多企业与国际接轨，有了不菲的成绩。比如单片机控制的智能型液位控制系统的运用等等。总的来说，发展方向有： (1)高速化，高效化，低能耗。提高液位控制系统的工作效率，降低生产成本。 (2)机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个控制系统的完善。 (3)自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液位控制系统的自动化和智能化提供了充分的条件。智能化不仅仅体现的在液位控制，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有与液面不接触的特点。 （三）设计思想 该课程设计是通过相关硬件组合调试实现对液位高度的控制，通过一系列的放大比较将模拟信号转化为数字化的信号，然后通过对数字信号的各种处理实现类比，将液位高度的变化通过数字信号的不同反映出来，显示结果，实现对液位高度的实时监控。 通过在水箱底部安装压电传感器，水箱水位高度发生变化时，引起水压强产生波动，然后传感器把水压转换成电压信号，经放大器放大后输送到电压比较器。经比较后的输出电压有高低两种电平，若为低电平则表明水位正常，高电平时启动接在后面的三极管电子开关，集电极继电器导通，电流流经发光二极管，从而实现水位的显示控制。
压力传感器的温控系统的研究 班级：学号: 姓名: 摘要:针对压力传感器易受温度影响,产生零点漂移、测量误差增大,从而产生测量误差等问题,本文设计了一种温度控制系统,根据科恩-库恩公式建立了系统的数学模型,采用参数自整定PID控制算法,克服了纯 PID 控制有较大超调量的缺点,从而减少了温度漂移对于测量值的影响，实现了一个温度控制系统。同时利用仿真软件建立系统的仿真模型,通过仿真和测试验证系统满足设计要求。很大程度上补偿了温度所应起的温漂对于测量值影响产生的误差，是压力传感器在高温工作情况下的稳定性的得到极大的提高。 关键字：温度传感器，温漂腔体仿真操作 0 引言 针对我国当对于压力传感器材料的研究的现进成果以及压力传感器技术在我国生产技术，社会生活，军事医学等方面的广泛运用，对于传感器各方面的研究就有极大的意义，同时也为我们研究传感器提供了有力的基础。sic的耐高温,抗腐蚀,抗辐射性能,因而使用SiC 来制作压力传感器,能够克服Si器件高温下电学、机械、化学性能下降的缺陷,稳定工作于高温环境,具有光明的应用前景。 但是界温度较大时,压力传感器受温度影响精度不高,会产生零点漂移等问题,从而增大测量误差。于是尝试加工一个腔体,把压力传感器和温度传感器放置在里面形成一个小的封闭腔体,在外界温度较高或较低的情况下,用加热装置先升温到几十度并维持这一温度,给压力传感器做零点补偿,提高压力传感器的测量精度。这样就克服了在大温度范围难以补偿的问题。本文对这个温度控制系统提出了解决方案,采用了PID参数自整定控制,模糊控制属于智能控制方法,它与 PID 控制结合,具有适应温控系统非线性、干扰多、时变等特点[1-3]。 1 硬件系统 用放置在腔体内的温度传感器测量恒温箱内的温度,产生的信号经过放大后输出反馈信号,再用单片机进行采样,由液晶显示恒温箱内的温度,并通过温度控制算法控制加热装置。所使用的单片机为STC125408AD,自带A/D转换、EPROM功能,内部集成MAX810专用复位电路(外部晶振20 MHz以下时,可省外部复位电路),ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器可通过串口(P3.0/ P3.1) 直接下载用户程序,数秒即可完成一片。 2 系统的控制模型 电加热装置是一个具有自平衡能力的对象,可用 一阶 惯性环节描述温控对象的数学模型[5-8] 。 G(S)=K/(t′S+1) (1) 式中: K为对象的静增益;t′为对象的时间常数。 目前工程上常用的方法是对过程对象施加阶跃输入信号,测取过程对象的阶跃响应,然后由阶跃响应曲线确定过程的近似传递函数。具体用科恩-库恩(cohen-coon)公式确定近似传递函数。 cohn-coon 公式如下: K= Δ C/ Δ M
《电阻应变片的压力传感器设计》 题目电阻应变片的压力传感器设计时间 201608 班级 2014级 姓名 序号 指导教师 教研室主任 系教学主任 2016年08月 前言
随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的。因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。 本次课程设计的是一个大量程称重传感器，测量范围为1t到100t。 本次课程设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。 传感器的设计主要包括弹性元件的设计和处理电路的设计。由于传感器输出的信号是微弱信号，故需要对其进行放大处理；由于传感器输出的信号里混有干扰信号，故需要对其进行检波滤波；由于传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压），故需要设计共模抑制电路。除此之外，还要设计调零电路。 目录
基于MEMS实现SOI压力传感器的设计研究 学院：机械与材料工程学院 专业班级：机械(专研)-14 学号：2014309020127 学生姓名：王宇 指导教师：赵全亮 撰写日期：2015年1月6日
目录 1.MEMS传感器概述 (1) 1.1 MEMS传感器研究现状 (1) 1.2 MEMS压力传感器分类 (1) 1.3MEMS压力传感器应用 (2) 2.基于MEMS实现SOI压力传感器的设计研究 (2) 2.1 SOI压力传感器简介 (2) 2.2 SOI压力传感器的理论及结构设计 (3) 2.3 SOI压力传感器总结 (6) 3.MEMS压力传感器发展趋势 (7)
1.MEMS传感器概述 1.1 MEMS传感器研究现状 进入21世纪以来，在市场引导、科技推动、风险投资和政府介入等多重作用下，MEMS传感器技术发展迅速，新原理、新材料和新技术的研究不断深入，MEMS传感器的新产晶不断涌现。目前，MEMS传感器正向高精度、高可靠性、多功能集成化、智能化、微型化和微功耗方向发展。 其中，MEMS技术也是伴随着硅材料及其加工技术、IC技术的成熟而发展起来的，它的运用带来了传感器性能的大幅度提升，其特点主要包括:1)质量和尺寸的减少;2)标准的电路避免了复杂的线路和外围结构;3)可以形成传感器阵列，获取阵列信号;4)易于处理和长的寿命;5)低的生产成本，这包括低的能源消耗，较少的用材;6)可以避免或者少用贵重的和对环境有损害的材料,其中压力传感器是影响最为深远且应用最为广泛的MEMS传感器。 1.2 MEMS压力传感器分类 MEMS传感器的发展以20世纪60年代霍尼韦尔研究中心和贝尔实验室研制出首个硅隔膜压力传感器和应变计为开端。压力传感器是影响最为深远且应用最广泛的MEMS传感器，其性能由测量范围、测量精度、非线性和工作温度决定。从信号检测方式划分，MEMS压力传感器可分为压阻式、电容式、压电式和谐振式等，其特点如下: 1)压阻式:通过测量材料应力来测量压力大小，它具有体积小、全动态测量范围的高线性度、较高的灵敏度、相对较小的滞后和蠕变的特点，此类型传感器多采用惠斯通电桥来消除温度影响； 2)电容式:通过测量电容变化来测量压力大小，相比较压阻式的传感器，它具有很高的灵敏度、低温度敏感系数、没有滞后、更高的长期稳定性，但同时它也有更高的非线性度、更大的体积，需要更复杂的检测电路和更高的生产成本； 3)谐振式:通过测量频率或频率的微分变化来测量压力大小，它可以通过诸如热、电磁和静电效应来改变膜片频率，并且可以通过真空封装来提高传感器精度； 4）压电式：压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传
传感器原理及工程应用（论文） 合金薄膜压 力传感器的应用 学生姓名：张志强 指导教师：任爽 所在学院：信息技术学院 专业：电气工程及其自动化 学号：20094073120 中国·大庆 2019 年12 月
目录 前言........................................................ I I 1 合金薄膜压力传感器工作原理 (1) 2 合金薄膜高温压力传感器研究现状 (2) 2.1 镍铬系合金薄膜压力传感器 (2) 2.2 铂钨合金薄膜压力传感器 (3) 2.3 钯铬合金薄膜应变计 (3) 3 多功能传感器（MULTIFUNCTION） (4) 3.1 多功能传感器的执行规则和结构模式 (4) 3.2 多功能传感器的研制与应用现状 (4) 4 无线网络化（WIRELESS NETWORKED） (7) 4.1 传感器网络 (7) 4.2 传感器网络研究热点问题和关键技术 (7) 4.3 传感器网络的应用研究 (8) 结论 (10) 参考文献 (11)
前言 咨询公司INTECHNO CONSULTING的传感器市场报告显示，2019年全球传感器市场容量为506亿美元，预计2019年全球传感器市场可达600亿美元以上。调查显示，东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区，而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。就世界范围而言，传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场，占第二位的是过程控制市场，看好通讯市场前景,一些传感器市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大，分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）传感器、生物传感器等新兴传感器。其中，无线传感器在2019-2019年复合年增长率预计会超过25%。 目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。
压电式传感器的应用 一：概述 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受与检出功能, 并使之按照一定规律转换与之对应有用输出信号的元器件或装置，是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代，日本则把传感器技术列为十大技术之创立。 压电式传感器是典型的有源传感器。当压电材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。压电式传感器具有体积小，重量轻，工作频带宽等特点，因此在各种动态力，机械冲击与振动的测量，以及声学，医学，力学，宇航，军事等方面都得到了非常广泛的应用。本文就压电传感器的工作原理和应用做相关介绍。 二：基本原理 压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应。是一种自发电式和机电转换式传感器，它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 三：应用原理 压电式传感器的应用原理就是利用压电材料的压电效应这个特性，即当有力作用在压电元件上时，传感器就有电荷输出。由于外力作用在压电材料上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，故需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。 压电元件作为压电式传感器的核心，在受外力作用时，其受力和变形方式大
压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、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，江苏省苏科仪表有限公司技术部的同志就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。 力学传感器的种类繁多，如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等。但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。下面我们主要介绍这类传感器。 1、应变片压力传感器原理与应用： 在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。 1．1、金属电阻应变片的内部结构：它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。 1．2、电阻应变片的工作原理：金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示： 式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m） S——导体的截面积（cm2） L——导体的长度（m）
The Basic knowledge of Sensor and Development of Sensor The Basic knowledge of Sensor A transducer is a device which converts the quantity being measured into an optical, mechanical, or-more commonly-electrical signal. The energy-conversion process that takes place is referred to as transduction. Transducers are classified according to the transduction principle involved and the form of the measured. Thus a resistance transducer for measuring displacement is classified as a resistance displacement transducer. Other classification examples are pressure bellows, force diaphragm, pressure flapper-nozzle, and so on. 1、Transducer Elements Although there are exception ,most transducers consist of a sensing element and a conversion or control element. For example, diaphragms,bellows,strain tubes and rings, bourdon tubes, and cantilevers are sensing elements which respond to changes in pressure or force and convert these physical quantities into a displacement. This displacement may then be used to change an electrical parameter such as voltage, resistance, capacitance, or inductance. Such combination of mechanical and electrical elements form electromechanical transducing devices or transducers. Similar combination can be made for other energy input such as thermal. Photo, magnetic and chemical,giving thermoelectric, photoelectric,electromaanetic, and electrochemical transducers respectively. 2、Transducer Sensitivity The relationship between the measured and the transducer output signal is usually obtained by calibration tests and is referred to as the transducer sensitivity K1= output-signal increment / measured increment . In practice, the transducer sensitivity is usually known, and, by measuring the output signal, the input quantity is determined from input= output-signal increment / K1. 3、Characteristics of an Ideal Transducer The high transducer should exhibit the following characteristics a) high fidelity-the transducer output waveform shape be a faithful reproduction of the measured; there should be minimum distortion. b) There should be minimum interference with the quantity being measured; the presence of the transducer should not alter the measured in any way. c) Size. The transducer must be capable of being placed exactly where it is needed.
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 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 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
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 A T89C51 P0 P1 P1 P2
传感器的应用 压 力 传 感 器 姓名：白智伟 学号：2011081403 班级：2011级电本2班 压力传感器 摘要：压力传感器以stc11f04e单片机为中心控制系统. 主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，电阻应变片受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发生变化，从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，然后用放大器将此信号放大。用双积分型A/D转换电路转换，将转变的数字量经单片机处理。最后由LCD将其显示。 关键词：stc11f04e；传感器；双积分型A/D转换电路。 一．系统设计 1.总体设计思路:
本设计主要由压力传感器，运算放大器，双积分型A/D转换电路，单片机，LCD显示屏构成。总体框架如下图1。 图1总体电路框图 二.各个单元电路设计 1.压力传感器的设计 采用电阻应变式压力传感器。是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件受到压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，表现为电阻值的变化。这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。把 4 个电阻应变片按照桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。一般这种变化的对应关系具有近似线性的关系。找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系，就可以通过测量共模电压得到压力值。 2.输入放大电路的设计 由于所测出的微压力传感器两端的电压信号较弱，所以电压在进行A/D 转换之前必须经过放大电路的放大。输入放大的主要作用是提高输入阻抗和，本设计采用OP07集成运算放大器构成同相比例放大电路，以提高电路的输入阻抗，以达到设计要求。 3.双积分式A/D转换器的设计
前言 随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的。因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。 本次课程设计的是一个大量程称重传感器，测量范围为1t到100t。 本次课程设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。 传感器的设计主要包括弹性元件的设计和处理电路的设计。由于传感器输出的信号是微弱信号，故需要对其进行放大处理；由于传感器输出的信号里混有干扰信号，故需要对其进行检波滤波；由于传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压），故需要设计共模抑制电路。除此之外，还要设计调零电路。
压力传感器文献综述 摘要：传感器技术是综合多种学科的复合型技术，是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术。本文通过部分文献资料对压力传感器的发展过程、研究现状和发展趋势做一简要介绍。关键词：压力；传感器； 1 压力传感器的发展历程 现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志,而半导体传感器的发展可以分为四个阶段(1) 发明阶段(1945 - 1960 年) :这个阶段主要是以1947 年双极性晶体管的发明为标志。此后,半导体材料的这一特性得到较广泛应用。史密斯与1945 发现了硅与锗的压阻效应,即当有外力作用于半导体材料时,其电阻将明显发生变化。依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上,即将力信号转化为电信号进行测量。此阶段最小尺寸大约为1cm。 (2) 技术发展阶段(1960 - 1970 年) :随着硅扩散技术的发展,技术人员在硅的(001) 或(110) 晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上,然后在背面加工成凹形,形成较薄的硅弹性膜片,称为硅杯。这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点,实现了金属- 硅共晶体,为商业化发展提供了可能。(3) 商业化集成加工阶段(1970 - 1980 年) :在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性的腐蚀技术,扩散硅传感器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主,发展成为可以自动控制硅膜厚度的硅各向异性加工技术,主要有V 形槽法、浓硼自动中止法、阳极氧化法自动中止法和微机控制自动中止法。由于可以在多个表面同时进行腐蚀,数千个硅压力膜可以同时生产,实现了集成化的工厂加工模式,成本进一步降低。(4) 微机械加工阶段(1980 年- 今) :上世纪末出现的纳米技术,使得微机械加工工艺成为可能。通过微机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器,其线度可以控制在微米级范围内。利用这一技术可以加工、蚀刻微米级的沟、条、膜,使得压力传感器进入了微米阶段。 2 压力传感器国内外研究现状 传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋。美、日、英、法、德和独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一。美国长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中就有６项与传感器信息处理技术直接相关。关于保护美国武器系统质量优势至关重要的关键技术，其中８项为无源传感器。。正是由于世界各国普遍重视和投入开发，传感器发展十分迅速。目前，我国传感器行业规模较小，应用范围较窄。为此，我们亟须转变观念，将传感器的研发由单一型传感器的研发，转化为高度集成的新型传感器研发。新型传感器的开发和应用已成为现代系统的核心和关键，它将成为21世纪信息产业新的经济增长点。改革开放30年来，我国传感器技术及其产业取得了长足进步，主要表现在：建立了传感技术国家重点实验室、微米/纳米国家重点实验室、国家传感技术工程中心等研究开发基地；MEMS、MOEMS等研究项目列入了国家高新技术发展重点；在“九五”国家重科技攻关项目中，传感器技术研究取得了51个品种86个规格新产品的成绩，初步建立了敏感元件与传感器产业；2007年传感器业总产量达到20.93亿只，品种规格已有近6000种，并已在国民经济各部门和国防建设中得到一定的应用。压力传感器的发展动向主要有以下几个方向： 2.1光纤压力传感器 这是一类研究成果较多的传感器,但投入实际领域的并不是太多。光纤传感器基本原理是将光源发出的光经光纤送入调制区,在调制区内,外界被测参数与进入调制区的光相互作用,使光的强度、频率、相位、偏振等发生变化成为被调制的信号光,再经光纤送入光探测器、
课程设计说明书题目：压力传感器设计 学院（系）： 年级专业：电子信息科学与技术 学号： 学生姓名： 指导教师：
目录 摘要---------------------------- -------------------------------------------------------------------------2 关键字---------------- ----------------------------------------------------------------------------------2 第一章总体设计方案及模块划分---------------------------------------------------------------2 1.1总体设计方案--------------------------------------------------------------------------------3 1.2模块划分--------------------------------------------------------------------------------------4 1.3设计框图如下图所示-----------------------------------------------------------------------5 第二章各模块设计参数-------------------------------------------------------------------------------5 2.1传感器元件模块------------------------------------------------------------------------------5 2.2 A/D转换模块---------------------------------------------------------------------------------8 2.3控制器处理模块-----------------------------------------------------------------------------12 2.4 AD0809接口电路及LED接口电路------------------------------------------------------14 第三章压力传感器实验数据采集、显示及程序---------------------------------------------14 3.1数据采集及显示-----------------------------------------------------------------------------14 第四章心得体会--------------------------------------------------------------------------------------15 附录-----------------------------------------------------------------------------------------------------16 程序设计--------------------------------------------------------------------------------------16 参考文献资料---------------------------------------------------------------------------------25 实物图--------------------------------------------------------------------------------------25
课程设计说明书 题目：压力传感器设计 学院（系）： 年级专业：电子信息科学与技术 学号： 学生姓名： 指导教师： 目录 摘要---------------------------- -------------------------------------------------------------------------2 关键字---------------- ----------------------------------------------------------------------------------2 第一章总体设计方案及模块划分 ---------------------------------------------------------------2 总体设计方案 --------------------------------------------------------------------------------3 模块划分 --------------------------------------------------------------------------------------4 设计框图如下图所示 -----------------------------------------------------------------------5 第二章各模块设计参数 -------------------------------------------------------------------------------5 传感器元件模块 ------------------------------------------------------------------------------5
摘要 (4) 第1章绪论................................................................................................................................................ - 1 - 1.1 课题设计背景................................................................................................................................. - 1 - 1.2 传感器系统简介............................................................................................................................. - 1 - 1.3 本文内容提要................................................................................................................................. - 2 - 第2章调理电路硬件设计........................................................................................................................ - 2 - 2.1 传感器电路分析............................................................................................................................. - 2 - 2.2选用放大电路及其电路分析.......................................................................................................... - 3 - 2.3 AD转换电路的设计....................................................................................................................... - 4 - 2.3.1AD0804的外围接口的功能： ............................................................................................. - 4 - 2.3.3控制程序的设计：............................................................................................................. - 6 - 2.4 LCD显示电路的设计..................................................................................................................... - 8 - 2.4.1LCD的介绍........................................................................................................................... - 8 - 第3章控制程序的设计............................................................................................................................ - 15 - 3.1 程序要完成的任务....................................................................................................................... - 15 - 3.2 程序流程设计............................................................................................................................... - 16 - 第4章课题总结...................................................................................................................................... - 18 - 4.1 仪用放大电路............................................................................................................................... - 18 - 4.2单片机的使用................................................................................................................................ - 18 - 4.3 AD转换和LCD的控制 ............................................................................................................... - 18 - 在使用类似于AD转换芯片和LCD显示等数字集成芯片时，我们重点关注于其外围引脚的功能和控制时序图就可以了，通过外围引脚的功能来设计电路连接图，等外围电路连接好以后其实它的控制程序的大概框架就有了，再结合着时序图对各个引脚状态变化的先后顺序和各个状态的持续时间做一下处理，我们的控制程序基本上就可以出炉了。当然这时我们编写出的控制程序只是一个理论上的结果，最多有一个仿真结果。在实际调试时若出现了焊接失误或者是程序控制的问题时，我们最好任然秉持先前的网口概念。对整个电路和程序进行模块化处理，一个模块一个模块的检查处理。这样我们调试的效率就会提高很多。 .............................................................................. - 18 - 第5章结论.............................................................................................................................................. - 19 - 在课题选择之初，其目的是为了熟练掌握针对于压力测量电路的设计和应用，并分析在设计过程中对测量精度影响较大的部分。但是在设计过程中，这一目的被逐渐淡化，转而注重于各个模块的选择和设计。因为在设计的过程当中发现，我们对调理电路的设计所考虑的参数似乎和实际的物理量并没有太大的关系，若不考虑传感器与物理世界的交互方式的话，如文章开头所述：我们只要对电量进行操作就可以了。.............................................................................................................................................. - 19 - 致谢...................................................................................................................................................... - 19 - 参考文献...................................................................................................................................................... - 20 -