压力传感器单片机课程设计
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测控技术与仪器专业《传感器技术》课程设计任务书淮阴工学院电子与电气工程学院2014年06月专业方向课程设计课题:电阻应变式电子称班级测控1111学生姓名金梦磊学号 **********指导教师张青春淮阴工学院电子与电气工程学院目录1.系统方案设计1.1 概述1.2 检测原理1.3 系统原理框图2.系统硬件设计2.1 传感器选择及其特性2.2 测量电路2.3 信号采集电路2.4 单片机及外围电路2.5 总体电路图3.系统软件设计3.1 软件设计方法3.2 软件流程图3.3 软件清单及说明4.系统调试与验证4.1 调试过程4.2调试结果(仿真结果)截图4.3 误差分析5.课程设计体会与总结附录:1、参考资料 2、元器件表基于电阻式应变片式传感器的电子称设计`1.系统方案设计1.1概述随着时代的进步和科技的发展,电子称已经成为现代生活中不可或缺的一部分。
无论是做生意确定货物的重量,还是菜市场买菜看斤看两,还是没事减肥看看自己体重有没有减少,我们都需要使用称量道具,电子称以其便携,准确等优点占据着市场。
早期的电子称是通过模拟电路实现的,其抗干扰能力不足,准确也比较低。
现在的电子称都是通过微控制器,采用数字信号的方式,这样就克服了以前的缺点,还可以实现键盘控制以及超额报警等更能。
在学习了传感器,单片机,测控电路几门课程之后,我们可以自己设计出一个电子称了。
在我的设计中,我将采用电阻式应变片传感器进行测量,并采用放大器对传感器转换出的电压信号进行放大、达到A/D转换器输入电压的要求,采用8位A/D转换器将放大器产生的模拟信号转换成数字信号,单片机将接收到的数字处理后显示在4个数码管上(量程为0-1.999kg,所以只需要4个数码管),还需要蜂鸣器进行超量程报警,led灯显示电源的通断,两个拨位开关实现电源通断的控制,以及单片机的复位功能。
1.2检测原理电阻式应变片传感器是通过电阻的应变效应进行测量。
所谓的电阻应变效应就是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应的改变,这一物理现象称为“电阻应变效应“。
《压力传感器》教案压力传感器教案1. 教学目标- 了解压力传感器的基本概念和原理。
- 掌握常见的压力传感器的种类和应用领域。
- 学会使用压力传感器测量和监测压力。
2. 教学内容2.1 压力传感器的基本概念和原理- 压力传感器的定义和作用。
- 压力传感器的工作原理。
- 压力测量单位和常见的压力标准。
2.2 压力传感器的种类和应用领域- 压阻式传感器。
- 血压传感器。
- 力传感器。
- 应力传感器。
- 其他常见的压力传感器类型。
- 压力传感器在工业、医疗、环境监测等领域的应用。
2.3 压力传感器的测量和监测- 使用压力传感器测量压力的步骤和注意事项。
- 如何校准压力传感器以保证测量的准确性。
- 使用压力传感器进行压力监测的方法和技巧。
3. 教学方法- 讲授与演示相结合的教学方法。
- 利用多媒体设备展示压力传感器的原理和应用案例。
- 组织学生参与讨论和实验操作,加深理解和掌握。
4. 教学评价- 设计小组项目或实验任务,评估学生对压力传感器的理解和运用能力。
- 通过问答、测验等形式,检验学生对教学内容的掌握程度。
- 利用观察记录和学生反馈,评估教学效果,及时调整教学策略。
5. 教学资源- 多媒体设备及相关软件。
- 压力传感器及实验设备。
- 相关教材、资料和案例。
6. 教学时间安排本教案预计需要4个学时来完成。
7. 备注以上教案仅供参考,具体教学内容和方法可根据实际情况进行调整和适应。
教师应根据学生的实际情况,采用灵活多样的教学手段,提高教学质量和效果。
> 注意:此教案的内容是为了提供给教师参考,不可用于商业目的。
单片机原理与接口技术课程设计成绩评定表设计课题基于89c51的自身断电保护系统设计学院名称:电气工程学院专业班级:自动1002学生:秦凯新学号: 7指导教师:王黎臧海河周刚设计地点:31-505 设计时间:2012-12-17~2012-12-28单片机原理与接口技术课程设计课程设计名称:基于89c52的压力监测系统设计专业班级:自动1002学生姓名:秦凯新学号: 7指导教师:王黎臧海河周刚课程设计地点:31-505课程设计时间:2012-12-17~2012-12-28单片机原理与接口技术课程设计任务书目录1 引言 (6)2 总体方案设计 (6)2.1硬件组成 (6)2.2 方案论证 (6)2.3 总体方案 (7)3 硬件电路设计 (9)3.1 时钟电路 (9)3.2复位电路 (10)3.3 AD简介与原理分析 (10)3.4 声光报警接口电路 (15)3.5 显示及键盘接口电路 (15)3.7 电源电路 (2)4 系统软件设计 (3)4.1 主程序设计 (3)4.3 部分主要子程序的设计 (6)5 系统调试与总结 (6)5.1 系统功能测试 (6)5.2 技术指标测试 (6)6心得体会 (7)6.1 为何不采用8255了? (7)6.2为何不采用A/D0809? (7)6.3在帮助同学的过程中我学到了什么? (7)6.4在单片机领域我的规划?7参考文献 (8)附录A 系统原理图 (9)附录B 源程序 (10)压力监测普遍用于工业领域,并对国家的发展产生了深厚的影响,小到体重计,大到工业中反应炉的气压声电报警。
甚至航空航天,智能仪表。
以及机器人。
本设计就是工业中最普遍的气压监测报警系统。
所以,这个系统采用自动检测反应炉中的压力大小,通过传感器,并实时进行在液晶1602上进行显示,还有在液晶上进行参考上限电压值的设置和参考下限电压值的的设置。
并通过在单片机部进行比较计算,来实现整个压力监测系统的声光电报警。
成绩评定表课程设计任务书摘要在工业生产控制过程中,压力是一个很重要的参数。
比如利用测量大气压力来间接测量海拔高度,在工业生产中测量压力参数来判断反应的过程,在气象预测中,也需要测量大气压力来判断阴雨天气等等。
所有这些都需要掌握测量压力,所以压力表的设计拥有广阔的市场前景。
本课题就是基于此原因设计的一个简单压力计。
本课程设计用MPX4115传感器来检测压力参数,ADC0808进行模数转换后,利用AT89C52进行数据处理后,由键盘设置测量量程,用发光二级管显示当前测量量程送液晶显示压力值。
本系统可根据需要进行功能扩展。
由于ADC0808支持8路信号采集,可以对8个压力点参数进行检测。
可以手动设置采集哪一路,或者循环采集。
还可以进行压力上下限报警。
在设计系统的时候,立足于界面友好性、性价比,可以在简单压力检测的时候使用。
关键词:压力测试;单片机;ADC ;传感器目录1.设计要求 (5)2.设计方案与设计原理 (6)2.1 系统总体设计 (6)2.2 功能介绍 (6)3.元器件的识别与检测 (7)3.1 AT89C52 简介 (7)3.2 ADC0808 简介 (7)4.制作与调试 (8)4.1 系统软件设计 (8)4.2 系统程序整体流程图 (9)4.3 T0 中断服务程序流程图 (10)4.4外部中断INT0 流程图 (10)4.5 系统总体框图 (11)4.6 系统总体仿真电路 (11)4.7 软硬件仿真调试及性能分析 (12)4.8程序代码 (13)5.设计心得 (19)6 参考文献 (20)1.设计要求本课程设计用MPX4115 传感器来检测压力参数,ADC0808 进行模数转换后,利用AT89C52 进行数据处理后,由键盘设置测量量程,用发光二级管显示当量量程送液晶显示压力值。
数字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,下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。
毕业设计:基于80C51单片机的数字压力传感器的设计毕业设计:基于80C51单片机的数字压力传感器的设计基于80C51单片机的数字压力传感器的设计摘要: 本课题主要介绍数字压力传感器,包括应变计/压电传感器为敏感元件的硬件电路设计、运算元件(80C51单片机)数据处理、4位数码显示系统以及相应的通信接口与协议; 实现在一路测量范围在0~250PSI,测量精度在1PSI,分辨率在1PSI。
关键词:PIC单片机数字通讯智能 1 引言数字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,下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。
本课程设计的数字压力传感器以单片机为主要部件,利用全桥测量原理,通过对电路输出电压和标准压强的线性关系,建立具体的数学模型,将电压量纲(V)改为压强纲(pa)即成为一台原始电子称。
其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。
电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种,本设计采用全桥测量电路,使系统产生的误差更小,输出的数据更精确。
而三运放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大,以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。
ADC0809 的A/D转换作用是把模拟信号转变成数字信号,进行模数转换,然后把数字信号输送到显示电路中去,最后由显示电路显示出测量结果。
并且能实现数字传感器之间的通讯,达到数据共享的目的。
从而更好的满足当今社会发展的需求。
2 方案论证 2(1方案一: 本方案采用电阻应变片作为敏感元件采集信息,经三运放大器放大处理,再送入ADC0809进行数模转换,运用80C51单片机作为运算处理元件处理数据,并进行通讯和LED显示。
基本工作原理框图如下: 图 1.2-1 基本工作原理框图 2(2方案二: 本方案采用压电传感器作为敏感元件采集信息,经三运放大器放大处理,再送入ADC0809进行数模转换,运用DSP单片机作为运算处理元件处理数据,并进行通讯和LED显示。
单片机原理课程论文题目:压力测量单片机2012 年7月1摘要温度的测量是生产生活中时常需要的工作,进入21世纪后,温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。
Abstract:Temperature measurement is the production of life often need to work, in the 21st century, the temperature sensor is headed in high precision, multi-function, bus, standardization, high reliability and safety, development virtual sensor and network sensor, research monolithic temperature measuring system and other high-tech direction develop rapidly.关键词:High precision, multi-function, bus, standardization, high reliability and safety1.1指导思想本课题以PT100热电阻为温度检测元件,设计了一个对单点温度实时检测的单片机温度检测系统。
1.2基本设计内容及要求使用PT100温度传感器(电阻值随温度变化),设计传感器放大电路,将传感器的电阻值转变为0~5V电压信号,将温度值显示出来。
再设计控制电路,控制一个300W电热杯温度,使其能够稳定在设定的温度值。
1.3电路特点设计以测量显示部分电路为主,以单片机系统为核心,对单点的温度进行实时测量检测。
并采用热电阻PT100作为温度传感器、op07作为信号放大器、ADC0809作为A/D转换部件,对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。
目录一、设计题目与设计任务 (1)1.设计题目:单片机压力测控系统设计 (1)2.设计任务 (1)二、前言 (1)三、主体设计 (1)1、系统设计 (1)2、系统框图 (1)3、设计思路 (2)4、压力传感器和A/D转换芯片选择 (2)(1)压力传感器1210—030 G—3 S (2)(2)AD模数转换芯片ADC0809 (3)四、参考文献 (4)五、结束语 (4)六、完整程序 (5)七、仿真结果 (7)八、程序流程图 (9)一、设计题目与设计任务1.设计题目:单片机压力测控系统设计2.设计任务1、本设计是微机控制的制氧机压力测控系统。
单片机系统通过压力传感器和检测比较器测得气缸内压力达到某一上限值(176 kPa)和下限值(64 kPa)时,单片机系统控制执行相应的动作(达到上限值时打开放气阀放气,达到下限值关闭放气阀进行充气)。
如此反复循环,不断将氧气提供给需氧者。
在此过程中若充气或放气10 s仍达不到设定值(176 kPa和64 kPa)则进行光报警。
2、写出压力测量过程,绘制压力控制系统结构图。
3、(1)系统硬件电路设计。
单片机采用89S52;选择适合上述测量范围的压力传感器,设计数据采集及信号调理电路,设计键盘显示电路及报警电路。
(2)编制压力测量程序。
二、前言本设计为基于AT89S52单片机的气缸压力测量与控制系统,压力传感器选择1210—030G—3S,能够在0~207kPa范围内有效测量气缸供氧系统的压力,并进行实时压力(LED)显示。
单片机控制部分实现当压力超出上限值176kPa时,放气阀打开进行放气,当压力低于下限值64kPa时,放气阀关闭,气缸充气;压力在正常范围(64~176kPa)时,压力改变不影响放气阀的状态。
报警功能实现当压力超出设定的压力范围(64~176kPa)10S时,发光二极管点亮进行报警。
关键词:AT89S52单片机、1210—030G—3S型压力传感器、LED显示、报警。
燕山大学课程设计说明书目录第1章摘要 (2)第2章引言 (2)第3章总体设计 (3)3.1 理论分析 (3)3.2 过程分析 (3)第4章硬件电路设计 (4)4.1 传感器电路模块 (4)4.2 传感器电路分解 (5)4.3 A/D变换电路模块 (6)4.4 8051芯片介绍 (10)4.5 LCD1602液晶显示 (11)第5章压力传感器实验数据采集、显示及程序 (16)5.1 数据采集 (16)5.2 程序设计 (17)心得体会 (25)参考文献 (25)第1章摘要本文介绍一种以MCS-51单片机为核心,用ADC0809实现压力模拟信号的AD转换,完成压力传感器实验。
简要介绍了压力传感器电路的工作原理和弱信号传感器电路以及A/D变换电路的工作原理,并详细介绍了该传感器的参数设计和制作过程,论证了其可行性,完成了整个实验对于压力的采样和显示。
与其它类型传感器相比,电阻应变式传感器有以下特点:测量范围广,精度高,输出特性的线性好,工作性能稳定、可靠,能在恶劣的化境条件下工作。
由于应变式传感器具有以上优点,所以它在测试技术中获得十分广泛的应用。
第2章引言电阻应变式传感器按其用途不同,可分为应变测力传感器、应变压力传感器、应变式加速度传感器等。
我们主要研究压力传感器,这种传感器主要用于对气体、液体的动态和静态的压力的测量。
如对内燃机管道和动力设备管道进出、出气孔流液的压力、发动机喷口的压力等的测量。
这种传感器主要采用膜片、薄板、筒式等组成的弹性元件。
传感器所用的应变片电阻值国内标准有:60、120、350、和600Ω等各种阻值,其中以120Ω为最常用。
利用全桥测量原理,通过对电路输出电压和标准压强的线性关系,建立具体的数学模型,将电压量的变化改为压力的变化,即可以测出一定范围内的压力值。
其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。
本设计采用全桥测量电路,使系统产生的误差更小,输出的数据更精确。
传感器与单片机课程设计一、课程目标知识目标:1. 理解传感器的基本原理及其在单片机系统中的应用;2. 掌握常见传感器的工作原理、特性及接口技术;3. 学会使用单片机编程实现对传感器的数据采集与处理。
技能目标:1. 能够正确选择并使用传感器进行数据采集;2. 能够运用单片机编程实现对传感器的控制与数据处理;3. 能够设计简单的传感器与单片机相结合的控制系统,解决实际问题。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对传感器与单片机技术的兴趣,激发探究精神;2. 增强学生的团队合作意识,培养协同解决问题的能力;3. 提高学生的创新意识,鼓励学生将所学知识应用于实际生活中。
本课程针对高中年级学生,结合传感器与单片机相关知识,注重实践性与应用性。
在教学过程中,充分考虑学生的认知水平、学习兴趣和实际需求,以项目为导向,引导学生通过动手实践,掌握传感器与单片机的应用技能。
课程目标旨在使学生具备独立设计简单控制系统的基础能力,同时培养其创新精神和团队协作能力,为未来进一步学习相关专业知识和技能打下坚实基础。
二、教学内容1. 传感器原理与应用- 介绍传感器的基本概念、分类和作用;- 详细讲解温度传感器、光敏传感器、声音传感器等常见传感器的工作原理和特性;- 分析传感器在单片机系统中的应用实例。
2. 单片机基础知识- 概述单片机的结构与功能;- 介绍单片机编程基础,包括指令系统、程序设计等;- 阐述单片机与传感器接口技术。
3. 传感器与单片机实践操作- 设计并实施温度监测、光线控制、声音检测等实验项目;- 指导学生运用单片机编程实现对传感器的数据采集与处理;- 分析实验结果,探讨解决实际问题的方法。
4. 创新设计与团队合作- 鼓励学生发挥创意,设计具有实际应用价值的传感器与单片机控制系统;- 培养学生团队协作能力,分组完成设计项目;- 组织成果展示,分享设计心得。
教学内容参考教材相关章节,结合课程目标进行系统组织。
在教学过程中,注重理论与实践相结合,以项目为导向,逐步引导学生掌握传感器与单片机的基本知识和应用技能。
单片机课程设计报告书液位监测系统一、设计目的1. 采用单片机、ADC0809、压力传感器为主要器件,设计水深检测系统;2. 通过本次课程设计加深对单片机课程的全面认识和掌握,对单片机课程的应用进一步的了解;3. 掌握定时器、外部中断的设置和编程原理;4. 通过此次课程设计能够将单片机软硬件结合起来,对程序进行编辑,校验。
二、设计要求1.压力变送器输出为4-20mA电流信号,通过转换电路把其转换为电压信号;2.处理模拟信号并显示其实际水的深度数值。
三、设计器材四、设计方案及分析1. 单片机最小系统电路单片机最小系统电路如图1所示,由主控器STC89C52、时钟电路和复位电路三部分组成。
单片机STC89C52作为核心控制器控制着整个系统的工作,而时钟电路负责产生单片机工作所必需的时钟信号,复位电路使得单片机能够正常、有序、稳定地工作。
图1 单片机最小系统2. 时钟电路STC89C52 单片机芯片内部设有一个由反向放大器所构成的振荡器。
19脚(XTAL1)为振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端,18脚(XTAL2)为振荡器反相放大器的输出端。
在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元器件,内部振荡电路就会产生自激振荡。
本系统采用的定时元器件为石英晶体(晶振)和电容组成的并联谐振回路。
晶振频率为12MHz,电容大小为33pF,时钟电路如图所示。
图2 时钟电路(晶振)3. 复位电路STC89C52的复位是由外部的复位电路来实现的,复位电路通常采用上电复位和按钮复位两种方式,本设计采用的是最按钮复位电路,其电路图如图所示。
图3 复位电路4.数码管显示电路LED又称为数码管,它主要由8段发光二极管组成的不同组合,可以显示a~g为数字和字符显示段,h段为小数点显示,通过a~g为7个发光段的不同组合,可以显示0~9和A~F共16个数字和字母。
LED可以分为共阴极和共阳极两种结构。
共阳极结构即把8个发光二极管阳极连在一起。
基于单片机的压力传感器实验精编W O R D版 IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】课程设计说明书题目:基于单片机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---------------------------------------------------------------21.1总体设计方案--------------------------------------------------------------------------------31.2模块划分--------------------------------------------------------------------------------------41.3设计框图如下图所示-----------------------------------------------------------------------5第二章各模块设计参数-------------------------------------------------------------------------------52.1传感器元件模块------------------------------------------------------------------------------52.2 A/D转换模块---------------------------------------------------------------------------------82.3控制器处理模块-----------------------------------------------------------------------------122.4 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---------------------------------------------143.1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摘要此次设计是基于8051单片机的压力检测系统,简要介绍了压力传感器电路的工作原理和弱信号传感器电路以及A/D变换电路的工作原理,通过压力传感器将需要测量的位置的压力信号转化为电信号,再经过运算放大器进行信号放大,送至8位A/D转换器ADC0808,然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号,再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息,最后显示输出。
基于单片机的压力传感器系统的设计与实现.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:- :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。
-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。
:我们只要对电量进行操作就可以了。
- 19 -致谢- 19 -参考文献- XXXX年6月3日北华航天工业学院教务处制.北华航天工业学院毕业设计(论文)任务书(理工类)学生姓名:雷宇专业:电子信息工程班级:B10212 学号:XXXX年6月3日北华航天工业学院教务处制.北华航天工业学院毕业设计(论文)任务书(理工类)学生姓名:雷宇专业:电子信息工程班级:B10212 学号:XXXX年月日注:综合评定成绩=成绩1*0.3+成绩2*0.3+成绩3*0.4word教育资料达到当天最大量API KEY 超过次数限制。
摘要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。
关键字:压力、电信号目录一、设计目的------------------------- 1二、设计任务与要求--------------------- 12.1设计任务------------------------- 12.2设计要求------------------------- 1三、设计步骤及原理分析 ----------------- 13.1设计方法------------------------- 1 3.2设计步骤------------------------- 23.3设计原理分析--------------------- 10四、课程设计小结与体会 ---------------- 11五、参考文献------------------------- 12一、设计目的1. 培养综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能提高解决实际问题的能力从而达到巩固、深化所学的知识与技能;2. 培养建立正确的科学思想培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风二、设计任务及要求2.1设计任务1.系统地掌握控制器的开发设计过程相关的电子技术和传感器技术等进行设计任务和功能的描述;2.进行系统设计方案的论证和总体设计;3.从全局考虑完成硬件和软件资源分配和规划分别进行系统的硬件设计和软件设计;4.进行硬件调试软件调试和软硬件的联调2.2设计要求本设计是通过以单片机为主的压力测量系统。
学习数学是为了探索宇宙的奥秘。
如所知,星球和地层、热和电、变异和存在的规律,无不涉及数学真理。
如果说语言反映和揭示了造物主的心声,那么数学就反映和揭示了造物主的智慧,并且反复地重复着事物如何变异为存在地故事。
数学集中并引导我们地精力、自尊和愿望去认识真理,并由此而生活在上帝地大家庭中。
正如文学诱导人们地情感和了解一样,数学则启发人们地想象和推理。
毕业任务书一、题目智能压力传感器系统设计二、指导思想和目的要求1. 培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能提高解决实际问题的能力从而达到巩固、深化所学的知识和技能;2. 培养学生建立正确的科学思想培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风;3. 培养学生调查研究收集资料熟悉有关技术文件锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力三、主要技术指标1. 培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能提高解决实际问题的能力从而达到巩固、深化所学的知识和技能;2. 培养学生建立正确的科学思想培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风;3. 培养学生调查研究收集资料熟悉有关技术文件锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力三、主要技术指标本设计主要设计一个智能压力传感器的设计要求如下:被测介质:气体、液体及蒸气量程:OPa〜500pa综合精度:土0.25%FS供电:24V De (12〜36VDC介质温度:-20〜150 C环境温度:-20〜85 C过载能力:150%FS响应时间:w 10mS稳定性:w±0.15%FS/年能实时显示目标压力值和保存参数并能和上位机进行通信并具有较强的抗干扰能力所需要完成的工作:1•系统地掌握控制器的开发设计过程相关的电子技术和传感器技术等进行设计任务和功能的描述;2. 进行系统设计方案的论证和总体设计;3. 从全局考虑完成硬件和软件资源分配和规划分别进行系统的硬件设计和软件设计;4. 进行硬件调试软件调试和软硬件的联调;5. 查阅到15篇以上和题目相关的文献按要求格式独立撰写不少于15000字的设计说明书及 1.5万(或翻译成3000中文后至少在字以上)字符以上的英文翻译四、进度和要求第01周----第02周:查阅相关资料并完成英文翻译;第03周----第04周:进行市场调查给出系统详细的设计任务和功能进行系统设计方案的论证和总体设计;第05周----第07周:完成硬件电路设计并用PROTE画出硬件电路图;第08周----第10周:完成软件模块设计和调试;第11周----第12周:进行硬件调试软件调试和软硬件的联调;第13周----第14周:撰写毕业设计论文;五、主要参考书及参考资料1. 单片机原理及使用张鑫等电子工业出版社2. MCS51单片机使用设计张毅刚等哈尔滨工业大学3. MCS51系列单片机实用接口技术北京航天航空大学4. PROTEL2004电路原理图及PCB设计清源科技机械工业出版社5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究曹卫芳山东科技大学2005. 56. 单片机使用技术选编何立民北京航空航天大学出版社20007. 检测技术和系统设计张靖等中国电力出版社2001摘要压力是工业生产过程中的重要参数之一压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义本设计主要通过单片机及专用芯片对传感器所测得的模拟信号进行处理使其完成智能化功能介绍了智能压力传感器外围电路的硬件设计并根据硬件进行了软件编程本次设计是基于AT89C51单片机的测量和显示是通过压力传感器将压力转换成电信号再经过运算放大器进行信号放大送至8位A/ D转换器然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息最后显示输出而在显示的过程中通过键盘向计算机系统输入各种数据和命令让单片机系统处于预定的功能状态显示需要的值本论文根据压力传感器零点补偿和非线性补偿原理设计出了测量压力传感器的硬件使用单片机技术测量电路简单成本低使用面广但是由于自身的稳定性其测量结果仍存在误差关键词:压力;AT89C51单片机;压力传感器;A/D转换器;LCD显示;AbstractPressure is one of the importa nt parameters in theprocess of in dustrialproduct ion. Pressure detecti on or con trol is an esse ntial con diproduct ion and the equipme nt to safely operat ing which is of great significanee. The single-chip is infiltrating into our livesso it is very difficult to find the area in which there is no traces of single-chip microcomputer. In this graduation designprimarily through by using single-chip and dedicated chiphandling of analog signal measured by the sensor to complete intelligent function.This desig n illustrates exter nal hardware circuit desig n of in tellige ntpressure sensorand con duct software developme nt to the hardware.The desig n is based on measureme nt and display of AT89C51 single-chip. Thisis the pressure sen sors will con vert the pressure into electrical sig na operational amplifier the sig nal is amplifiedand tran sferred to the 8-bit A/D con verter. The n the an alog sig nal is converted into digital sig nals which can be ide ntified by sin gle-chipand the n con vertedbysingle-chip into the information which can be displayed on LED monitorand fin ally display output. In the course of showthrough the keyboard to in put all kinds of data and comma nds into thecomputer the sin gle-chip will locate in a predeterm ined function step todisplay requiredvalues.In additi onbased sensor thermal drift and nonlinearity principlethis paper has desig nedIntelligent sensor hardware circuit and edited a C51Program.Thecircuit withmicro-Process is simple and cheapthough the result has still a little error.Key words: pressure; AT89C51 single-chip; pressure sensor; A/D converter; LCDmon itor;目录第一章绪论11.1前言11.2选题的背景和意义11.3智能压力传感器的发展方向21.4本文研究的内容3第二章系统总体方案设计42.1系统任务描述42.1.1控制系统要求42.1.2主要仪器的选择42.2系统总体设计62.2.1系统组成 62.2.2基于单片机的智能压力检测的原理 6第三章压力传感系统硬件设计73.1压力传感器73.1.1金属应变片的工作原理73.1.2电阻应变片的基本结构83.1.3电阻应变片的测量电路83.1.4电桥电路的工作原理93.1.5非线性误差及温度补偿103.2信号放大电路113.2.1三运放放大电路113.3 A/D转换器123.3.1 A/D转换器的简介123.3.2配置位说明13333 工作时序图14334单片机对ADC0832的控制原理153.4单片机173.4.1 AT89C51单片机简介173.4.2主要特性173.4.3管脚说明183.4.4振荡器特性193.4.5芯片擦除203.5 液晶屏LCD简介203.5.1液晶显示器原理203.5.2液晶显示器分类203.5.3字符的显示213.5.4 LM016L引脚功能说明213.6报警模块22第四章软件设计234.1系统的主程序234.2 A/D转换器的软件设计254.2.1 ADC0832芯片接口程序的编写254.3 LCD数码管显示程序设计274.3.1 LM016LCD的RAM地址映射及标准字库表27 第五章PROTEUS仿真调试295.1仿真软件了解295.1.1proteus 软件介绍295.1.2protuse 功能和特点295.2本次设计仿真过程30创建原理图305.2.2绘制仿真原理图305.2.3系统调试31开始仿真31第六章总结336.1设计总结336.2展望和不足34致谢35参考文献36附录一PROTEL图37附录二源程序38第一章绪论1.1前言在信息高速发展的今天传感器检测系统的智能化和集成化成为其发展的两个重要方向而传感器检测系统智能化和集成化的程度主要取决于和之相结合的微处理器的性能具有数据处理能力能够进行自动检测、自动校准、自动误差补偿、自动抽样、以及标度变换功能的智能压力传感器检测系统已成为国内外开发和研究的热点传感器技术是现代测量和自动化技术的重要技术之一从宇宙探索到海洋开发从生产过程的控制到现代文明生活几乎每一项现代科学技术都离不开传感器在工业、农业、国防、科技等各个领域传感器技术都得到了广泛的使用并展现出极其广阔的前景因此许多国家对传感器技术的发展十分重视例如在日本传感器技术被列为六大核心技术(传感器、通信、激光、半导体、超导和计算机)之一并且是将传感器列为十大技术之首;美国将90年代看作是传感器时代将传感器技术列为90年代22项关键技术之一我国对传感器的研究也有二十多年的历史并取得了很大的成就目前在"科学技术就是第一生产力”的思想指引下各项科学技术取得了突飞猛进的发展传感器技术也越来越受到各方面的重视虽然在某些方面已赶上或者接近世界先进水平但是从总体来看和国外传感器技术的发展相比我国对传感器技术的研究和生产还比较落后现正处于方兴未艾的阶段由于智能传感器系统的研究起步较晚其理论和实践远未成熟离实际使用需求差距很大尤其是用于压力测量的高性能、小体积、低成本智能压力传感器系统更是有待于进一步开发因此研究开发高性能的智能压力传感器系统对于促进信息技术及自动化技术的发展、提高设备的性能及自动化水平具有不可低估的意义1.2选题的背景和意义近年来随着微型计算机的发展他的使用在人们的工作和日常生活中越来越普遍工业过程控制是计算机的一个重要使用领域其中由单片机构成的嵌入式系统已经越来越受到人们的关注现在可以毫不夸张的说没有微型计算机的仪器不能称为先进的仪器没有微型计算机的控制系统不能称其为现代控制系统的时代已经到来压力测量对实时监测和安全生产具有重要的意义在工业生产中为了高效、安全生产必须有效控制生产过程中的诸如压力、流量、温度等主要参数由于压力控制在生产过程中起着决定性的安全作用因此有必要准确测量压力为了测到不同位置的压力值本次设计为基于单片机智能压力测量系统通过压力传感器将需要测量的位置的压力信号转化为电信号再经过运算放大器进行信号放大送至8位A/ D转换器然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号再经单片机转换成LCD显示器可以识别的信息最后显示输出基于单片机的智能压力检测系统选择的单片机是基于AT89C51单片机的测量和显示将压力经过压力传感器变为电信号再通过三运放放将电信号放大为标准信号为0-5V的电压信号然后进入A/D转换器将模拟量转换为数字量我们所采样的A/D转换器为ADC0832ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片其最高分辨可达256级可以适应一般的模拟量转换要求其内部电源输入和参考电压的复用使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间芯片转换时间仅为32卩S 据有双数据输出可作为数据校验以减少数据误差转换速度快且稳定性能强独立的芯片使能输入使多器件挂接和处理器控制变的更加方便通过DI数据输入端可以轻易的实现通道功能的选择正常情况下ADC0832和单片机的接口应为4条数据线分别是CS CLK DO DI但由于DO端和DI端在通信时并未同时有效并和单片机的接口是双向的所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用为了提高单片机系统I/O 口线的利用效率利用单片机AT87C51的串行口和液晶显示屏LM016L来显示.1.3智能压力传感器的发展方向1)向高智能高精度发展:随着自动化生产程度的不断提高对传感器的要求也在不断提高必须研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性目前能生产精度在万分之一以上的传感器的厂家为数很少其产最也远远不能满足要求向高可靠性、宽温度范围发展:传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是永久性的方向提高温度范围历来是大课题大部分传感器其工作范围都在一20 C ~70C在军用系统中要求工作温度在一40OC —85OC范围而汽车锅炉等场合要求传感器工作在一20OC~1200C在冶炼、焦化等方面对传感器的温度要求更高因此发展新兴材料(如陶瓷)的传感器将很有前途向微型化发展:各种控制仪器设备的功能越来越人要求各个部件体积能占位置越小越好因而传感器本身体积也是越小越好这就要求发展新的材料及加工技术目前利用硅材料制作的传感器体积己经很小如传统的加速度传感器是由重力块和弹簧等制成的体积较大、稳定性差、寿命也短而利用激光等各种微细加工技术制成的硅加速度传感器体积非常小、互换性可靠性都较好高智能化:将压力传感器和单片机联系在一起使其能够在实际使用中能更好地实现人机互换交流增加仪器的数字化和智能化1.4本文研究的内容研究开发一个智能压力传感器要实现的主要目标是:系统地掌握单片机的开发设计过程相关的电子技术和传感器技术等进行设计任务和功能的描述进行系统设计方案的论证和总体设计从全局考虑完成硬件和软件资源分配和规划分别进行系统的硬件设计和软件设计进行硬件调试软件调试和软硬件的联调第二章系统总体方案设计2.1系统任务描述该系统的任务是能够测量出被测物的压力并能实时显示目标压力值和保存参数并能和上位机进行通信并具有较强的抗干扰能力2.1.1控制系统要求该控制系统要求满足以下几点要求:被测介质:气体、液体及蒸气量程:OPa 〜500pa综合精度:土0.25%FS供电:24V De (12〜36VDC介质温度:-20〜150 C环境温度:-20〜85 C当压力超过一定范围是可以报警能实时显示目标压力值和保存参数并能和上位机进行通信并具有较强的抗干扰能力2.1.2主要仪器的比较选择1、压力传感器的选择压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出给显示仪表显示压力值或供控制和报警使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而电阻应变式传感器具有悠久的历史由于它具有结构简单、体积小、使用方便、性能稳定、可靠、灵敏度高动态响应快、适合静态及动态测量、测量精度高等诸多优点因此是目前使用最广泛的传感器之一电阻应变式传感器由弹性元件和电阻应变片构成当弹性元件感受到物理量时其表面产生应变粘贴在弹性元件表面的电阻应变片的电阻值将随着弹性元件的应变而相应变化通过测量电阻应变片的电阻值变化可以用来测量各种参数2、放大器的选择被测的非电量经传感器得到的电信号幅度很小无法进行A/D转换必须对这些模拟电信号进行放大处理为使电路简单便于调试本设计采用三运算放大器因为在具有较大共模电压的条件下仪表放大器能够对很微弱的差分电压信号进行放大并且具有很高的输入阻抗这些特性使其受到众多使用的欢迎广泛用于测量压力和温度的应变仪电桥接口、热电耦温度检测和各种低边、高边电流检测3、A/D转换器的选择目前单片机在电子产品中已得到广泛使用许多类型的单片机内部已带有A/D转换电路但此类单片机会比无A/D转换功能的单片机在价格上高几元甚至很多我们采用一个普通的单片机加上一个A/D转换器实现A/D转换的功能这里A/D转换器可选ADC0832 ADC0809等;串行和并行接口模式是A/D转换器诸多分类中的一种但却是使用中器件选择的一个重要指标在同样的转换分辨率及转换速度的前提下不同的接口方式会对电路结构及采用周期产生影响对A/D转换器的选择我们通过比较ADC0809和ADC0832来决定这两个转换器都是常见的A/D转换器其中ADC0809的并行接口A/D转换器ADC0832是串行接口A/D转换器我们所做的设计选择ADC0832A/D转换在单片机接口中使用广泛串行A/D转换器具有功耗低、性价比较高、芯片引脚少等特点4、主控制器的选择单片机是一种在线式实时控制计算机在线式就是现场控制需要的是有较强的抗干扰能力较低的成本这也是和离线式计算机的(比如家用PC的主要区别它拥有基于复杂指令集(CISC)的单片机内核虽然其速度不快12个振荡周期才执行一个单周期指令但其端口结构为准双向并行口可兼有外部并行总线故使其扩展性能非常强大51的内部硬件预设可用特殊功能寄存器对其进行编辑2.1.3总体方案的选择经过上述总结本设计采用89C51单片机作为控制芯片采用电阻应变片压力传感器采集压力信号通过压力传感器将采集的压力信号转换成和之对应的电信号经过ADC0832放大处理通过89C51在LCD屏幕上显示压力数据在超过压力限制时由蜂鸣器报警2.2系统总体设计2.2.1系统组成图2.1智能压力传感器原理方框图2.2.2基于单片机的智能压力检测的原理本次设计是以单片机组成的压力测量系统中必须有前向通道作为电信号的输入通道用来采集输入信息压力的测量需要传感器利用传感器将压力转换成电信号后再经放大并经A/D转换为数字量后才能由计算机进行有效处理然后用LCD 进行显示我们这次主要做的是A/D转换单片机和显示我们选用的A/D转换器是ADC0832单片机为AT89C51显示为液晶显示LCD根据硬件电路编程调试出来并显示结果第三章压力传感系统硬件设计3.1压力传感器3.1.1金属应变片的工作原理应变式压力传感器是把压力的变化转换成电阻值的变化来进行测量的应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体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使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显示或执行机构其阻值随压力所产生的应变而变化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对于金属导体一段圆截面的导线的金属丝设其长为L截面积为A (直径为D)原始电阻为R金属导体的电阻值可用下式表示:R= p L / A (3.1)式中:p --金属导体的电阻率(Q • cm2/m) S-- 导体的截面积(cm2)L--导体的长度(m当金属丝受到轴向力F而被拉伸或压缩产生形变其电阻值会随之变化通过对(3.1 )式两边取对数后再取全微分得:(3.2 )式中为材料轴向线应变且跟据材料力学在金属丝单向受力状态下有(3.3)式中卩为导体材料的泊松比因此有(3.4)试验发现金属材料电阻率的相对变化和其体的相对变化间的关系为(3.5)式中c为常数(由一定的材料和加工方式决定)将式(3.5)代入(3.4)且当△ R=R时可得(3.6)式中k=(1+2卩)+c(1-2卩)为金属丝材料的应变灵敏系数上式表明金属材料电阻的相对变化和其线应变成正比这就是金属材料的应变电阻效应电阻变化率△ R/R的表达式为:K=A R/R卩/ £式中卩-材料的泊松系数;£ -应变量当金属丝受外力作用时其长度和截面积都会发生变化从上式中可很容易看出其电阻值即会发生改变假如金属丝受外力作用而伸长时其长度增加而截面积减少电阻值便会增大当金属丝受外力作用而压缩时长度减小而截面增加电阻值则会减小只要测出加在电阻的变化(通常是测量电阻两端的电压)即可获得应变金属丝的应变情3.1.2电阻应变片的基本结构电阻应变片主要由四部分组成电阻丝是应变片敏感元件;基片、覆盖片起定位和保护电阻丝的作用并使电阻丝和被测试件之间绝缘;引出线用以连接测量导线3.1.3电阻应变片的测量电路应变片可以将应变转换为电阻的变化为了显示于记录应变的大小还要将电阻的变化再转换为电压或电流的变化因此需要有专用的测量电路通常采用直流电桥和交流电桥3.1.4电桥电路的工作原理由于应变片的电桥电路的输出信号一般比较微弱所以目前大部分电阻应变式传感器的电桥输出端和直流放大器相连如图3.1 所示图3.1直流电桥设电桥的各臂的电阻分别为R1R3R2R4它们可以全部或部分是应变片由于直流放大器的输入电阻比电桥电阻大的多因此可将电桥输出端看成开路这种电桥成为电压输出桥输出电压U0为U0= (3.7)由上式可见:若R1R3=R2R4则输出电压必为零此时电桥处于平衡状态称为平衡电桥平衡电桥的平衡条件为:R1R3=R2R4应变片工作时其电阻变化△ R此时有不平衡电压输出(3.8 )由式(3.8 )表明:△ R《R1 时电桥的输出电压于应变成线性关系若相邻两桥臂的应变极性一致即同为拉应变活压应变时输出电压为两者之差若不同时则输出电压为两者之和若相对两桥臂的极性一直输出电压为两者之和反之则为两者之差电桥供电电压U越高输出电压U0越大但是当U大时。
xxxxxx大学课程设计报告课程设计名称:单片机系统综合课程设计课程设计题目:基于51单片机的压力数据采集院(系):专业:班级:学号:姓名:指导教师:完成日期:xxxxxx大学课程设计报告目录第1章总体设计方案 (1)1.1设计原理 (1)1.2设计思路 (1)1.3实验环境 (2)第2章详细设计方案 (3)2.1硬件电路设计 (3)2.2主程序设计 (4)2.2功能模块的设计与实现 (5)第3章结果测试及分析 (11)3.1结果测试 (11)3.2结果分析 (11)参考文献 (12)附录A(源程序代码) (13)附录B(电路原理图) (16)附录C(元件列表) (17)第1章总体设计方案1.1 设计原理根据课程设计任务书的内容与要求,需要使用伟福Lab6000试验箱上提供的压力传感器实现压力的实时传感,利用A/D转换装置将压力传感器输出的模拟信号转换成为数字信号,在利用箱上的数码管将转换数字信号结果显示出来。
为了保证压力传感的准确性,开始执行时,需要将压力传感器软件调整出零点,如不进行压力零点的调整,压力传感器将不进行工作。
压力传感器工作时,由于硬件的原因压力传感结果经常波动,如果想进行压力传感值的锁定,程序提供了利用开关实现的此功能,以方便对于压力测算值的读取。
1.2 设计思路采用C语言编程,结合伟福Lab6000试验箱的固定硬件模块加以实际连线调整硬件部分。
1)提出方案a)需要实验箱上压力传感器提供准确的压力测算值;b)压力传感器的模拟信号通过箱上的A/D转化模块转化为可以显示的数字信号;c)A/D转换的结果通过中断的方式显示到数码管上。
2) 方案论证由于压力传感器的硬件原因,其A/D转换结果并非从零开始的,为提供准确的压力测算值,程序开始须等待调零,否则不提供压力的测定值。
若进行过调零,则之后不断的测试压力的变化,提供测定值。
模拟信号进入A/D转化之后,每一次完成转化,通过EOC端口向外发出中断,使用该中断信号作为输出数据的采集信号。
基于51单片机的智能压力传感器设计
0 引言
对目前所有兼容lntel 8031指令系统的单片机,统l称为51单片机。
Intel的8031单片机是51单片机的始祖。
8031单片机是目前应用最广泛的8位单片机之一。
随着Flash rom技术的发展,它也得到了不断的发展,广泛应用于工业测控系统中ATMEL公司的AT89系列,是8031单片机中最有代表性的型号。
51单片机是基础入门的一个单片机,也是应用最广泛的一种,在目前乃至今后很长的一段时问内。
51系列的兼容机型都将占有大量的市场。
控制系统传统的设计思想和设计方法,因51单片机的应用从根本上得到了改变。
现在正在用单片机通过软件的方法,来实现采用硬件电路实现的大部分控制功能,智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制可通过单片机来实现,从而改变自动控制中的PID调节。
随着单片机的广泛应用,以软件取代硬件并能提高系统性能的微控制技术将不断发展完善。
压力传感器,英文名称是pressure transducer,它是指能感受压力,并能将其转换成可用输出信号的传感器。
压力传感器在工业实践中很常用,各种工业自控环境中应用很广,涉及的行业也很多,像水利水电、智能建筑、。
压力传感器单片机课程设计第1 章前言电力压力器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。
其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。
由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。
而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。
磷酸二氢胺属于人造晶体,能够承受高温和相当高的湿度,所以已经得到了广泛的应用。
早在1954年美国C.S.Smith首先确认了半导体压电效应,1955年C.Herring 指出:这种压电电阻效应是由于应力的作用,引起导体与价电子带能量状态的变化,以及载流子数量与迁移率变化所产生的一种现象。
日本从1970年开始研究开发,首先应用在血压计上,之后在过程控制领域及轿车发动机控制部分都获得了广泛的应用。
最近几年在家用电器、装配机器人等应用领域普遍采用电子压力传感器作为压力控制、压力监控和判断真空吸附的效果。
图1 电子压力器模型1第2章电子压力器的工作原理 2.1 电子压力器的工作原理电子压力器由压力传感器,A/D转换器,数码显示等组成。
当用手按压传感器,腔体内外就会产生压差,这些压差就会转化成电压,电压转化成数字量后,根据压力变化1Kpa,输出电压变化为120mV的关系,依照采样的输出电压,采用线性插值法可计算出实际压力值。
然后将实际压力值送数码管显示。
图2.1.1为PS压力传感器的截面结构图,图2.1.2为其传感器部分的结构。
如图所示,在压力传感器半导体硅片上有一层扩散电阻体,如果对这一电阻体施加压力,由于压电电阻效应,其电阻值将发生变化。
受到应变的部分,即膜片由于容易感压而变薄,为了减缓来自传感器底座应力的影响,将压力传感器片安装在玻璃基座上。
如图2.1.2所示,当向空腔部分加上一定的压力时,膜片受到一定程度的拉伸或收缩而产生形变。
压电电阻的排列方法如图2.1.3所示,2受到拉伸的电阻R2和R4的阻值增加;受到压缩的电阻R1和R3阻值减小。
图2.1.3 压电电阻的排列方法图由于各压电电阻如图2.1.3那样组成桥路结构,如果将它们连接到恒流源上,则由于压力的增减,将在输出端获得输出电压ΔV,当压力为零时的ΔV等于偏置电压Voffset,在理想状态下我们希望Voffset=0V,实际上在生成扩散电阻体时,由于所形成的扩散电阻体尺寸大小的不同和存在杂质浓度的微小差异,因此总是有某个电压值存在。
压力为零时,R1=R2=R3=R4=R,我们把加上一定压力时R1、R2电阻的变化部分记作ΔR;相应R3、R4电阻的变化部分记作-ΔR,于是ΔV=ΔRI 。
这个ΔV相对压力呈现几乎完全线性的特性,只是随着温度的变化而有所改变。
2.2 压力传感器的工作原理2.2.1 压力传感器电路MPX53型硅压力传感器主要用于测量气体压力。
其外形及管脚定义如下图所示:3图2.2.1 外形管脚图该传感器测量的是腔体内外气体的压力差,其输出电压与压力的关系为近似线性。
MPX53的工作特性参数如下表所示:参数符号最小典型最大单位压力范围 Pop 0 - 50 Kpa供电电压 Vs - 3.0 6.0 Vdc供电电流 Io - 6.0 - mAdc 满量程输出* Vfss 45 60 90 mV 零位电压偏差* Voff 0 20 35 mV- 1.2 - mV/KPa ?V/?灵敏度P线性度 - -0.6 - 0.4 ,Vfss 压力迟滞(0~50Kpa) - -- ?0.1 - ,Vfss温度迟滞- - ?0.5 - ,Vfss (-40?~125?)满量程温度系数 TCVfss -0.22 - -0.16 ,Vfss/? 零位温度系数 TCVoff - ?15 - µV/?4TCR 0.31 - 0.37 ,电阻温度系数Zin/?输入阻抗 Zin 355 - 505 Ω输出阻抗 Zout 750 - 1800 Ω 响应时间(10,~90,) tR - 1.0 - ms注:?、零位电压偏差是指压力为零时的输出电压;、满量程输出为最大输出与最小输出电压之差。
图2.2.2是PS压力传感器的外围电路设计实例,图中用恒流源来驱动压力传感器。
图2.2.2 压力器硬件设计电路由于桥路失衡时的输出电压比较小,所以必须用运放IC1b和IC1C来进行放大。
图中VR1为偏置调整,VR2为压力灵敏度调整,5VR3为没有加压时输出电压调整,C1、C2用于去除噪声。
另外,如果电源电压波动的话,将引起输出电压的变化,所以必须给电路提供一个稳定的电源。
MPX53的电源部分做成可调,用于温度补偿。
输出采用差动放大,以去除共模干扰,1K电位器用于增益调节。
通常将增益调至100倍,根据上面参数,压力变化1Kpa,输出电压变化为120mV。
根据采样的输出电压,采用线性插值法可计算出实际压力值。
注:应在零压力时采样一次输出电压。
以后每次采样值应减去零位值,然后换算为压力。
2.2.2 模块的基本测试方法不加压时,测量VO+、V0-的电压V1,约为20mV,(0~35mV属正常),调节GAIN ADJ使输出电压VOUT放大100倍,即VOUT/V1=100;用手按压MPX53的探头,VOUT 输出应发生变化。
6第3章实验设计方案 3.1 实验流程图以下只对整个程序的流程做简单介绍:开始没有压力的情况下读取电压值有压力的情况下读取电压值两电压值相等吗,N电压差值转化成压力值数码管显示0101数码管显示当前压力图3.1.1 流程图73.2 算法描述数码管显示模块由四位共阴极LED数码管组成,用P1口进行位选,用CS273进行段选。
程序如下:Uchacodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; void display(uchar four,uchar three,uchar two,uchar one) {cs273=table[four];P1=0xfb;delay(1);cs273=table[three];P1=0xf7;delay(1);cs273=table[two];P1=0xef;delay(1);cs273=table[one];P1=0xdf;delay(1);}void delay(uint z) {uint x,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=10;y>0;y--); }83.3 A/D转化采用A/D0809,将压力传感器的输出电压输送到A/D0809的IN0端口进行模数转换,转换成的数字量通过P0口传送到8051单片机进行处理。
具体程序:void main(){uchar xdata *pt;uchar qy1,qy2;pt=0xcfa0;*pt=0;while(!eoc);qy1=*pt;while(1){*pt=0;while(!eoc);qy2=*pt;chuli(qy1,qy2);}}93.4电压--气压转化MPX53型硅压力传感器电压与气压之间关系曲线图如下图所示,压力与电压差的转化公式为qyz=((float)(x2-x1))*5.0/256.0*8.3+101 具体程序如下:void chuli(uchar x1,uchar x2) {uchar qyz;uchar x,y,z,w;if((x2-x1)==0){x=1;y=0;z=1;10w=0;}else{qyz=((float)(x2-x1))*5.0/256.0*8.3+101;x=qyz%10;y=qyz%100/10;z=qyz/100;w=qyz/1000;}}3.5 程序描述#include<reg51.h>#include<absacc.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar one,two,three,four; ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};#define AD_port XBYTE[0Xcfa0] #define cs273 XBYTE[0xcfb8] sbit eoc=P3^0;void chuli(uchar x1,uchar x2); void display(uchar four,uchar three,uchar two,uchar one);void delay(uint z);11void main(){uchar xdata *pt;uchar qy1,qy2;pt=0xcfa0;*pt=0;while(!eoc);qy1=*pt;while(1){*pt=0;while(!eoc);qy2=*pt;chuli(qy1,qy2);}}void chuli(uchar x1,uchar x2) {uchar qyz;uchar x,y,z,w;if((x2-x1)==0){x=1;y=0;z=1;w=0;12}else{qyz=((float)(x2-x1))*5.0/256.0*8.3+101;x=qyz%10;y=qyz%100/10;z=qyz/100;w=qyz/1000;}display(w,z,y,x); }void display(uchar four,uchar three,uchar two,uchar one) {cs273=table[four];P1=0xfb;delay(1);cs273=table[three];P1=0xf7;delay(1);cs273=table[two];P1=0xef;delay(1);cs273=table[one];P1=0xdf;delay(1);}13void delay(uint z){uint x,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=10;y>0;y--);}第4章元器件功能4.1 元器件E-LAB-MOBJ3多功能提供点压力传感器,以AT89S51芯片作为仿真的核心运行器件,A/D0809模数转换器,将压力传感器的模拟输出量转化成数字量送到单片机进行处理;74LS273用于输出,数码管用于显示压力值,导线连接电路。
序号元器件数量功能提供压力传感器部分 1 E-LAB-MOBJ3多功能 1主机部分运行程序 2 AT89S51芯片 1将压力传感器的模拟输模数转换A/D0809出量转化成数字量送到 3 1器单片机进行处理用于输出段选 4 74LS273 1数码管用于显示压力值 5 4导线连接电路 6 n图4.1.1 元器件功能表14第5章软件设计 5(1 软件设计思想采用汇编语言编写程序,直接将程序在PROTEUS中进行编译调试,然后在设计环境中单击AT89S51,加载程序,然后单击全速运行按钮,观察到“邵阳学院”从右至左不断循环显示。