傳感器課程設(shè)計(jì)-壓力傳感器

1、摘要壓力傳感器是工業(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

2、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。關(guān)鍵字：壓力、電信號(hào)一、 設(shè)計(jì)目的1二、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求12.1設(shè)計(jì)任務(wù)12.2設(shè)計(jì)要求1三、設(shè)計(jì)步驟及原理分析13.1設(shè)計(jì)方法13.2設(shè)計(jì)步驟23.3設(shè)計(jì)原理分析 10四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì)11五、 參考文獻(xiàn)12一、設(shè)計(jì)目的1. 培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)職業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、職業(yè)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和職業(yè)技能 提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力從而達(dá)到鞏固、深化所學(xué)的知識(shí)與技能；2. 培養(yǎng)建

3、立正確的科學(xué)思想培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)作風(fēng)二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2.1設(shè)計(jì)任務(wù)1系統(tǒng)地掌握控制器的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程相關(guān)的電子技術(shù)和傳感器技術(shù)等 進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)和功能的描述；2.進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 的論證和總體設(shè)計(jì)；3.從全局考慮完成硬件和軟件資源分配和 規(guī)劃分別進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)；4.進(jìn)行硬件調(diào)試軟件調(diào)試和軟硬件的聯(lián)調(diào)2.2設(shè)計(jì)要求本設(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。三、設(shè)計(jì)步驟及原理分析3.

4、1設(shè)計(jì)方法1.原理框圖設(shè)計(jì)2.硬件設(shè)計(jì)3. 軟件設(shè)計(jì)4.顯示電路設(shè)計(jì)壓力傳感器電信號(hào)測(cè)量A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)圖1-1壓力計(jì)原理方框圖3.2設(shè)計(jì)步驟LED顯示屏圖2-1數(shù)字壓力計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖3.2.1硬件電路的設(shè)計(jì)3.2.2傳感器的選擇力學(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

5、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 PROTEU中沒(méi)有傳感器，因此用一個(gè)范圍為75150分壓電路代替?zhèn)鞲衅鞯妮敵鲭娏鳎?的仿真得以進(jìn)行。（滑動(dòng)變阻器）323 傳感器接口電路設(shè)計(jì)MPX4115內(nèi)部原理圖如圖2-2所示：oiii3.3.4單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)為AT89C5係列芯片，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

6、最小系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)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356I8910111415Id1718IP2011.0592M/12M二17K1P1 0VCCPl 1P0 0PI 2P0.1P1 3P0.2P1 4P0.3P1 5P0.4P1 6P0 5P1 7P0.6RST/VPDP3.0/RXDC EA/VPPP3J/TXDACE/PRQG-.P3.2/INTGPSENP3.3/INT1P2.7P3.4/T0P2.6P15/T1PZ5P3.6/WPZ4P3.7/RDP2.3XTAL2P2.2yTALlP2JGNDP2.0A

7、TS9C51F1 1403?3837363533312k二T程序如廠 二部r(jm3 弄始抉fF 24 EA-0程. ll. j-4?，卜部ROM開(kāi)335數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模/ 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)行 A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是 ADC0809的簡(jiǎn)化版本，功能基本相同。一 般在硬件仿真時(shí)采用 ADC0808進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用時(shí)采用 ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0808是CMO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

8、鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換引腳功能（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2628 （INOIN7）: 8路模擬量輸入端。& 14、15和1721: 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

9、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( CL&:時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ12(VREF(+)和16 (VREF(-):參考電壓輸入端11 (Vcc):主電源輸入端。13 (GND：地。2325 (ADDA ADDB ADD) 3位地址輸入線，用于選通 8路 模擬輸入中的一路地址碼衛(wèi)!對(duì)應(yīng)的輸入通道心23 (ADD A)p24(ADDB)25(ADD CO+jINOd00UINk510中INNhIN3占1護(hù)10心0IN4hsIpIN矢1 jIN6中4IN”輸出端注意：out7為最低位-out0為最高位，out7-out0分別接

10、單片機(jī)的P0.012到P0.7端345顯示電路設(shè)計(jì)U1 - ia18XTAL1XTAL2RSTPO.OJtADOPQ.1MD1P0.2/AD2P0.3/AD3PO 4/AD4P0.5/AD5P0.S/AD5P0.7ZAD7第g pog )38P01337P0243EPD35陽(yáng)PD4E34毋7盹POTgR201kQ TEXTPSbN ale EAP2Q/A8P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3I/A11 P2 47A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P101P112P123P134P145P15GP167P17P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.

11、7P3OJRXDP3.1/TOP3.2JNT0P3.3flNTTP3.4H0P35/T1P3E脛P3.7W14P34 |5 30CP20 RESP/,ATS9C515TEXT :單片機(jī)AT89C517SEG-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則對(duì)應(yīng)單P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17, 1 2 3 4片機(jī)的 P20 P21 P22 P23LED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, 0

12、x6f,3.4.6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。C51 .1ODIuf12-U4VoutGND VinC63/klOuf+ J5V!MC78L05本次設(shè)計(jì)電路中的電源均采用直流+5V驅(qū)動(dòng)。3.4.7設(shè)計(jì)原理及其分析系統(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、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì)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

13、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。ii機(jī)單機(jī)J五.參考文獻(xiàn)1.51單片機(jī)原理及應(yīng)用一基于 Keil C 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)用一基于 Proteus仿真姜志 海 趙艷雷 陳松 電子工業(yè)出版社。3.傳感器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)張春主編國(guó)防工業(yè)出版社4傳感器原理與檢測(cè)技術(shù)錢(qián)顯毅主編機(jī)械工業(yè)出版社制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究PV8/A內(nèi)嵌EEPROM 的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響 制的研究研制）調(diào)節(jié)器/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)采集與處理技術(shù)的研究統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)應(yīng)計(jì)與研究系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)P研究與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用基基于于（微實(shí)持控制面板的研制式濁度儀的研制線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究與研究研制應(yīng)用系統(tǒng)的研制計(jì)號(hào)檢研究站研究究與實(shí)現(xiàn)開(kāi)究探研研究