传感器课程设计压力计的设计论文.docx
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传感器课程设计压力计的设计论文
1、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
LED显示屏
压力
传感器
电信号测量
单片机
A/D转换
①②③④⑤⑥
图1-1压力计原理方框图
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
MPX4115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：
2.4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。
ADC0808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）。
9（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
单片机AT89C51
7SEG-MPX4-CC
LED的ABCDEFGDP引脚接对应的单片机上的P10P11P12P13P14P15P16P17,1234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+5V
3、软件部分的设计
3.1程序代码
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
ucharcodetable[]
={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（;c>0;c--）
for（b=142;b>0;b--）
for（a=2;a>0;a--）;
}
voidfun1（uinti）//AD转换及数据处理子程序
{
uintP;
externuintPP;//定义全局变量PP
START=1;
START=0;
while（i>0）//fun1只执行i次
{
if（i>0）
{
OE=1;//转换结束输出使能
P=P0;//AD转换结果赋给P
P=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1ms
P2=0xfd;//十位位选
P1=table[P/10%10];//十位段选
delay（1000）;//十位显示延时约1ms
P2=0xfb;//百位位选
P1=table[P/100%10];//百位段选
delay（1000）;//百位显示延时约1ms
if（P>176）ONOFF=1;//打开放气阀
if（P<64）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
START=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
四、仿真及结果
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。
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。
6、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
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