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1、单片机课设论文 xxl 修改后辽 宁 工 业 大 学单片机原理及接口技术 课程设计（论文）题目： 矿用多路压力测量仪 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 测控 092班 学 号： 090301039 学生姓名： 许宪龙 指导教师： 起止时间： 2012.6.18-2012.6.29 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：测控技术与仪器学 号090301039学生姓名许宪龙专业班级测控092设计题目矿用多路压力测量仪课程设计（论文）任务设计任务： 液压支架是煤矿综采设备的重要组成部分。它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板，最大限度保障煤矿工人的生命安全。要求设计一个监测液

2、压支架承受压力的多路压力测量仪，具有以下功能：1、可以同时检测4路压力信号；2、能将最大压力信号显示在3位数码管上；3、若超过允许压力预设值，则声光报警；设计要求：1、分析系统功能，尽可能降低成本，选择合适的单片机、数码管显示方式、压力传感器等；2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。技术参数：1、 压力检测范围：060Mpa2、 精度控制在1.5%；3、 压力预设值：45Mpa；工作计划1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。（2天，分散完成）2、选择

3、单片机、传感器等元器件型号。（1天，实验室完成）3、绘制硬件电路图。（1天，实验室完成）4、按系统的控制要求，编写软件程序。（3天，分散2天，实验室1天）5、上机调试、修改程序、答辩。（2天，实验室完成）6、撰写、打印设计说明书（1天，分散完成）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 指导教师签字： 总成绩： 年 月 日注：成绩：平时40% 论文质量40% 答辩20% 以百分制计摘 要介绍了一种基于AT89S52单片机的矿用多路压力测量仪，该测量仪器选用电阻应变片式压力传感器，并介绍了压力信号经压力传感器采样后进入A/D转换转变为数字信号后进入单片机分析处理，存储，显示，报警等功能，该测

4、量仪器能对四路压力信号同时检测，经单片机对信号做比较处理输出最大压力值，并且可以人为键盘输入预设值，该矿用压力测量仪具有低电压，低功耗，精度高，安装方便等特点，用于矿用系统配套以及煤矿液压支持监测系统的压力信号采集处理。 关键词：单片机；模数转换器；压力传感器；报警；数码管显示目 录第一章 绪论 1第二章 设计方案及器件选择 22.1 系统组成总体结构 22.2 压力传感器的选择 22.3 A/D 转换器的选择 42.4 单片机的选择 5第三章 硬件设计 73.1 单片机与A/D转换器的连接 73.2 时钟复位电路 73.3 数码管显示电路 83.4 报警模块 93.5 键盘电路 93.6 电

5、源电路 10第四章 软件设计流程图 124.1 软件主流程图 124.2 数据采集子程序流程图 12第五章 误差分析及参数计算 145.1 应变片系统误差影响 145.2 电阻应变片传感器输出特性分析 14第六章 课程设计总结 16参考文献 17附录 18附录 19附录 21第一章 绪论采煤工作面支护设备是支撑和维护采煤工作面控顶区顶板，为采煤创造安全作业空间的设备，液压支架是其重要组成部分，它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机。它与采煤机配套使用，实现采煤综合机械化，解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提高采煤和运输

6、设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人的生命安全。在我国煤炭行业中，综合化机械采煤技术已经得到了广泛的应用，大量的机械化设备应用到采煤工作中，如采煤机、刮板输送机、液压支架等。工作面液压支架的支护问题一直是围绕煤矿生产安全和提高工作效率的重要问题。液压支架是煤矿工作面生产的关键设备之一，它担负着控制管理顶板、维护正常工作空间、保护人员设备的重要任务。及时、准确地掌握工作面液压支架顶板的压力情况，可以及时、有效地采取安全防范措施，保障工作面人员和设备的安全。现设计一个监测液压支架承受压力的多路压力测量仪，具有以下功能：1、可以同时检测4路压力信号；2、能将最大压力信号显示在3位

7、数码管上；3、若超过允许压力预设值，则报警；第二章 设计方案及器件选择2.1 系统组成总体结构图2.1 总体设计方案框图液压支架压力监测系统是以单片机为核心的系统，本系统将其分为几个模块设计。整个系统主要分为以下几大模块：压力检测模块、A/D转换模块、单片机、数码管显示模块、报警模块、人为预设值模块等。2.2 压力传感器的选择方案1：KGY50压力变送器有抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递作用，被测介质直接作用在测量膜片上，故测量压力比较稳定。压敏电阻被印刷在陶瓷膜片的背面连接成惠斯登电桥。压力加在测量膜片上，使膜片产生稍小的变形，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥输出一个与压力成正比的电压信号

8、，这个信号经放大、电压与电流的变换后转换成标准的电流信号输出。方案2：DY-03矿用压力变送器为全不锈钢一体化设计，具有低电压，低功耗，精度高，安装方便等特点，其测量范围为0-100MP并且其输出信号为电压信号无需放大可直接进入A/D对信号采集，广泛应用于矿用检测系统配套以及煤矿液压支架监测系统的压力信号采集。本设计中要求传感器检测支架立柱缸内的液压力，插入支柱测压孔中实时监测支架的支护状态，向系统提供控制过程的重要参数。本系统选用型号为DY-03矿用压力变送器图3.1传感器实物图2.2 传感器实物表2.1传感器技术参数量程0100MPa;输出信号0.252.25V; 05V供电电源35VDC

9、; 712VDC耗电电流1.5mA静态精度0.25%FS; 0.5%FS;过载200%稳定性0.25%/年温度使用范围-2080温漂0.15%FS/10耐压500VAC绝缘电阻100M(500VDC)材质不锈钢测量介质与不锈钢兼容的气体和液体压力接口快速接头KJ10、DN10电气连接煤矿专用信号电缆6米（外置）；直引线0.3米防护等级IP672.3 A/D 转换器的选择图3.2 A/D引脚图因条件所限以及根据课设要在此仅在ADC 0809与ADC0804之间确定方案方案1：ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型单通道摸数转换芯片。分辨率8位，转换时间100s，输入电压范围为0-5V

10、，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为 5V。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上，无须附加逻辑接口电路。使用A/D转换器时，为保证其转换精度，要求输入电压满量程使用。如输入电压动态范围较小，则可调节参考电压 ，以保证小信号输入时ADC0804芯片8位的转换精度。0804即可以外接RC产生时钟也可以外接时钟0804是单通道，采集差分信号比较方便方案2： ADC0809 8通道8位A/D转换器,ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。ADC08

11、09由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。本课题应用于矿山现场，需要考虑到许多的环境因素，虽然理论上ADC0804也能满足，但本课题要求同时检测4路压力信号，误差的产生是不可避免的，一旦产生误差，那么ADC0804就很难满足要求了。通过以上的介绍进行综合分析，本设计选择8位AD转换器件ADC0809作为系统的模数转换器件。2.4 单片机的选择图3.3 单片机引脚图方案1：

12、 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C51是它的一种精简版本，此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两中软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯

13、片功能，直到下一个硬件复位为止。方案2：AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除10000次以上，使用Atmel 公司高密度非亦失性存储技术制造，与工业89C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O口线，看门狗定时器，2 个数据指

14、针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。本课题要求同时检测四路压力信号并对此压力信号进行实时处理，而且要求在3段数码管显示，并有报警功能现场的数据采集量较大以及环境等因素不稳定故本课题选用AT89S52单片机进行开发。第三章 硬件设计 3.1 单片机与A/D转换器的连接图3.1 A/D与单片机

15、连接采用三总线方式与单片机连接时，ADC0809具有外部地址，按照图3.1 的连接方式，ADC0809的地址为7F00H，单片机可以通过直接访问地址的形式访问ADC0809。ADC0809采用直接方式与单片机连接后，单片机可以通过对I/O口的控制实现对A/D转换器的启动、查询和读数操作。3.2 时钟复位电路AT89S52单片机中RESET引脚为复位引脚，在振荡器运行的情况下，要实现复位操作，必须使RESTE引脚至少保持两个机器周期的高电平。键电平复位(是复位端口通过电阻与Vcc相连，来达到复位的目的。单片机运行需要时钟支持就像计算机的CPU一样，如果没有时钟电路来产生时钟驱动单片机，那单片机就

16、不能执行程序 以51单片机为例： 51单片机为2个时钟周期执行1条指令。也就是说单片机运行1条指令，必须要用2个时钟周期。没有这个时钟，单片机就跑不起来了，也没有办法定时和进行和时间有关的操作。 。图3.3系统时钟电路图3.2 按键式复位电路3.3 数码管显示电路图3.4 数码管显示电路由单片机输出数码管显示信号后经驱动电路进入数码管显示当前最大的压力值，从原理图可以看出，数码管的段码a,b,c,d,e,f,g,dp分别与单片机的P0.0P0.7相连，控制数码管中显示的字形；数码管的位选通由3个PNP三极管控制，分别接到单片机的P2.4、P2.5、P2.6端口上，程序中通过控制P2.4P2.6

17、端口的输出电平就可以控制数码管的显示与关闭。如P2.4输出低电平时，三极管T1导通，+5V电源加到第一个数码管的K端，那么第一个数码管DG1就会显示出相应的数字，显示的数字由单片机P0.0P0.7输出段码决定，当P2.4输出高电平时，三极管T1截止，数码管DG1就不显示，从而实现数码管位选通控制。同理，当P2.5输出低电平时，则数码管DG2显示，当P2.6输出低电平时，则数码管DG3显示3.4 报警模块若单片机采集到的信号大于认为的预设压力值则CUP启动高级优先级中断进入报警状态使P2.3输出低电平，当P2.3为低电平时，二极管点亮,PNP导通，蜂鸣器发出报警。当液压支架压力监测系统采集到的压

18、力数值超过报警限值时，报警电路会进行声光报警。图3.5报警电路3.5 键盘电路上图中列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按钮没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。具体的识别及编程办法如下所述。矩阵式键盘的按钮识别办法 确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法”。行扫描法 行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按钮识别办法，如上图所示键盘，介绍过程如下。判断键盘中有无键按下 将全部行线置低电平，然后

19、检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按钮之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。 判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其办法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按钮就是闭合的按钮。 图3.6键盘电路3.6 电源电路由于实际现场用220V或380V电源供电，而设计中用到的芯片大多工作电压为5V,因此需要将220V或380V交流电变换为5V直流电。具体实

20、现电路如下：图3.7电源电路第四章 软件设计流程图4.1 软件主流程图软件设计由C51语言开发完成，有系统初始化程序、控制子程序、报警子程序、数据采集子程序、和键盘子程序。系统主程序主要完成每个子程序模块的调用，使每个子程序有效的结合起来。图4.1 主程序框图4.2 数据采集子程序流程图 数据采集子程序是整个软件系统的核心，主要实现三种功能：第一：从传感器处获得压力信息；第二：通过A/D转换器将模拟信号转变为数字信号；第三：将数据向单片机发送；一次调用数据采集子程序即将压力的采样。在一段时间以后或者有按键按下的时候进行下一次的数据采集。数据采集子程序流程图如图4.2NYNY图4.2 子程序框图

21、第五章 误差分析及参数计算5.1 应变片系统误差影响1.电阻温度系数的影响 Rt=R0 （ 1+ 0 t ） (5 - 1)式中 : Rt 温度为t 时的电阻值 ; R0 温度为t 0时的电阻值 ; 0 金属丝的电阻温度系数 ; t 温度变化值 , t=t t0 。 当温度变化 t 时 , 电阻丝电阻的变化值为 Rt=Rt- R0= R0 0 t （5 - 2） 2试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响 设电阻丝和试件在温度为 0 时的长度均为 L0 ，它们的线膨胀系数分别为 s 和 g, 若两者不粘贴 , 则它们的长度分别为 Ls= L0（ 1+ s t ） （5 - 3）Lg= L0（ 1

22、+ g t ） （5 - 4） 当二者粘贴在一起时 , 电阻丝产生的附加变形 L, 附加应变和附加电阻变化 R 分别为 L= Lg - Ls = （ g- s ） L0 t （5 - 5） = L0= （ g- s ） t （5 - 6） R = K0 R0 = K0 R0( g- s) t （5 - 7）因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化量 , 除了与环境温度有关外 , 还与应变片自身的性能参数（ K0 ， 0 ， s ）以及被测试件线膨胀系数 g 有关。 5.2 电阻应变片传感器输出特性分析（5 - 8）由测量电路可知（）时输出电压：接入应变计后的输出特性：设电桥初始平衡，四臂工作，

23、各臂应变计电阻变化分别为、，代入上式得输出电压变化（5 - 9） 实际我们通常采用全等臂电桥，R1=R2=R3=R4=R,，则（5 - 10）当考虑，上式可表示为（5 - 11）（5 - 12）当在单臂工作情况下，R1为工作应变计，R2为补偿应变计，R3，R4为平衡固定电阻，则 而此时的输出灵敏度为（5 - 13）第六章 课程设计总结 通过本次课程设计题目完成液压支架支撑和控制工作面的顶板，最大限度保障煤矿工人的生命安全。设计一个监测液压支架承受压力的多路压力测量仪可以同时检测4路压力信号；能将最大压力信号显示在3位数码管上；若超过允许压力预设值，则声光报警；本设计中应用AT89S52性能开发

24、编程以达到同时检测4路压力信号并比较这四路信号的大小关系在LED数码管上显示出最大得压力值，若检测到的压力值大于认为预设的压力值，则启动最高级中断启动报警装置从而达到了检测、显示、报警的功能。在本设计中采用DY-03型号传感器采集四路压力信号输出电压量经A/D模数转换后采集压力信号送入单片机对压力信号进行实时监测，有相应的程序对其信号进行处理以达到要求，本设计中加入人为键盘预设压力可以随时改变压力的上限值，并将其压力值显示在三段数码管上本设计能够对四路压力信号自动检测、完成显示和调节，能够最大程度保护矿工人员的生命安全参考文献1 梅凤丽,王艳秋,汪毓铎,任国臣.单片机原理及接口技术（第三版）M

25、.清华大学出版社,北京交通大学出版社,2009.2 宋文绪,杨帆传感.器与检测技术（第二版M.高等教育出版社 .20093 戴绍诚.高产高效综合机械化采煤技术与装备M. 北京煤炭工业出版社 .20024 张国雄，李醒飞.测控电路（第四版）M.机械工业出版社.2011-95 王幸之.AT89系列单片机原理与接口技术M .北京航空航天大学出版社. 20046 何钦铭，颜晖.C语言程序设计M.高等教育出版社.20097 XX文库8 豆丁网9 附录附录#include #include unsigned char code displaybit=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xd

26、f,0xbf,0x7f;unsigned char code displaycode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00;unsigned char code dotcode32=0,3,6,9,12,16,19,22,25,28,31,34,38,41,44,48,50,53,56,59,63,66,69,72,75,78,81,84,88,91,94,97;sbit SDA=P16;sbit SCL=P17;unsigned char displaybuff

27、er8=0,1,2,3,4,5,6,7;unsigned char eepromdata8;unsigned char temperdata2;unsigned char timecount;unsigned char displaycount;bit secondflag=0;unsigned char secondcount=0;unsigned char retn;unsigned int result;unsigned char x;unsigned int k;unsigned int ks;void delay(void);void delay10ms(void);void i_s

28、tart(void);void i_stop(void);void i_init(void);void i_ack(void);bit i_clock(void);bit i_send(unsigned char i_data);unsigned char i_receive(void);bit start_temperature_T(void);bit read_temperature_T(unsigned char *p);void delay(void)_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();void delay10ms(void)unsigned int i;for(i=0;i1000;i+)delay();void i_start(void)SCL=1;delay();SDA=0;delay();SCL=0;delay();附录#include#include#include#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define ADC0832CH0 channel;/*定义变量区*sbit clk_adc0832=P36; /定义各个控制引脚sbit cs_adc0832=P20;sbit di_adc0832=P37;sbit