開(kāi)題報(bào)告：基于單片機(jī)的壓力檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于單片機(jī)的壓力檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 題目要求：（包括主要技術(shù)參數(shù)）本課題是基于單片機(jī)的壓力的測(cè)量與顯示系統(tǒng)。要求通過(guò)壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)放大，送至8位A/D轉(zhuǎn)換器，然后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)單片機(jī)轉(zhuǎn)換成LED顯示器可以識(shí)別的信息，最后顯示輸出。而在顯示的過(guò)程中通過(guò)鍵盤，向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入各種數(shù)據(jù)和命令，讓單片機(jī)系統(tǒng)處于預(yù)定的功能狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示需要的值。且要求系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。主要技術(shù)參數(shù)為：量程：0500kg 綜合精度：±0.25%kg 響應(yīng)時(shí)間：10ms本課題研究的目的與意義：在煤炭工業(yè)、制藥、冶

2、金、制造、鋼鐵、供水、化工等行業(yè)中，壓力是生產(chǎn)過(guò)程中的重要參數(shù)之一。并且隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，工廠大多增加自動(dòng)化生產(chǎn)線，提供生產(chǎn)效率，降低成本，以提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)的應(yīng)用，而對(duì)于壓力檢測(cè)或控制是保證生產(chǎn)和設(shè)備安全運(yùn)行必不可少的條件。所以壓力檢測(cè)技術(shù)的改進(jìn)與發(fā)展歷來(lái)受到眾多行業(yè)的高度重視。傳統(tǒng)的傳感器大都采用手工操作，特別是壓力傳感器，基本都是手動(dòng)油壓或氣壓標(biāo)定。鑒于此，選擇壓力傳感器作為前端檢測(cè)元件，以單片機(jī)作為檢測(cè)儀的新型的，成本低廉的，使用方便的壓力檢測(cè)系統(tǒng)的研制，則顯得十分有意義，以期克服原有檢測(cè)儀的不足。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀: 二十世紀(jì)80年代中后期，隨著集成電路、微型計(jì)算機(jī)及軟

3、件技術(shù)的發(fā)展，在智能儀器的基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了虛擬儀器，它們都含有計(jì)算機(jī)，但在性能特點(diǎn)上又有新的飛躍，使壓力信號(hào)采集與控制、信號(hào)分析與處理和結(jié)果的表達(dá)輸出全部由計(jì)算機(jī)完成?，F(xiàn)在通信從原來(lái)的模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)了到數(shù)字技術(shù)轉(zhuǎn)變，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使異地實(shí)時(shí)測(cè)量成為現(xiàn)實(shí)。 當(dāng)前世界發(fā)達(dá)國(guó)家都高度重視和支持儀器儀表的發(fā)展，美國(guó)國(guó)家長(zhǎng)期安全和經(jīng)濟(jì)繁榮至關(guān)重要的22項(xiàng)技術(shù)中有6項(xiàng)與傳感器信息處理技術(shù)直接相關(guān)，日本科學(xué)技術(shù)廳把測(cè)量傳感器技術(shù)列為21世紀(jì)首位發(fā)展的技術(shù)，德國(guó)大面積推廣應(yīng)用自動(dòng)化測(cè)控儀器系統(tǒng)，20世紀(jì)90年代6年就增加了350的市場(chǎng)，保證了勞動(dòng)生產(chǎn)率增長(zhǎng)19，歐共體制定第三個(gè)科技發(fā)展總體規(guī)劃，將測(cè)量和檢

4、測(cè)技術(shù)列為15個(gè)專項(xiàng)之一。目前，美國(guó)Paroscientific公司、DH公司、Mensor公司、英國(guó)Druck公司都推出了準(zhǔn)確度不低于OOIFS年穩(wěn)定性為001FS的具有雙向通訊和模擬數(shù)字輸出功能的高精度數(shù)字化儀表。 國(guó)內(nèi)自動(dòng)礦山壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)起步較晚，但發(fā)展迅速。60年代停留在多點(diǎn)巡回檢測(cè)階段，從70年代開(kāi)始研制以小型計(jì)算機(jī)為中心的數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)，自80年代起，由于微型計(jì)算機(jī)在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)得到逐步提高。目前，我國(guó)雖也在研制智能儀表(儀器)，但是很多都是引進(jìn)國(guó)外現(xiàn)有設(shè)備，軟件上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)應(yīng)用。在壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展方面，其壓力傳感器技術(shù)、信號(hào)調(diào)理技術(shù)、高速數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處

5、技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，而且動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)，總線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在壓力測(cè)試和控制中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。新型的智能傳感器，可以把敏感元件、信號(hào)調(diào)理、AD轉(zhuǎn)換、微處理器、通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線或網(wǎng)絡(luò)傳送給主計(jì)算機(jī)。雖然我國(guó)的壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)起步晚，總體來(lái)說(shuō)還落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。但是矩形雙島膜結(jié)構(gòu)的6000Pa量程微壓傳感器，其性能指標(biāo)有了很大提高，如非線性為5×10qFS，滯后、重復(fù)性均小于5×10qFS，分辨率優(yōu)于20Pa，過(guò)壓保護(hù)范圍大于20倍量程。對(duì)量程為lOOkPa的壓力傳感器，非線性、滯后、重復(fù)性均優(yōu)于5xlOFS。硅一蘭寶石、高溫硅壓力傳感器的工作溫度分別達(dá)到一50,-,300。C和0&

6、quot;-'400。壓敏器件的可靠性已達(dá)到較好水平。元器件的品種增多，測(cè)壓范圍已拓展，已有微壓、表壓、高壓、絕對(duì)壓力、差壓等力敏元件及其配套儀表問(wèn)世。因此隨著我國(guó)傳感器技術(shù)等各方面技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)的壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也將會(huì)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。擬采取的研究路線：第一步：將根據(jù)本設(shè)計(jì)的研究目的，調(diào)查文獻(xiàn)來(lái)獲得資料，從而全面的、正確的了解掌握所要研究的問(wèn)題。系統(tǒng)的掌握控制器的開(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，完成設(shè)計(jì)任務(wù)和功能的描述。第二步：研究文獻(xiàn)后結(jié)合本課題的研究目的，提出設(shè)計(jì)方案，借助計(jì)算機(jī)和各種方法技術(shù)，減少或消除各種可能影響結(jié)果的無(wú)關(guān)因素的干擾。完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的論證和總體設(shè)

7、計(jì)。第三步：以自己的感官和輔助工具去直接觀察和分析系統(tǒng)需求，從全局考慮，完成硬件和軟件資源分配和規(guī)劃，分別完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。第四步：利用C語(yǔ)言編寫軟件程序，用仿真軟件繪制電路圖，完成硬件測(cè)試，軟件調(diào)試和軟硬件的聯(lián)調(diào)。第五步：實(shí)物制作。進(jìn)度安排：第 1 2 周：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和圖書(shū)館，進(jìn)行資料查詢與下載，整理出所需文獻(xiàn)。第 3 4 周：查閱文獻(xiàn)，理清研究思路，書(shū)寫開(kāi)題報(bào)告。第 5 8 周：設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件和軟件。第 912周: 深入研究課題內(nèi)容，完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件調(diào)試。第 1 3周: 進(jìn)一步完善實(shí)物。第 1415周：做研究總結(jié)，撰寫論文。第 1 6周：準(zhǔn)備論文答辯文獻(xiàn)綜述：基于單片機(jī)的壓

8、力檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 前言壓力是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要參數(shù)之一。壓力的檢測(cè)或控制是保證生產(chǎn)和設(shè)備安全運(yùn)行必不可少的條件。實(shí)現(xiàn)智能化壓力檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)工業(yè)過(guò)程的控制具有非常重要的意義。本設(shè)計(jì)主要通過(guò)單片機(jī)及專用芯片對(duì)傳感器所測(cè)得的模擬信號(hào)進(jìn)行處理,使其完成智能化功能。2.主題：本課題是基于單片機(jī)的壓力的測(cè)量與顯示系統(tǒng)。要求通過(guò)壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大后送至A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后發(fā)往單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并發(fā)往 LED顯示。而在顯示過(guò)程中可以通過(guò)鍵盤，向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入各種數(shù)據(jù)和命令，讓單片機(jī)系統(tǒng)處于預(yù)定的功能狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示需要的值。可見(jiàn)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)應(yīng)該包括：傳感器模塊、放大器模

9、塊、A/D采集模塊、單片機(jī)模塊、按鍵模塊和顯示模塊。2.1傳感器模塊選擇：壓力傳感器是壓力檢測(cè)系統(tǒng)中的重要組成部分，由各種壓力敏感元件將被測(cè)壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成容易測(cè)量的電信號(hào)作輸出。力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(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等?！?】 而電阻應(yīng)變式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、使用方便、性能穩(wěn)定、可靠、靈敏度高、適合靜態(tài)及動(dòng)態(tài)測(cè)量、測(cè)量精度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此是目前應(yīng)用最廣泛的傳感器之一。電阻應(yīng)變式傳感器由彈性元件和電阻應(yīng)變片構(gòu)成，當(dāng)彈性元件感受到物理量時(shí)，其表面產(chǎn)生應(yīng)變，粘貼在彈性元件表面的電阻

10、應(yīng)變片的電阻值將隨著彈性元件的應(yīng)變而相應(yīng)變化。通過(guò)測(cè)量電阻應(yīng)變片的電阻值變化，可以用來(lái)測(cè)量位移加速度、力、力矩、壓力等各種參數(shù)。 測(cè)量電路：應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變是通過(guò)敏感柵的電阻相對(duì)變化而得到的。電阻相對(duì)變化很小，用一般測(cè)量電阻的儀表很難直接測(cè)出來(lái)，所以必須用專門的電路測(cè)量這種微弱的電阻變化。最常用的電路為直流和交流電橋電路?！?】2.2 放大器的選擇 被測(cè)的非電量經(jīng)傳感器得到的電信號(hào)幅度很小，無(wú)法進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，必須對(duì)這些模擬電信號(hào)進(jìn)行放大處理【3】。為使電路簡(jiǎn)單便于調(diào)試，本設(shè)計(jì)采用三運(yùn)算放大器，因?yàn)樵诰哂休^大共模電壓的條件下，儀表放大器能夠?qū)芪⑷醯牟罘蛛妷盒盘?hào)進(jìn)行放大，并且

11、具有很高的輸入阻抗。這些特性使其受到眾多應(yīng)用的歡迎，廣泛用于測(cè)量壓力和溫度的應(yīng)變儀電橋接口、熱電耦溫度檢測(cè)和各種低邊、高邊電流檢測(cè)。2.2 A/D轉(zhuǎn)換器選擇A/D轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。本次設(shè)計(jì)的中A/D轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將放大器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進(jìn)行輸出。  串行和并行接口模式是A/D轉(zhuǎn)換器諸多分類中的一種，但卻是應(yīng)用中器件選擇的一個(gè)重要指標(biāo)。在同樣的轉(zhuǎn)換分辨率及轉(zhuǎn)換速度的前提下，不同的接口方式會(huì)對(duì)電路結(jié)構(gòu)及采用周期產(chǎn)生影響?！?】對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的選擇我們通過(guò)比較ADC0809和ADC0832來(lái)決定。這兩個(gè)轉(zhuǎn)換器都是常見(jiàn)的A/D轉(zhuǎn)換器，其中ADC0809的

12、并行接口A/D轉(zhuǎn)換器，ADC0832是串行接口A/D轉(zhuǎn)換器。我們所做的設(shè)計(jì)選擇ADC0832，A/D轉(zhuǎn)換在單片機(jī)接口中應(yīng)用廣泛 ,串行 A/D轉(zhuǎn)換器具有功耗低、性價(jià)比較高、芯片引腳少等特點(diǎn)。24控制器選擇控制器選擇AT89C51單片機(jī)。目前國(guó)外使用較多的微控制器是以51內(nèi)核拓展出的單片機(jī)【5】，51單片機(jī)的使用已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)很高的層次，編程多以c語(yǔ)言為主，操作簡(jiǎn)單，用途廣泛，易于控制。AT89C51片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（），有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程

13、定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2 個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。 2.5 LED顯示電路 在應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，接口簡(jiǎn)單易行。 LED數(shù)碼管是由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。LED數(shù)碼管按電路中的連接方式可以分為共陰型和共陽(yáng)型兩大類LED數(shù)碼管編碼方式： 當(dāng)LED數(shù)碼管與單片機(jī)相聯(lián)時(shí)，一般將LE

14、D數(shù)碼管的各筆段引腳a、b、g、Dp按某一順序接到AT89C51型單片機(jī)某一個(gè)并行I/O口D0、D1、D7，當(dāng)該I/O口輸出某一特定數(shù)據(jù)時(shí)，就能使LED數(shù)碼管顯示出某個(gè)字符。例如要使共陽(yáng)極LED數(shù)碼管顯示“0”，則a、b、c、d、e、f各筆段引腳為低電平，g和Dp為高電平?！?-8】2.6 鍵盤 鍵盤是單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的常用輸入設(shè)備。操作員通過(guò)鍵盤，向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入各種數(shù)據(jù)和命令，亦可通過(guò)使用鍵盤，讓單片機(jī)系統(tǒng)處于預(yù)定的功能狀態(tài)。鍵盤按照其內(nèi)部不同電路結(jié)構(gòu)，可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤二種【9-10】。編碼鍵盤本身除了帶有普通按鍵之外，還包括產(chǎn)生鍵碼的硬件電路。使用時(shí)，

15、只要按下編碼鍵盤的某一個(gè)鍵，硬件邏輯會(huì)自動(dòng)提供被按下的鍵的鍵碼，使用十分方便，但價(jià)格較貴。由非編碼鍵盤組成的簡(jiǎn)單硬件電路，僅提供各個(gè)鍵被按下的信息，其他工作由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于價(jià)格便宜，而且使用靈活，因此廣泛應(yīng)用在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中。總結(jié)：綜上所述，整個(gè)系統(tǒng)選用AT89C51作為主控制器，應(yīng)用電阻應(yīng)變式傳感器配以電橋電路采集壓力參數(shù)，然后通過(guò)三運(yùn)算放大器將采集到的微弱信號(hào)放大，并傳送給ADC0832轉(zhuǎn)換器件，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后發(fā)送給單片機(jī)，51單片機(jī)將信息分析處理后發(fā)往LED數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)選用非編碼鍵盤，可在顯示數(shù)據(jù)的同時(shí)向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入各種數(shù)據(jù)和命令。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、成

16、本低，可實(shí)現(xiàn)性高。參考文獻(xiàn)：1楊帆.傳感器技術(shù)M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社.20082安盼龍,趙瑞娟.電阻應(yīng)變式傳感器的研究D物理與工程.20103張靖,劉少?gòu)?qiáng).檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)M 北京：中國(guó)電力出版社 2002 4朱彩霞.基于AT89C51單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換電路的研究J淮陰工學(xué)院學(xué)報(bào).2011.015 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M 北京：清華大學(xué)出版社 19966 宮賢令主編.自動(dòng)顯示技術(shù).北京:冶金工業(yè)出版社,1989.17.7何利民編著.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京M:北京航天航空大學(xué)出版社,19948 Yongxian Song ,Yuan Feng, Juanli Ma ,Xianjin Zhang