一種基于單片機(jī)的壓力檢測(cè)系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一種基于單片機(jī)的壓力檢測(cè)系統(tǒng)【摘要】壓力傳感器是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)最常用的傳感器之一，被廣泛的應(yīng)用于航空航天、石油化工，汽車制造等領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)-f'ff,h傳感器的需求量越來(lái)越大。要蒹也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的傳感器生產(chǎn)嬲l(shuí)生能已逐漸不能滿足需求，各個(gè)傳感器生產(chǎn)廠商開(kāi)始研制生產(chǎn)新型傳感器，并增加自動(dòng)化生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率，降低成本，采提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】壓力；傳感器；單片機(jī)1引言：壓力傳感器是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)最常用的傳感器之一，被廣泛的應(yīng)用于航空航天、石油化工，汽車制造等領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)于壓力傳感器的需求量越來(lái)越大，要求也越

2、來(lái)越高，傳統(tǒng)的傳感器生產(chǎn)及性能已逐漸不能滿足需求，各個(gè)傳感器生產(chǎn)廠商開(kāi)始研制生產(chǎn)新型傳感器并增加自動(dòng)化生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率，剛醫(yī)成本，以提高市場(chǎng)力和適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的應(yīng)用。傳統(tǒng)的傳感器的測(cè)量方法大都采用手工操作，特別是壓力傳感器，基本上都是采用手動(dòng)油壓或氣壓標(biāo)定。盡管近幾年也從國(guó)外引進(jìn)了部分標(biāo)定設(shè)備，但價(jià)格昂貴，不易推廣。本系統(tǒng)應(yīng)用MC孓51型單片機(jī)，設(shè)計(jì)出的智能壓力檢測(cè)系統(tǒng)，成本低廉，使用方便，精度也比較高。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)壓力傳感器測(cè)量壓力，并將測(cè)量的信號(hào)輸入放大器，然后送至AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)宇信號(hào)送至單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)已編制好的程序，對(duì)壓阻元件非線性測(cè)量誤差進(jìn)行修正

3、并對(duì)修正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。同時(shí)該系統(tǒng)兼具有鍵盤(pán)輸入，LED顯示與超限報(bào)警功能。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 21傳感器的選擇采用美國(guó)ICSensors公司生產(chǎn)的ICSl220低壓型硅壓力傳感器。雙列直插式封裝，內(nèi)部橋路由外部恒流源供電，輸出毫伏信號(hào)與壓力成正比，線性度為005一o1。其內(nèi)部有一個(gè)用于平衡放大器增益、溫度系數(shù)為20*10-6的電阻，使傳感器互換誤差控制在1以內(nèi)。傳感器內(nèi)部電路雖然已設(shè)置了溫度補(bǔ)償措施，但當(dāng)環(huán)境溫度在254-25范圍內(nèi)變化時(shí)，溫度漂移仍較大，按滿量程計(jì)算，量程漂移為03，零漂01，需進(jìn)一步采取措施進(jìn)行補(bǔ)償。22放大器在本系統(tǒng)中，需要測(cè)量傳感器送出的微弱信號(hào)，采用僅表放大器AD62

4、0來(lái)放大傳感器輸出信號(hào)。AD620輸入采用超B處理技術(shù)，具有低輸入偏置電流、低噪音、高精度、較高建立時(shí)間、體積小、低功耗等特性共模抑制比可達(dá)1 30dB，對(duì)于信號(hào)的采集范圍大非常適合作為前置放大器，適用于精確地?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)和多路轉(zhuǎn)換應(yīng)用系統(tǒng)，使用非常廣泛。AD620特別適合壓力感測(cè)方面的應(yīng)用，如血壓測(cè)量、一般壓力傳感器的電橋電路信號(hào)放大等。23 AD轉(zhuǎn)換器采用美國(guó)AD公司的ADl674，這是一款完整的12位并行模數(shù)轉(zhuǎn)換單片集成電路。該芯片內(nèi)部自帶采樣保持器(SHA)、10V基準(zhǔn)壓源、時(shí)鐘源以及可和微處理器總線直接接口的暫存，三態(tài)輸出緩沖器。結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高，工作性能(尤其是高低溫穩(wěn)定性)高，

5、而且可以使計(jì)板面積大大減小，因而可降低成本并提高系統(tǒng)的可靠性。采樣頻率為100kHz；轉(zhuǎn)換時(shí)間為10us：具有±12LSB的積分非線性(1NL)以及1 2位無(wú)漏碼的差分非線I生(DN L)；滿量程校準(zhǔn)誤差為0125。使用溫度范圍：ADl674JK為優(yōu)70q(C級(jí))競(jìng)爭(zhēng)ADl674MB為一4a一+85(I級(jí))；ADl674T芙卜_七5一+125(M級(jí))。24單片機(jī)采用MC爭(zhēng)_51單片機(jī)為核心控制器件，MC爭(zhēng)_51單片機(jī)功能強(qiáng)、功耗低，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)256B，程序存儲(chǔ)器4kB(Flash)，因而編程和修改方便，使用非常廣泛。狀態(tài)輸出連接至INT0，使軟件可以以中斷方式接收數(shù)據(jù)，

6、轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，STATUS輸出為低，可啟動(dòng)MCS一51的外部中斷。25數(shù)字調(diào)節(jié)器本系統(tǒng)選用常見(jiàn)的PID調(diào)節(jié)，它能有效地減小系數(shù)的超調(diào)和穩(wěn)態(tài)誤差。PID調(diào)節(jié)的位置式控制方程：Ua（t）=KpX(t)+TD*dt(t)/dt+1/T*X(t)dt式中：Ua(t)為PID控制器的輸出量。即執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出量，為一個(gè)采樣周期內(nèi)通電的周波數(shù)；X(t)為t時(shí)刻給定恒溫值e。與實(shí)際爐溫e之差。將其離散化，得：Ua(k)=Ua(k-1)+Kpx(k)-x(k-1)+(T/T1)*X(k)+Tp/T*X(k)-2X(k-1)+X(k-2)式中：T-采樣周期；T0-微分時(shí)間常數(shù)；Tt 積分時(shí)間常數(shù)；Kp-比例系數(shù)；X

7、(k)為本次采樣時(shí)。與之差。令：K2=Kp*(T/Tt);Kd=Kp*(Td/T);則有：Ua(k)=Ua(k-1)- Kpx(k)-x(k-1) +K2*X(k)+Kd*X(k)-2X(k-1)+X(k-2)式中：Kp為調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；K2為調(diào)節(jié)器的積分系數(shù)；K0為調(diào)節(jié)器的微分系數(shù)。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用MCS一51匯編：苦言編程，采用了模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法，整個(gè)程序由主程序(圖2所示)和秒中斷子程序(圖3所示)組成。程序結(jié)構(gòu)清晰，主程序和秒中斷子程序流程圖分別如下： 圖二：主程序流程圖1)報(bào)據(jù)秒中斷的設(shè)置標(biāo)志，完成上下限及斷線的LED顯示報(bào)警和蜂嗚器報(bào)警，還有LED顯示；2

8、)響應(yīng)鍵盤(pán)操作，配合LED顯示構(gòu)成人機(jī)界面，完成日期、時(shí)間、壓力、位移的顯示和設(shè)置。圖三：秒中斷子程序秒中斷是軟件的核心，在響應(yīng)DSl 2887產(chǎn)生的每秒一次的硬件秒中斷時(shí)，秒中斷服務(wù)程序完成如下功能：1)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣、濾波、存儲(chǔ)：2)對(duì)采樣進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)，利用PID進(jìn)行調(diào)節(jié)。4 系統(tǒng)需注意的問(wèn)題：1)由于壓力傳感器輸出的信號(hào)是毫伏級(jí)，因此把微弱信號(hào)送到壓力變送器的這段導(dǎo)線要盡量短目采用屏蔽線：2)壓力變送器電路中的增益調(diào)節(jié)電阻R要選取適當(dāng)。否則不能保證輸出最大值20mA：3)由于施工現(xiàn)場(chǎng)噪聲干擾大，傳感器輸出信號(hào)微弱，硬件上處理并不能完全保證顯示數(shù)據(jù)的穩(wěn)定，因此軟件上要采取多次采樣取算術(shù)平均值的方法。本系統(tǒng)采取的方法是采樣12次，去掉最大值和最小值，并取算術(shù)平均值。5結(jié)束語(yǔ)本系統(tǒng)中所介紹的智能壓力傳感器，具有成本低、體積小、精度和可靠性高及使用方便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可與微機(jī)遠(yuǎn)程通信，以組成更大范圍和更高級(jí)的壓力