壓力測量系統(tǒng)的設計

1、課程設計報告題目：壓力測量系統(tǒng)的設計院系：信息與電氣工程學院姓名：學號：12894040專業(yè)：電氣工程及其自動化指導老師：1設計內(nèi)容及要求2智能電子天平的總體設計分析2.1 智能電子天平的基本結(jié)構2.2 智能電子天平系統(tǒng)的工作原理2.3 智能電子天平設計的基本思路3硬件設計3.1 總體規(guī)劃3.2 主控制器電路3.3 電源變換電路3.4 信號放大電路3.5 信號變換電路3.6 顯示電路4軟件設計4.1 系統(tǒng)應用程序組成4.2 主程序流程圖4.3 AD采樣程序塊4.4 液晶顯不'程序塊5心得體會1設計內(nèi)容及要求設計一個智能電子天平，可以同時測量兩個物體的重量并進行比較。該系統(tǒng)應具有數(shù)碼管顯

2、示、鍵盤設定、數(shù)據(jù)存儲等功能。設計要求：測量范圍：05kg測量精度：正負0.1kg測量通道：2通道（被測物體重量1通道，參照物體重量1通道）供電電源：220VAC2、智能電子天平設計總體分析2.1 智能電子天平的基本結(jié)構所謂智能電子天平，即可以同時測量兩個物體的重量并進行比較的裝置。它和電子稱的原理類似，都是是利用物體的重力作用來確定物體質(zhì)量（重量）。智能電子天平可以說是電子稱的改進裝置，把原有的電子稱壓力傳感器測量端換成兩個，相繼的數(shù)據(jù)處理等后續(xù)裝置做一定的改進即可。2.2 系統(tǒng)的工作原理電子天平稱重系統(tǒng)的工作原理。首先是通過兩個壓力傳感器分別采集到兩個被測物體的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號。輸

3、出電壓信號通常很小，需要通過前端信號處理電路進行準確的線性放大。放大后的模擬電壓信號分別經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量通過兩個通道被送入到主控電路的單片機中，單片機通過程序結(jié)合按鍵控制譯碼顯示器，從而顯示出某個被測物體的重量或是比較結(jié)果。在實際應用中，為提高數(shù)據(jù)采集的精度并盡量減少外界電氣干擾，還需要在傳感器與A/D芯片之間加上信號調(diào)整電路。2.3 系統(tǒng)設計基本思路按照設計的基本要求，系統(tǒng)可分為四大模塊，電源轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制器模塊、顯示器模塊。其中數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器、信號的前級處理和A/D轉(zhuǎn)換部分組成。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送給控制器處理，由控制器完成對該數(shù)字量的處理，驅(qū)動顯示模塊完

4、成人機間的信息交換。此部分對軟件的設計要求比較高，系統(tǒng)的大部分功能都需要軟件來控制。3、硬件電路設計3.1 總體規(guī)劃按照本設計功能的要求，系統(tǒng)由5個部分組成：控制器部分、兩個相同的測量部分、31所示。數(shù)據(jù)顯示部分、鍵盤部分和電路電源部分，系統(tǒng)設計總體方案框圖如圖圖一：系統(tǒng)總體框圖其中，本設計采用SP20C-G501電阻應變式傳感器，其最大量程為5Kg.稱重傳感器由組合式S型梁結(jié)構及金屬箔式應變計構成，具有過載保護裝置。由于惠斯登電橋具諸如抑制溫度變化的影響，抑制干擾，補償方便等優(yōu)點，所以該傳感器測量精度高、溫度特性好、工作穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛用于各種結(jié)構的動、靜態(tài)測量及各種電子稈的一次儀表。該稱重

5、傳感器主要由彈性體、電阻應變片電纜線等組成，其工作原理如圖3所示。圖3稱重傳感器原理圖本設計的測量電路采用最常見的橋式測量電路，用到的是電阻應變傳感器半橋式測量電路。它的兩只應變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測量電阻隨重力變化導致彈性梁應變而產(chǎn)生的變化。其測量原理：用應變片測量時，將其粘貼在彈性體上。當彈性體受力變形時,應變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。由于內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，輸出信號電壓可由下式給出：&2，R4'riAR3R41lEmit+"Em(R2+R4)RIR2R3R4J上式說明電橋

6、的輸出電壓V和四個橋臂的應變片感受的應變量的代數(shù)和成正比。3.2 主控器電路本設計中主控制器采用AT89C511片機，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory的低電壓，高性能CMOS8微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEH密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL勺AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。止匕外，AT89C51設有穩(wěn)態(tài)邏

7、輯，可以在低到CPU亭止工作。RAM勺內(nèi)容并零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，但RAM定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。其中主控電路圖如下：U2C3"IHH104VCC10uFC830PP1QFL7pT7p77pmpTTPTT1URXD；FQUPRESETRSRWEC9P10/T2purraEXP12F13FI4/MOSIPisnviisoF16JSCKPl.7RSTF30/RXDP3irrxDP32/INT0P33/1NT1P34TT0F35/TLP36/WRF37/

8、RDXTAL2XTAL1ONDP07EA/VPFALETROGPSENP27P36F25P24P23P22P2tP20_P27二P二6二P25二OS二LE二Pq二P31P20-=-AT85C51PlFDOP07P02P03PMP05PQ6P0730P3.3 電源轉(zhuǎn)換電路設計：由于本設計中要求用220V電源供電，而設計中用到的芯片大多工作電壓為5V,因此需要將220V交流電變換為5V直流電。具體實現(xiàn)電路如下：物咬覺電DLD1m一-M八U2(,)DIODEDICDECOM2Jf13VKY岫-QV：5嗜射LE11DIDIODECOTSDJ220V交流電變換成5V直流電電路圖3.4 信號放大電路由于稱

9、重傳感器輸出電壓振幅范圍020mV。而A/D轉(zhuǎn)換的輸入電壓要求為02V,因此需要一定的放大環(huán)節(jié)，且增益為100倍左右。這里采用專用儀表放大器，如：AD620,INA126等。此類芯片內(nèi)部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單。以INA126為例，接口如下圖所示：V+INA128V40KL2相10kllvW10kQ40kQAVG=5*aoki2圖2.7INA126儀表放大結(jié)構圖3.5 信號轉(zhuǎn)換電路要想利用單片機進行數(shù)據(jù)處理進而達到各種控制功能，必須先把傳感器測得的模擬信號通過INA126芯片放大后,再通過A/D芯片進行轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號才能夠送達單片機進

10、行處理。本設計中利A/D0805進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，具體電路如下：10kDGND150pADC080XCSRDWRCLKININTRV|N(+)V|N(-)AGNDVREF/2VccCLKR5Vcc?或VREF10m數(shù)據(jù)輸出DB0|土DB1圖81602液晶模塊的讀操作時序4軟件設計圖10程序結(jié)構4.2 主程序流程圖系統(tǒng)程序固化在STC12C5A60S2部的flash存儲器中，分為主程序和若干子程序。主程序的功能是系統(tǒng)初始化，管理和調(diào)用各個子程序。本設計的程序流程圖如圖11所示。圖11程序流程圖4.3 AD采樣程序塊本文設計的STC12C5A60S2內(nèi)AD程序如下：#include"conf

11、ig.h"/-/SPEED1SPEED0A/D轉(zhuǎn)換所需時間#defineAD_SPEED0x60/0110,00001190個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次/CPU工作頻率21MHz寸A/D轉(zhuǎn)換速度約300KHz/#defineAD_SPEED0x40/0100,000010140/#defineAD_SPEED0x20/0010,000001280/#defineAD_SPEED0x00/0000,000000420/-unsignedintget_AD_result(unsignedcharchannel)unsignedcharAD_fi

12、nished=0;/存儲A/D轉(zhuǎn)換標志ADC_RES=0;ADC_RESL=0;channel&=0x07;ADC_CONTR=AD_SPEED;_nop_();ADC_CONTR|=0xE0/1110,0000ADC_CONTR|=channel;_nop_();ADC_CONTR|=0x80;delay(1);ADC_CONTR|=0x08;AD_finished=0;while(AD_finished=0)AD_finished=(ADC_CONTR&0x10);ADC_CONTR&=0xE7;/A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果高8位/A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果低2位/0000,0111清0高

13、5位消ADC_FLAGADC_START和低三位/選擇A/D當前通道/啟動A/D電源/使輸入電壓達到穩(wěn)定/0000,1000令ADCS=1,啟動A/D轉(zhuǎn)換/等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束/0001,0000測試A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束否/1111,0111清ADC_FLAG®,關閉A/D轉(zhuǎn)換return(ADC_RES<<2|ADC_RESL);/返回轉(zhuǎn)換后的結(jié)果4.4 液晶顯小程序塊本文設計的1602液晶操作程序如下：/*函數(shù)名：WriteDataLCD()功能：向1602寫數(shù)據(jù)說明：入口參數(shù)：WDLCD返回值：無*/voidWriteDataLCD(unsignedcharWDLCD)10

14、ReadStatusLCD();/檢測忙LCD_Data=WDLCD;LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_E=0;若晶振速度太高可以在這后加小的延時LCD_E=0;LCD_E=0;/延時LCD_E=1;)/*函數(shù)名：WriteCommandLCD()功能：向1602寫指令說明：入口參數(shù)：WDLCDBuysC返回值：無*/voidWriteCommandLCD(unsignedcharWCLCD,BuysC)/BuysC為0時忽略忙檢測(if(BuysC)ReadStatusLCD();/根據(jù)需要檢測忙LCD_Data=WCLCD;LCD_RS=0;LCD_RW=0;LCD_E=0;LC

15、D_E=0;LCD_E=0;LCD_E=1;)/*函數(shù)名：ReadDataLCD()功能：從1602讀數(shù)據(jù)說明：入口參數(shù)：無返回值：LCD_Data*/11unsignedcharReadDataLCD(void)(LCD_RS=1;LCD_RW=1;LCD_E=0;LCD_E=0;LCD_E=0;LCD_E=1;return(LCD_Data);/*函數(shù)名：ReadStatusLCD()功能：讀取1602狀態(tài)說明：如果為忙，則一直等到非忙為止入口參數(shù)：無返回值：LCD_Data*/unsignedcharReadStatusLCD(void)(LCD_Data=0xFF;LCD_RS=0;L

16、CD_RW=1;LCD_E=0;LCD_E=0;LCD_E=0;LCD_E=1;delay_18B20(200);/Delay5Ms();/檢測忙信號proteus仿真時，延遲5MS關閉while循環(huán)while(LCD_Data&Busy)/硬件使用時，不延遲，打開while循環(huán)return(LCD_Data);/*函數(shù)名：LCDInit()功能：1602初始化12說明：入口參數(shù)：無返回值：無*/voidLCDInit(void)(LCD_Data=0;WriteCommandLCD(0x38,0);/三次顯示模式設置，不檢測忙信號Delay5Ms();WriteCommandLCD(

17、0x38,0);Delay5Ms();WriteCommandLCD(0x38,0);Delay5Ms();WriteCommandLCD(0x38,1);/顯示模式設置，開始要求每次檢測忙信號WriteCommandLCD(0x08,1);/關閉顯示W(wǎng)riteCommandLCD(0x01,1);/顯示清屏WriteCommandLCD(0x06,1);/顯示光標移動設置WriteCommandLCD(0x0C,1);/顯示開及光標設置/*函數(shù)名：DisplayOneChar()功能：按指定位置在1602顯示一個字符說明：X為列，Y為行，DData為字符入口參數(shù)：X,Y,DData返回值：無

18、*/按指定位置顯示一個字符voidDisplayOneChar(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharDData)(Y&=0x1;X&=0xF;/限制X不能大于15,Y不能大于1if(Y)X|=0x40;/當要顯示第二行時地址碼+0x40;X|=0x80;/算出指令碼13WriteCommandLCD(X,0);/這里不檢測忙信號，發(fā)送地址碼WriteDataLCD(DData);)/*函數(shù)名：DisplayListChar()功能：按指定位置在1602顯示一用字符說明：X為列，Y為行，*DData為字符串入口參數(shù)：X,Y,DData返

19、回值：無*/voidDisplayListChar(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharcode*DData)(unsignedcharListLength;ListLength=0;Y&=0x1;X&=0xF;/限制X不能大于15,Y不能大于1while(DDataListLength!='0')/若到達字串尾則退出(if(X<=0xF)/X坐標應小于0xF(DisplayOneChar(X,Y,DDataListLength);/顯示單個字符ListLength+;X+;)I*函數(shù)名：Delay5Ms()功能：5ms延時說明：入口參數(shù)：無返回值：無*14voidDelay5Ms(void)unsignedintTempCyc=5552;while(TempCyc-);)/*函數(shù)名：Delay400Ms()功能：400ms延時說明：入口參數(shù)：無返回值：無*/voidDelay400Ms(void)unsignedcharTempCycA=5;unsignedintTempCycB;while(TempCycA-)TempCycB=7269;while(TempCycB-);)心得體會首先，這篇課程設