智能壓力傳感器的設計說明

1、前言1壓力傳感器11.1壓力傳感器的簡介11.2壓力傳感器的種類11.3壓力傳感器的結構與特點12智能壓力傳感器12. 1智能壓力傳感器的構造12.2智能壓力傳感器的作用22. 3智能壓力傳感器的優(yōu)勢2與傳統(tǒng)傳感器相比，智能壓力傳感器的特點是：22.4智能壓力傳感器的前景33智能壓力傳感器的系統(tǒng)設計33. 1系統(tǒng)結構整體設計33.2系統(tǒng)的特點34系統(tǒng)硬件設計44.1前端傳感器模塊44. 2信號調理電路模塊54.3 A/D轉換模塊54. 4微處理器84. 5顯示模塊94. 6溫度補償模塊114.7硬件設計原理圖115軟件程序設計165.1軟件程序語言介紹165. 2程序流程圖165.3 C語言程

2、序設計166問題與探究167總結錯誤!未定義書簽。17參考文獻前W壓力傳感器是目前最為大眾常見所知的傳統(tǒng)傳感器，這種傳感器以壓力形變 為指標體現(xiàn)壓力變化，這種結構傳感器存在質量大，敏感度低，不能和電路器件 相連使用等缺陷。隨便科技的進步，半導體的迅猛發(fā)展，半導體壓力傳感器的誕 生彌補了這些不足，半導體壓力傳感器，不僅體積小，重量輕，而且可以和電路 元器件配套使用，從而大大的提高了智能化和可操作性。壓力傳感器大大的推動 了傳感器的發(fā)展，讓人們能夠更好的實現(xiàn)壓力體現(xiàn)發(fā)展。1壓力傳感器1.1壓力傳感器的簡介壓力傳感器是最為普遍的一種傳感器，大多使用在各種自動化環(huán)境中，涉及 到電力石化，軍工科技，船舶

3、制造，數(shù)碼產品等多方面。一般壓力傳感器都是用 模擬信號轉換成輸出信號，將輸出信號轉換為數(shù)值表現(xiàn)。這種轉換方式大大的提 高了工作效率。進而為智能化提供了強有力的發(fā)展基礎。1.2壓力傳感器的種類壓力傳感器通常分為以下幾種：1;電容式，2；電阻式，3；壓電式，4；電 感式，5；智能式。智能式傳感器是通過和微處理器相連，與傳感器相結合，從 而產生了智能化效果，它具有信號處理，信號記憶和邏輯思辨的能力。1.3壓力傳感器的結構與特點本次論文采用差壓式電容傳感器，電容式傳感器靈敏度高，性價比高，操作 簡單，質量高，過載能力強，在極端環(huán)境下，能夠穩(wěn)定工作，提供持續(xù)的傳感能 力，保證了整個元器件工作，并把環(huán)境影

4、響降到最低，特點鮮明。2智能壓力傳感器2.1智能壓力傳感器的構造智能壓力傳感器是利用精密機械制造工藝和集成電路原理，將智能芯片和傳感器 緊密結合在一個半導體原件上，與傳統(tǒng)傳感器相比，智能式傳感器體積更小，質 量小，適用圍更大。整個智能壓力傳感器結構如下圖所示；圖2-1智能壓力傳感器的結構框圖2.2智能壓力傳感器的作用 邏輯判斷和處理功能：對于收入的數(shù)據(jù)進行計算糾正也可以進行溫度，線 性，非線性，相應時差等進行補償，提升了準確效率。 自檢測功能：在開機和運行中都可以進行自行檢測，發(fā)現(xiàn)故障，解決 故障，提升了機器運轉效率。 自適應、自調整功能：可依據(jù)不同的測量物體數(shù)據(jù)和結果，選擇相適應的 測量方式

5、。 組態(tài)功能：通過符合測量，拓展測量圍。 記憶、存儲功能：存取檢測數(shù)據(jù)，提升了信息處理速度。 數(shù)據(jù)通訊功能：擁有數(shù)據(jù)通訊接口，可以與計算機進行數(shù)據(jù)交換。2.3智能壓力傳感器的優(yōu)勢與傳統(tǒng)傳感器相比，智能壓力傳感器的特點是： 性價比高：智能壓力傳感器通過調節(jié)核心芯片和計算機的協(xié)調工作，對于 制作工藝要求不高，采購性價比高的芯片，并不影響，所以比傳統(tǒng)傳感器造價低。 適應能力強：傳感器運行時，會根據(jù)各個部件運轉效率以及功耗，通過分 析信號，調節(jié)運行，提升了效率。 準確度髙：智能壓力傳感器的自行校準、自設量程、自動補償和自動 修正各類誤差等保證了它的高準確度，通過程序軟件實現(xiàn)這些功能，相比以前更 易實現(xiàn)

6、。 量程寬：智能壓力傳感器的測量圍大，負載能力強。 集中控制：微處理器控制整個系統(tǒng)，自身控制處理數(shù)字能力大，智能壓力 傳感器經由軟件程序利用微處理器，發(fā)揮系統(tǒng)的多功能和優(yōu)點，實現(xiàn)了集中的控 制。2.4智能壓力傳感器的前景智能壓力傳感器體積小，靈敏度高，性價比高，穩(wěn)定性強，而且集中程度 高，這些優(yōu)點促使其發(fā)展迅速，使用圍更為寬廣，質量高，使用時間長這些都是 當今傳感器發(fā)展的一個重要趨勢，未來汽車業(yè)，醫(yī)療行業(yè)，手機制造業(yè)對于高度 智能的壓力傳感器需求大，要求高，這些都是智能壓力傳感器發(fā)展的強大動力。 3智能壓力傳感器的系統(tǒng)設計3.1系統(tǒng)結構整體設計本次論文將采用ADC0809芯片實現(xiàn)模數(shù)轉換,AT

7、C89C52為芯片，采用LCD 1602 進行顯示，本次論文總體設計方框圖如圖3-1所示單片機 89C52圖3-1總體方案設計圖LCD 1602送3.2系統(tǒng)的特點本次論文設計壓力傳感器結構簡易，利用單片機和A/D模塊轉換進行調節(jié)信 號，偏差電容補償利用負反饋技術實現(xiàn)，運用差動測量方式消除環(huán)境影響，提高 抗干擾能力。本次論文添加了一個發(fā)光二極管做報警，報警功能可用軟件實現(xiàn)。論文采用LCD1602作為顯示器，整個流程即被測壓力通過傳感器變化為電容值， 進入信號調理電路轉換為模擬信號，輸入至ADC0809, ADC0809轉換為數(shù)字信號, 單片機處理信號送入顯示器顯示，系統(tǒng)特點清晰流暢。4系統(tǒng)硬件設

8、計4.1前端傳感器模塊本次論文采用陶瓷電容作為傳感器材料，從價格，功耗，已經環(huán)境影響角度 出發(fā)，陶瓷最優(yōu)。如下圖所示。圖4-1圓柱差動變面積式電容位移傳感器圓柱電容的計算公式：C2朧X其中，X為外電極重疊部分長度；D、d分別為外電極的外徑。當重疊部分長度X發(fā)生變化時，電容變化量為:靈敏度為:C 二 C。- C111kJAxYxhi傳感器三組定動片組成，當改變上下定片時，疊加重合面積部分會產生相關 效應，稱為差動電容。4. 2信號調理電路模塊測量計算差動電容變化量的電路原理圖如圖4-2所示。圖4-2信號調理電路圖4.3 A/D轉換模塊本次論文選擇ADC0809作為模數(shù)轉換芯片。ADC0809是逐

9、次逼近式A/D轉換 器，部結構如圖所示。4.3. 1 ADC0809的部邏輯結構由下圖知，ADC0809擁有很多多路模擬類開關，A/D轉換器，地址鎖存 編譯器和三態(tài)輸出鎖存器的組成。模擬通道有多個，分時輸入可以多路進行，A/D 轉換也可以進行多路進行。三態(tài)輸出鎖存器轉換數(shù)字量，可以從三態(tài)輸出轉換完 數(shù)據(jù)。圖4-4 ADC0809部結構me mim2DEDT4 niinieDI7AB c ALE4.3.2 ADC0809引腳結構DC0809各腳功能如下：D7-D0： 8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7： 8位模擬量輸入引腳。VCC： +5V工作電壓。GND：地。REF ( + )：參考電壓正端。

10、REF (-):參考電壓負端。START：啟動轉換信號的輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。EOC：用于轉換輸出引腳的信號，初始轉換時表現(xiàn)為低電平，當顯示高電平 時表明轉換結束。0E：用于輸岀控制端，方便打開三態(tài)輸岀器。CLK：時鐘信號輸入端(一般為500KHz)。A、B、C：地址輸入線。ADC0809對輸入模擬量要求：信號應單極性，電壓圍在0至5V,信號太小， 放大器進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中保持不變，若模擬量變化過快，需 在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線有多條；ALE是輸入鎖存地址線，顯示高電平時才有效。當該線表現(xiàn)高電平時，地址 鎖存譯碼器將相對應的信號進行鎖存，編譯

11、后被鎖定的通道的模擬量傳輸入轉換 器進行轉換相關三條輸入線，用于選通IN0-IN7上進行模擬量輸入。選擇表如 下圖所示。表4-1 ADC0809通道選擇CBA選 擇的通 道000INO001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7數(shù)字量輸出及控制線：11條開啟信號必須ST轉換，ST進行上調，部寄存器則可以清零；下調時，A/D 轉換；此過程中，ST保持低電平。轉換結束高電平。0E是輸出允許信號，可以 向單片機輸出數(shù)據(jù)。0E二1,通過輸出轉換得到新的數(shù)據(jù)；0E二0,輸出數(shù)據(jù)的狀態(tài) 為高阻形式。時鐘輸入信號是CLKoADC00809部沒有時鐘電路存在，信號只能由

12、外界提供, VREF正負為參考電壓輸入。4.3.3 ADC0809解釋說明（1）.ADC0809自身帶有用于輸岀鎖存器，可以直接與AT89S51芯片直接相連使用。（2）.初始化時，讓ST等0E信號全部低電平。（3）.需送轉換的哪一通道的地址到A, B, C端口上。（4）.在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。（5）.判斷轉換是否結束，可以依據(jù)信號E0C進行判斷。（6）.當EOC表現(xiàn)為高電平時，OE就需要高電平，單片機就接受了處理 信號。4. 4微處理器本次論文采用單片機ATC89C52作為處理芯片，該芯片是一種低能耗、高 性能8位微控制器，片含可多次刪除重寫的Flash只讀程序存儲器

13、和256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，調整時的功能控制。功能包括部存儲器，數(shù)據(jù)RAM等部 件初始化，相關單片機AT89C52引腳圖如下；89C5212345678| 1312X-ZX-/1 1514311918S91716X-JP10/TPll/TP121 1 1 1 1 p p p p PRESETT1TOINTIINTORD WRXIX2POOP01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27RXDTXDALE/PPSEN39383736353433322123242526272810113029圖4-6單片機ATC89C52引腳圖4. 5顯示

14、模塊4.5. 1 LCD 1602 的優(yōu)點本次論文顯示模塊采用LCD 1602液晶顯示屏，該顯示屏具有以下特點； 顯示對比度高，顯示質量高，不會有重影出現(xiàn)，而且是數(shù)字型，顯示可靠, 與單片機相連更為方便，使用便捷。 與傳統(tǒng)顯示器相比，顯示質量更高，而且質量更輕。 效率高，相比于傳統(tǒng)傳感器，耗電量更低。4.5.2 LCD 1602字符型LCD簡介LCD 1602液晶顯示器是一種點陣式，工作電壓有兩種模式可選，3.3或5隊 對比度可調，并含有復位電路，提供多種控制命令，我們可以自定義字符發(fā)生器 CGRAMo顯示器實物如下圖所示；圖4-7 LCD1602實物圖4.5.3 LCD 1602的基本參數(shù)及

15、引腳功能1602LCD主要技術參數(shù)： 顯示容量:16X2即32個個字符; 芯片工作電壓:4. 55. 5V ； 工作電流：2. 0mA；模塊最佳工作電壓：5. 0V ；字符尺寸：2. 95X4. 35(WXH)mm<>引腳功能說明1602LCD的引腳圖如圖4-8所示。1602采用標準的16腳接口，其中：第1腳：VSS是地電源。第2腳：VDD接+5V電源。第3腳：此腳是用于調整對比度，接>0電源時，對比度降低，當接地時,對比度升高，對比度偏高時有重影產生，10K電位器用于調整重影。第4腳：RS為寄存器選擇。第5腳：當讀寫信號線高電平時為讀操作，反之，低電平寫操作。RS和R/W

16、共為低電平可以寫入和顯示地址。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命 令。第714腳：DOD7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：正背光源。第16腳：負背光源。4. 6溫度補償模塊本次論文采用DS18B20采集溫度，作為常用溫度傳感器，體積小，質量輕， 價格低，精密度高的特點。4.6. 1 DS18B20的主要特征1、可進行全數(shù)字溫度轉換和輸出。2、單總線數(shù)據(jù)通信。3、最髙分辨率是十二位，精度可達-0. 5-+0. 5攝氏度。4、12位分辨率的一般最大工作達750毫秒每周期。5、選擇工作方式多種多樣其中可以寄生6、檢測溫度圍在負55度至正125度（負66F 正275F）7、置

17、EEPROM,溫度報警功能實現(xiàn)。8、64位光刻ROM,置設有相關的序列號，便捷幾臺機器的連接使用。4.6.2 DS18B20的引腳功能GND電壓地DQ單數(shù)據(jù)總線VDD電源電壓4.7硬件設計原理圖本次課程設計采用protel軟件原理圖的繪制。原理圖中，LCD 1602與單片 機相關接口相連，因本次設計只需讓LCD 1602從該單片機中讀取數(shù)據(jù)，因此將它 的R/W引腳電平拉低，直接與地相連。如圖4-14所示。圖4-11硬件電路原理圖本次課程設計采用protues仿真軟件對原理圖進行仿真。圖中，采用滑動變 阻器代替?zhèn)鞲衅鲗缛胄盘栠M行信號的采集，調節(jié)溫度也能測量出壓力變化值，如 圖4-15所示。-is

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