传感器课程设计---压力传感器.doc

摘 要 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。 压力传感器的原理是将压力信号转变为某种电信号，如应变式，通过弹性元件变形而导致电阻变化；压电式，利用压电效应等。工业生产控制过程中，压力是一个很重要的参数。例如，利用测量大气压力来间接测量海拔高度；在工业生产中通过压力参数来判断反应的过程；在气象预测中，测量压力来判断阴雨天气。因此，压力计的设计拥有广阔的市场前景。这种压力传感器能比较精确和快速测量，尤能测量动态压力，实现多点巡回检测、信号转换、远距离传输、与计算机相连接、适时处理等，因而得到迅速发展和广泛应用。本课题就是在这样的背景下设计一个简单的数字压力计，使得测量得到的压力能够数码管显示。 关键字：压力、电信号目 录一 、设计目的1二、设计任务与要求12.1设计任务12.2设计要求1三、设计步骤及原理分析13.1设计方法13.2设计步骤23.3设计原理分析10四、课程设计小结与体会11五、参考文献12一、设计目的1. 培养综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能 提高解决实际问题的能力 从而达到巩固、深化所学的知识与技能； 2. 培养建立正确的科学思想 培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风二、 设计任务及要求2.1设计任务1.系统地掌握控制器的开发设计过程 相关的电子技术和传感器技术等 进行设计任务和功能的描述； 2.进行系统设计方案的论证和总体设计； 3.从全局考虑完成硬件和软件资源分配和规划 分别进行系统的硬件设计和软件设计； 4.进行硬件调试 软件调试和软硬件的联调2.2设计要求本设计是通过以单片机为主的压力测量系统。压力的测量是通过把压力信号转换为电信号，再通过A/D（ADC0808）转化把电信号转换为数字量后，再由单片机（AT89C51）进行处理，最后把数字量显示在LED显示屏上。三、 设计步骤及原理分析 3.1设计方法 1.原理框图设计2.硬件设计 3.软件设计4.显示电路设计 3.2设计步骤LED显示屏压力传感器电信号测量单片机A/D转换 图1-1 压力计原理方框图最小系统 复位电路A/D转换电路测量电压输入显示系统AT89C51 P0 P1 P1 P2 图2-1 数字压力计系统硬件设计框图 3.2.1硬件电路的设计 3.2.2传感器的选择力学传感器的种类繁多，但常用的压力传感器有电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器，光纤压力传感器等。应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。 在选择合适的压力传感器过程中，了解介质的特点尤为重要。 介质的腐蚀性如何，导电性如何。根据介质的这些属性选用相应类型的传感器。 介质温度范围如何，一是介质的经常性的温度范围为多少，根据此信息选择补偿温度与其范围一致的传感器，二是介质的最高温度范围，根据此信息选择使用温度范围一致的传感器。 若以上两点如果选择不正确，极有可能损害传感器甚至引起事故。 设计仿真时由于PROTEUS中没有传感器，因此用一个范围为75150分压电路代替传感器的输出电流，使的仿真得以进行。（滑动变阻器） 3.2.3传感器接口电路设计MPX4115内部原理图如图2-2所示： 3.3.4单片机最小系统设计选用的单片机为AT89C51系列芯片，该芯片的最小系统由时钟电路、复位电路、片选信号构成。在最小系统构成的基础上，将P1口作为模拟量的转换为数字量的接收端，P0口作LED显示屏的数据发送端，P2口作LED显示屏的控制3.3.5数模转换电路设计ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。 ADC0808接线图内部结构ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。 引脚功能（外部特性）ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如右图所示。各引脚功能如下： 15和2628（IN0IN7）：8路模拟量输入端。 8、14、15和1721：8位数字量输出端。 22（ALE）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 6（START）： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 7（EOC）： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 9（OE）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 10（CLK）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 12（VREF（+）和16（VREF（-）：参考电压输入端 11（Vcc）：主电源输入端。 13（GND）：地。 2325（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 输出端注意：out7为最低位-out0为最高位，out7-out0分别接单片机的P0.0到P0.7端。3.4.5显示电路设计 单片机AT89C51 7SEG-MPX4-CCLED的A B C D E F G DP 引脚接对应的单片机上的P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17, 1 2 3 4则对应单片机的P20 P21 P22 P23。LED的公共端com接地，则其余引脚接+5V，所以对应的LED 的显示器的七段码是0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, 3.4.6电源电路设计电路中的电源部分如下图所示。其中，3号引脚是电源输入端接外部电源+15V电源。1号引脚为电源模块输出端，输出+5V。本次设计电路中的电源均采用直流+5V驱动。 3.4.7设计原理及其分析 系统总流程图 A/D转化程序流程图 显示流程图 主函数程序图四、课程设计小结与体会本次课程设计的压力计的核心是单片机的使用。通过改变滑动变阻器的阻值（压力传感器的变换），从而改变电信号（电压），通过单片机接收电信号，处理电信号，送入A/D转化（ADC0808），再送入LED显示屏显示。通过为期五天的课程设计，我基本上完成了压力计的设计的任务。通过这次课程设计，把自己所学的理论知识运用于实践，受益非浅，对单片机有了更深的认识。对我以后独自处理问题有了很大的帮助。在整个课程设计过程中，同学和老师一直给予我们很多的帮助，帮助我们顺利的完成了这次课程设计。对单片机、数模转换、LED、传感器进行了综合性的应用，感谢老师给予我们这次机会，让我们有机会自己动手做项目，增强了我们的动手能力。有效的将理论与实际相结合。时间不长，但我希望以后还会有这样的机会，让我们自己动手，增强我们的动手能力。五.参考文献1. 51单片机原理及应用基于Keil C与Proteus陈海宴 北京航空航天大学出版社。2.单片机的C语言程序设计与应用基于Proteus仿真姜志海 赵艳雷 陈松 电子工业出版社。3. 传感器设计基础 张春主编 国防工业出版社4.传感器原理与检测技术 钱显毅主编 机械工业出版社12