单片机的压力传感器毕业设计.doc
- 文档编号:4851513
- 上传时间:2023-05-07
- 格式:DOC
- 页数:53
- 大小:123KB
单片机的压力传感器毕业设计.doc
《单片机的压力传感器毕业设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单片机的压力传感器毕业设计.doc(53页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
学习数学是为了探索宇宙的奥秘。
如所知,星球与地层、热与电、变异与存在的规律,无不涉及数学真理。
如果说语言反映和揭示了造物主的心声,那么数学就反映和揭示了造物主的智慧,并且反复地重复着事物如何变异为存在地故事。
数学集中并引导我们地精力、自尊和愿望去认识真理,并由此而生活在上帝地大家庭中。
正如文学诱导人们地情感与了解一样,数学则启发人们地想象与推理。
毕业任务书
一、题目
智能压力传感器系统设计
二、指导思想和目的要求
1.培养学生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.培养学生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;
3.培养学生调查研究
收集资料
熟悉有关技术文件
锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力
三、主要技术指标
1.培养学生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.培养学生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;
3.培养学生调查研究
收集资料
熟悉有关技术文件
锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力
三、主要技术指标
本设计主要设计一个智能压力传感器的设计
要求如下:
被测介质:
气体、液体及蒸气
量程:
0Pa~500pa
综合精度:
±0.25%FS
供电:
24VDc(12~36VDC)
介质温度:
-20~150℃
环境温度:
-20~85℃
过载能力:
150%FS
响应时间:
≤10mS
稳定性:
≤±0.15%FS/年
能实时显示目标压力值和保存参数
并能和上位机进行通信
并具有较强的抗干扰能力
所需要完成的工作:
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;
5.查阅到15篇以上与题目相关的文献
按要求格式独立撰写不少于15000字的设计说明书及1.5万(或翻译成中文后至少在3000字以上)字符以上的英文翻译
四、进度和要求
第01周----第02周:
查阅相关资料
并完成英文翻译;
第03周----第04周:
进行市场调查
给出系统详细的设计任务和功能
进行系统设计方案的论证和总体设计;
第05周----第07周:
完成硬件电路设计
并用PROTEL画出硬件电路图;
第08周----第10周:
完成软件模块设计与调试;
第11周----第12周:
进行硬件调试
软件调试和软硬件的联调;
第13周----第14周:
撰写毕业设计论文;
五、主要参考书及参考资料
1.单片机原理及应用
张鑫等
电子工业出版社
2.MCS51单片机应用设计
张毅刚等
哈尔滨工业大学
3.MCS51系列单片机实用接口技术
李华等
北京航天航空大学
4.PROTEL2004电路原理图及PCB设计
清源科技
机械工业出版社
5.基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
曹卫芳
山东科技大学
2005.5
6.单片机应用技术选编
何立民
北京航空航天大学出版社
2000
7.检测技术与系统设计
张靖等
中国电力出版社
2001
摘要
压力是工业生产过程中的重要参数之一
压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件
实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义
本设计主要通过单片机及专用芯片对传感器所测得的模拟信号进行处理
使其完成智能化功能
介绍了智能压力传感器外围电路的硬件设计
并根据硬件进行了软件编程
本次设计是基于AT89C51单片机的测量与显示
是通过压力传感器将压力转换成电信号
再经过运算放大器进行信号放大
送至8位A/D转换器
然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号
再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息
最后显示输出
而在显示的过程中通过键盘
向计算机系统输入各种数据和命令
让单片机系统处于预定的功能状态
显示需要的值
本论文根据压力传感器零点补偿与非线性补偿原理
设计出了测量压力传感器的硬件
应用单片机技术测量电路简单
成本低
应用面广
但是由于自身的稳定性其测量结果仍存在误差
关键词:
压力;AT89C51单片机;压力传感器;A/D转换器;LCD显示;
Abstract
Pressureisoneoftheimportantparametersintheprocessofindustrialproduction.Pressuredetectionorcontrolisanessentialconditiontoensureproductionandtheequipmenttosafelyoperating
whichisofgreatsignificance.Thesingle-chipisinfiltratingintoallfieldsofourlives
soitisverydifficulttofindtheareainwhichthereisnotracesofsingle-chipmicrocomputer.Inthisgraduationdesign
primarilythroughbyusingsingle-chipanddedicatedchip
handlingofanalogsignalmeasuredbythesensortocompleteintelligentfunction.Thisdesignillustratesexternalhardwarecircuitdesignofintelligentpressuresensor
andconductsoftwaredevelopmenttothehardware.
ThedesignisbasedonmeasurementanddisplayofAT89C51single-chip.This
isthepressuresensorswillconvertthepressureintoelectricalsignals.Afterusingoperationalamplifier
thesignalisamplified
andtransferredtothe8-bitA/Dconverter.Thentheanalogsignalisconvertedintodigitalsignalswhichcanbeidentifiedbysingle-chipandthenconvertedbysingle-chipintotheinformationwhichcanbedisplayedonLEDmonitor
andfinallydisplayoutput.Inthecourseofshow
throughthekeyboardtoinputallkindsofdataandcommandsintothecomputer
thesingle-chipwilllocateinapredeterminedfunctionsteptodisplayrequiredvalues.
Inaddition
basedsensorthermaldriftandnonlinearityprinciple
thispaperhasdesigned
IntelligentsensorhardwarecircuitandeditedaC51Program.Thecircuitwithmicro-Processis
simpleandcheap
thoughtheresulthasstillalittleerror.
Keywords:
pressure;AT89C51single-chip;pressuresensor;A/Dconverter;LCDmonitor;
目录
第一章绪论 1
1.1前言 1
1.2选题的背景和意义 1
1.3智能压力传感器的发展方向 2
1.4本文研究的内容 3
第二章系统总体方案设计 4
2.1系统任务描述 4
2.1.1控制系统要求 4
2.1.2主要仪器的选择 4
2.2系统总体设计 6
2.2.1系统组成 6
2.2.2基于单片机的智能压力检测的原理 6
第三章压力传感系统硬件设计 7
3.1压力传感器 7
3.1.1金属应变片的工作原理 7
3.1.2电阻应变片的基本结构 8
3.1.3电阻应变片的测量电路 8
3.1.4电桥电路的工作原理 9
3.1.5非线性误差及温度补偿 10
3.2信号放大电路 11
3.2.1三运放放大电路 11
3.3A/D转换器 12
3.3.1A/D转换器的简介 12
3.3.2配置位说明 13
3.3.3工作时序图 14
3.3.4单片机对ADC0832的控制原理 15
3.4单片机 17
3.4.1AT89C51单片机简介 17
3.4.2主要特性 17
3.4.3管脚说明 18
3.4.4振荡器特性 19
3.4.5芯片擦除 20
3.5液晶屏LCD简介 20
3.5.1液晶显示器原理 20
3.5.2液晶显示器分类 20
3.5.3字符的显示 21
3.5.4LM016L引脚功能说明 21
3.6报警模块 22
第四章软件设计 23
4.1系统的主程序 23
4.2A/D转换器的软件设计 25
4.2.1ADC0832芯片接口程序的编写 25
4.3LCD数码管显示程序设计 27
4.3.1LM016LCD的RAM地址映射及标准字库表 27
第五章PROTEUS仿真调试 29
5.1仿真软件了解 29
5.1.1proteus软件介绍 29
5.1.2protuse功能和特点 29
5.2本次设计仿真过程 30
5.2.1创建原理图 30
5.2.2绘制仿真原理图 30
5.2.3系统调试 31
5.2.4开始仿真 31
第六章总结 33
6.1设计总结 33
6.2展望和不足 34
致谢 35
参考文献 36
附录一PROTEL图 37
附录二源程序 38
第一章绪论
1.1前言
在信息高速发展的今天
传感器检测系统的智能化和集成化成为其发展的两个重要方向
而传感器检测系统智能化和集成化的程度主要取决于与之相结合的微处理器的性能
具有数据处理能力
能够进行自动检测、自动校准、自动误差补偿、自动抽样、以及标度变换功能的智能压力传感器检测系统已成为国内外开发和研究的热点
传感器技术是现代测量和自动化技术的重要技术之一
从宇宙探索到海洋开发
从生产过程的控制到现代文明生活
几乎每一项现代科学技术都离不开传感器
在工业、农业、国防、科技等各个领域
传感器技术都得到了广泛的应用
并展现出极其广阔的前景
因此
许多国家对传感器技术的发展十分重视
例如在日本传感器技术被列为六大核心技术(传感器、通信、激光、半导体、超导和计算机)之一
并且是将传感器列为十大技术之首;美国将90年代看作是传感器时代
将传感器技术列为90年代22项关键技术之一
我国对传感器的研究也有二十多年的历史并取得了很大的成就
目前
在"科学技术就是第一生产力"的思想指引下
各项科学技术取得了突飞猛进的发展
传感器技术也越来越受到各方面的重视
虽然在某些方面已赶上或者接近世界先进水平
但是从总体来看
与国外传感器技术的发展相比
我国对传感器技术的研究和生产还比较落后
现正处于方兴未艾的阶段
由于智能传感器系统的研究起步较晚
其理论和实践远未成熟
离实际应用需求差距很大
尤其是用于压力测量的高性能、小体积、低成本智能压力传感器系统更是有待于进一步开发
因此
研究开发高性能的智能压力传感器系统对于促进信息技术及自动化技术的发展、提高设备的性能及自动化水平具有不可低估的意义
1.2选题的背景和意义
近年来
随着微型计算机的发展
他的应用在人们的工作和日常生活中越来越普遍
工业过程控制是计算机的一个重要应用领域
其中由单片机构成的嵌入式系统已经越来越受到人们的关注
现在可以毫不夸张的说
没有微型计算机的仪器不能称为先进的仪器
没有微型计算机的控制系统不能称其为现代控制系统的时代已经到来
压力测量对实时监测和安全生产具有重要的意义
在工业生产中
为了高效、安全生产
必须有效控制生产过程中的诸如压力、流量、温度等主要参数
由于压力控制在生产过程中起着决定性的安全作用
因此有必要准确测量压力
为了测到不同位置的压力值
本次设计为基于单片机智能压力测量系统
通过压力传感器将需要测量的位置的压力信号转化为电信号
再经过运算放大器进行信号放大
送至8位A/D转换器
然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号
再经单片机转换成LCD显示器可以识别的信息
最后显示输出
基于单片机的智能压力检测系统
选择的单片机是基于AT89C51单片机的测量与显示
将压力经过压力传感器变为电信号
再通过三运放放将电信号放大为标准信号为0-5V的电压信号
然后进入A/D转换器将模拟量转换为数字量
我们所采样的A/D转换器为ADC0832
ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片
其最高分辨可达256级
可以适应一般的模拟量转换要求
其内部电源输入与参考电压的复用
使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间
芯片转换时间仅为32μS
据有双数据输出可作为数据校验
以减少数据误差
转换速度快且稳定性能强
独立的芯片使能输入
使多器件挂接和处理器控制变的更加方便
通过DI数据输入端
可以轻易的实现通道功能的选择
正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线
分别是CS、CLK、DO、DI
但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的
所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用
为了提高单片机系统I/O口线的利用效率
利用单片机AT87C51的串行口和液晶显示屏LM016L来显示.
1.3智能压力传感器的发展方向
(1)向高智能高精度发展:
随着自动化生产程度的不断提高
对传感器的要求也在不断提高
必须研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性
目前能生产精度在万分之一以上的传感器的厂家为数很少
其产最也远远不能满足要求
(2)向高可靠性、宽温度范围发展:
传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能
研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是永久性的方向
提高温度范围历来是大课题
大部分传感器其工作范围都在一20℃~70℃
在军用系统中要求工作温度在一40OC一85OC范围
而汽车锅炉等场合要求传感器工作在一20OC~1200C
在冶炼、焦化等方面对传感器的温度要求更高
因此发展新兴材料(如陶瓷)的传感器将很有前途
(3)向微型化发展:
各种控制仪器设备的功能越来越人
要求各个部件体积能占位置越小越好
因而传感器本身体积也是越小越好
这就要求发展新的材料及加工技术
目前利用硅材料制作的传感器体积己经很小
如传统的加速度传感器是由重力块和弹簧等制成的
体积较大、稳定性差、寿命也短
而利用激光等各种微细加工技术制成的硅加速度传感器体积非常小、互换性可靠性都较好
(4)高智能化:
将压力传感器和单片机联系在一起
使其能够在实际应用中能更好地实现人机互换交流
增加仪器的数字化和智能化
1.4本文研究的内容
研究开发一个智能压力传感器
要实现的主要目标是:
1.系统地掌握单片机的开发设计过程
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
第二章系统总体方案设计
2.1系统任务描述
该系统的任务是能够测量出被测物的压力并能实时显示目标压力值和保存参数
并能和上位机进行通信
并具有较强的抗干扰能力
2.1.1控制系统要求
该控制系统要求满足以下几点要求:
(1)被测介质:
气体、液体及蒸气
(2)量程:
0Pa~500pa
(3)综合精度:
±0.25%FS
(4)供电:
24VDc(12~36VDC)
(5)介质温度:
-20~150℃
(6)环境温度:
-20~85℃
(7)当压力超过一定范围是可以报警
(8)能实时显示目标压力值和保存参数
并能和上位机进行通信
并具有较强的抗干扰能力
2.1.2主要仪器的比较选择
1、压力传感器的选择
压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分
由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出
给显示仪表显示压力值
或供控制和报警使用
力学传感器的种类繁多
如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等
而电阻应变式传感器具有悠久的历史
由于它具有结构简单、体积小、使用方便、性能稳定、可靠、灵敏度高动态响应快、适合静态及动态测量、测量精度高等诸多优点
因此是目前应用最广泛的传感器之一
电阻应变式传感器由弹性元件和电阻应变片构成
当弹性元件感受到物理量时
其表面产生应变
粘贴在弹性元件表面的电阻应变片的电阻值将随着弹性元件的应变而相应变化
通过测量电阻应变片的电阻值变化
可以用来测量各种参数
2、放大器的选择
被测的非电量经传感器得到的电信号幅度很小
无法进行A/D转换
必须对这些模拟电信号进行放大处理
为使电路简单便于调试
本设计采用三运算放大器
因为在具有较大共模电压的条件下
仪表放大器能够对很微弱的差分电压信号进行放大
并且具有很高的输入阻抗
这些特性使其受到众多应用的欢迎
广泛用于测量压力和温度的应变仪电桥接口、热电耦温度检测和各种低边、高边电流检测
3、A/D转换器的选择
目前单片机在电子产品中已得到广泛应用
许多类型的单片机内部已带有A/D转换电路
但此类单片机会比无A/D转换功能的单片机在价格上高几元甚至很多
我们采用一个普通的单片机加上一个A/D转换器
实现A/D转换的功能
这里A/D转换器可选ADC0832、ADC0809等;串行和并行接口模式是A/D转换器诸多分类中的一种
但却是应用中器件选择的一个重要指标
在同样的转换分辨率及转换速度的前提下
不同的接口方式会对电路结构及采用周期产生影响
对A/D转换器的选择我们通过比较ADC0809和ADC0832来决定
这两个转换器都是常见的A/D转换器
其中ADC0809的并行接口A/D转换器
ADC0832是串行接口A/D转换器
我们所做的设计选择ADC0832
A/D转换在单片机接口中应用广泛
串行A/D转换器具有功耗低、性价比较高、芯片引脚少等特点
4、主控制器的选择
单片机是一种在线式实时控制计算机
在线式就是现场控制
需要的是有较强的抗干扰能力
较低的成本
这也是和离线式计算机的(比如家用PC)的主要区别
它拥有基于复杂指令集(CISC)的单片机内核
虽然其速度不快
12个振荡周期才执行一个单周期指令
但其端口结构为准双向并行口
可兼有外部并行总线
故使其扩展性能非常强大
51的内部硬件预设
可用特殊功能寄存器对其进行编辑
2.1.3总体方案的选择
经过上述总结
本设计采用89C51单片机作为控制芯片
采用电阻应变片压力传感器采集压力信号
通过压力传感器将采集的压力信号转换成与之对应的电信号
经过ADC0832放大处理
通过89C51在LCD屏幕上显示压力数据
在超过压力限制时由蜂鸣器报警
2.2系统总体设计
2.2.1系统组成
图2.1智能压力传感器原理方框图
2.2.2基于单片机的智能压力检测的原理
本次设计是以单片机组成的压力测量
系统中必须有前向通道作为电信号的输入通道
用来采集输入信息
压力的测量
需要传感器
利用传感器将压力转换成电信号后
再经放大并经A/D转换为数字量后才能由计算机进行有效处理
然后用LCD进行显示
我们这次主要做的是A/D转换
单片机和显示
我们选用的A/D转换器是ADC0832
单片机为AT89C51
显示为液晶显示LCD
根据硬件电路编程
调试出来并显示结果
第三章压力传感系统硬件设计
3.1压力传感器
3.1.1金属应变片的工作原理
应变式压力传感器是把压力的变化转换成电阻值的变化来进行测量的
应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体
是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一
电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上
当基体受力发生应力变化时
电阻应变片也一起产生形变
使应变片的阻值发生改变
从而使加在电阻上的电压发生变化
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小
一般这种应变片都组成应变电桥
并通过后续的仪表放大器进行放大
再传输给处理电路(通常是A/D转换和CPU)显示或执行机构
其阻值随压力所产生的应变而变化
金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象
俗称为电阻应变效应
对于金属导体
一
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 单片机 压力传感器 毕业设计