毕业设计-传感器-压力传感器.doc
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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 1 2.1设计任务 1 2.2设计要求 1 三、设计步骤及原理分析 1 3.1设计方法 1 3.2设计步骤 2 3.3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 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 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75~150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: 1~5和26~28(IN0~IN7):8路模拟量输入端。 8、14、15和17~21:8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。 23~25(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-CC LED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- 配套讲稿:
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