单片机智能压力检测系统设计与制作
摘 要压力检测仪控制系统指的是以单片机芯片作为控制器并结合其他必要功能模块的角色而实现的一种能够实现压力参数快速检测、检测数据高清晰显示以及超重报警等功能的智能压力检测自动控制系统，它的出现和普及大大改变了人们的生活方式，因此本次毕业设计将以单片机控制系统作为研究对象。在硬件系统上使用了目前在大学教学和市场上最受欢迎的51单片机作为控制器芯片，在其片外配置了HX711型高清晰度模数转换器、压力传感器以及LCD1602液晶屏等功能模块；在软件上通过C语言编写了程序代码，并通过Keil软件环境进行了程序代码的优化和编译。在硬件系统和软件系统都设计完毕后，对这款控制系统进行了大量的测试和优化，在测试过程中系统表现出了非常高的稳定性和使用价值，非常适合进行大量生产并逐步取代相关产品。
目录
一、 引言 1
（一） 压力检测仪器的发展背景 1
（二） 压力检测仪控制系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 主控单片机的对比与选择 2
（二） AT89C51单片机介绍 3
（三） HX711高精度AD转换芯片介绍 3
（四） LCD1602显示器概述 4
（五） 蜂鸣器 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 压力检测仪系统的系统结构框图设计 6
（二） 最小系统设计 6
1. 时钟电路设计 6
2. 复位电路设计 7
（三） 压力检测以及转换电路设计 7
（四） 显示器电路设计 8
（五） 蜂鸣器电路设计 8
四、 软件系统设计 9
（一） 压力检测仪系统的软件工作流程设计 9
（二） 单片机读取HX711工作流程图 10
（三） 显示器工作流程设计 10
五、 硬件调试 11
总 结 15
参考文献 16
致 谢 17
附录一 原理图,PCB图 18
附录二 元件列表 20
附录三 程序 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
引言
压力检测仪器的发展背景
本课题将要设计的这款压力检测仪控制系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，所谓的基于51单片机的压力检测仪控制系统实际上指的是在硬件结构上以51单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的传感器、按键模块以及显示屏等部分的驱动，实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于51单片机的压力检测仪控制系统。最早的用于实现压力测量功能的仪器或者称为器械早在很多年前就已经出现，这类传统意义上的压力检测仪全部采用机械结构来完成，当单片机技术还没有实现普遍化和生活化之前，使用机械结构来实现压力测量功能是主流方式，这种机械式压力检测仪所表现出的特点也是非常显著的，由于全部采用机械部件来组成整个结构，因此在外观上是非常庞大的，在使用过程中由于机械部件存在不可避免的摩擦和老损，因此需要定期地进行维护活着部件更换，另外由于全部采用机械结构，因此一旦投入使用就很难有办法进行功能升级或者系统优化，只能一直使用到报废，这就是传统压力检测仪的典型特点。
随着科学技术的飞速发展以及电子技术的空前的全民化，人们已经越来越不能满足于这种传统压力检测仪所能实现的功能，这时候单片机系统的出现打破了这一僵局，大部分压力检测仪的设计师们意识到唯有采用电子技术进行自动控制才能带来这种产品的全面发展，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的压力检测仪的开发与设计，由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，因此这种电子式的压力检测仪控制系统突破了传统机械式的单一功能性，不但实现了传统机械式的基本功能，更引入了显示、系统配置以及报警等新型功能，更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误压力检测仪产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现压力检测仪控制系统的二次甚至多次升级，这是传统机械式压力检测仪所无法实现的，另外由于这种电子式压力检测仪系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得最终推向市场后的压力检测仪控制系统表现出非常高的性价比，本课题就是采用单片机的芯片用来实现一能够检测压力的仪控制系统。
压力检测仪控制系统的国内外发展现状
电子式压力检测仪系统在国内外目前都已实现了全面化，由于各大企业对于生产压力检测仪系统产品的技术已经趋于成熟，而要实现更高的性能，还有很大的一段上升空间，因为随着微处理器技术的不断发展，64位处理器即将横空出世，一旦64位微处理器技术成熟并投向市场，将这种更高性能的微处理器替换掉目前的16位或者32位芯片，将能够快速地淘汰掉现有产品，到那时基于单片机的压力检测仪控制系统将能够实现更高精度的压力测量，目前国内外所能实现的最先进压力检测仪系统是32位的，大多采用ARM架构来实现，前不久美国芝加哥大学的一个兴趣小组采用了CM3架构微处理器作为主控，实现了一款能够实现8位精度的压力测量系统，同这也着为了实现更高性能的压力检测仪系统我们有很长一段路要走。
本文主要研究内容
本课题将以AT89C51单片机作为主控芯片，在其片外设计时钟电路和复位电路，通过这三者的配合实现51单片机的最小系统，通过最小系统实现对HX711模数转换器的驱动，实现对压力传感器输出数据的检测，并通过51单片机实现对LCD1602液晶屏的驱动，实现对压力测量数据的显示，同时本系统还配置了一个超重报警功能，当检测到的压力数据大于安全值时，单片机将驱动蜂鸣器进行报警。
方案选择及元器件介绍
（一）主控单片机的对比与选择
在进行系统的硬件和软件系统设计之前，首先要对系统所使用的主控单片机进行选取，在选取时主要应该对单片机的内部资源丰富度、成本高低、开发语言、使用熟练程度以及能够胜任本系统的功能指标等方面进行考核，经过三年的大学学习，我主要从以下两款单片机中进行对比和最终选取，第一是ATMEL公司生产的AT89C51单片机，第二个是德州仪器公司生产的MSP430系列单片机。
第一个方案是AT89C51单片机，该单片机是ATMEL公司在上世纪九十年代左右推出的一款数据宽度为8的高性能单片机，无论在成本还是内部资源上，都能够在如今低端单片机市场中独占鳌头，这主要归功于其4Kb大小的内部FLASH搭配着128字节的RAM，虽然ROM和RAM的存储容量不是很大，但是足够应用于一些中小型单片机系统中，此外AT89C51能够通过琦20根地址线对外部扩展的存储器进行寻址，这使得它也经常出现在一些大型系统中。在成本方面，目前市面上AT89C51单片机的平均成本位3元/PCS，这非常适合我们的学生实验，不会给系统带来高昂的成本负担。
目录
一、 引言 1
（一） 压力检测仪器的发展背景 1
（二） 压力检测仪控制系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 主控单片机的对比与选择 2
（二） AT89C51单片机介绍 3
（三） HX711高精度AD转换芯片介绍 3
（四） LCD1602显示器概述 4
（五） 蜂鸣器 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 压力检测仪系统的系统结构框图设计 6
（二） 最小系统设计 6
1. 时钟电路设计 6
2. 复位电路设计 7
（三） 压力检测以及转换电路设计 7
（四） 显示器电路设计 8
（五） 蜂鸣器电路设计 8
四、 软件系统设计 9
（一） 压力检测仪系统的软件工作流程设计 9
（二） 单片机读取HX711工作流程图 10
（三） 显示器工作流程设计 10
五、 硬件调试 11
总 结 15
参考文献 16
致 谢 17
附录一 原理图,PCB图 18
附录二 元件列表 20
附录三 程序 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
引言
压力检测仪器的发展背景
本课题将要设计的这款压力检测仪控制系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，所谓的基于51单片机的压力检测仪控制系统实际上指的是在硬件结构上以51单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的传感器、按键模块以及显示屏等部分的驱动，实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于51单片机的压力检测仪控制系统。最早的用于实现压力测量功能的仪器或者称为器械早在很多年前就已经出现，这类传统意义上的压力检测仪全部采用机械结构来完成，当单片机技术还没有实现普遍化和生活化之前，使用机械结构来实现压力测量功能是主流方式，这种机械式压力检测仪所表现出的特点也是非常显著的，由于全部采用机械部件来组成整个结构，因此在外观上是非常庞大的，在使用过程中由于机械部件存在不可避免的摩擦和老损，因此需要定期地进行维护活着部件更换，另外由于全部采用机械结构，因此一旦投入使用就很难有办法进行功能升级或者系统优化，只能一直使用到报废，这就是传统压力检测仪的典型特点。
随着科学技术的飞速发展以及电子技术的空前的全民化，人们已经越来越不能满足于这种传统压力检测仪所能实现的功能，这时候单片机系统的出现打破了这一僵局，大部分压力检测仪的设计师们意识到唯有采用电子技术进行自动控制才能带来这种产品的全面发展，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的压力检测仪的开发与设计，由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，因此这种电子式的压力检测仪控制系统突破了传统机械式的单一功能性，不但实现了传统机械式的基本功能，更引入了显示、系统配置以及报警等新型功能，更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误压力检测仪产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现压力检测仪控制系统的二次甚至多次升级，这是传统机械式压力检测仪所无法实现的，另外由于这种电子式压力检测仪系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得最终推向市场后的压力检测仪控制系统表现出非常高的性价比，本课题就是采用单片机的芯片用来实现一能够检测压力的仪控制系统。
压力检测仪控制系统的国内外发展现状
电子式压力检测仪系统在国内外目前都已实现了全面化，由于各大企业对于生产压力检测仪系统产品的技术已经趋于成熟，而要实现更高的性能，还有很大的一段上升空间，因为随着微处理器技术的不断发展，64位处理器即将横空出世，一旦64位微处理器技术成熟并投向市场，将这种更高性能的微处理器替换掉目前的16位或者32位芯片，将能够快速地淘汰掉现有产品，到那时基于单片机的压力检测仪控制系统将能够实现更高精度的压力测量，目前国内外所能实现的最先进压力检测仪系统是32位的，大多采用ARM架构来实现，前不久美国芝加哥大学的一个兴趣小组采用了CM3架构微处理器作为主控，实现了一款能够实现8位精度的压力测量系统，同这也着为了实现更高性能的压力检测仪系统我们有很长一段路要走。
本文主要研究内容
本课题将以AT89C51单片机作为主控芯片，在其片外设计时钟电路和复位电路，通过这三者的配合实现51单片机的最小系统，通过最小系统实现对HX711模数转换器的驱动，实现对压力传感器输出数据的检测，并通过51单片机实现对LCD1602液晶屏的驱动，实现对压力测量数据的显示，同时本系统还配置了一个超重报警功能，当检测到的压力数据大于安全值时，单片机将驱动蜂鸣器进行报警。
方案选择及元器件介绍
（一）主控单片机的对比与选择
在进行系统的硬件和软件系统设计之前，首先要对系统所使用的主控单片机进行选取，在选取时主要应该对单片机的内部资源丰富度、成本高低、开发语言、使用熟练程度以及能够胜任本系统的功能指标等方面进行考核，经过三年的大学学习，我主要从以下两款单片机中进行对比和最终选取，第一是ATMEL公司生产的AT89C51单片机，第二个是德州仪器公司生产的MSP430系列单片机。
第一个方案是AT89C51单片机，该单片机是ATMEL公司在上世纪九十年代左右推出的一款数据宽度为8的高性能单片机，无论在成本还是内部资源上，都能够在如今低端单片机市场中独占鳌头，这主要归功于其4Kb大小的内部FLASH搭配着128字节的RAM，虽然ROM和RAM的存储容量不是很大，但是足够应用于一些中小型单片机系统中，此外AT89C51能够通过琦20根地址线对外部扩展的存储器进行寻址，这使得它也经常出现在一些大型系统中。在成本方面，目前市面上AT89C51单片机的平均成本位3元/PCS，这非常适合我们的学生实验，不会给系统带来高昂的成本负担。
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