单片机的智能压力传感系统设计
摘 要本文选择了“智能压力传感器系统设计”作为研究课题，设计了一款以51单片机作为主要控制芯片的智能控制系统，实现了压力参数基本检测、检测数据高清晰显示以及超重报警等功能，使压力检测技术突破了目前市面上相关产品所存在的普遍弊端，降低了现有产品的功耗参数，大大提升了现有产品的性价比，实现了智能压力检测器控制系统的改进和优化，使得本次毕业设计非常有意义。
目录
一、 引言 1
（一） 压力检测仪器的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 整体设计 2
三、 元器件介绍 3
（一） 主控核心芯片 3
（二） AD转换芯片 4
（三） 字符点阵显示器 4
四、 硬件设计 5
（一） 单片机最小系统 5
1. 晶振电路 5
2. 复位电路 6
（二） 压力检测以及转换电路 6
（三） 字符点阵屏幕电路 7
（四） 报警器电路 8
（五） 按键电路 8
五、 软件设计 9
（一） 主程序 9
（二） 单片机读取HX711子程序 10
（三） 字符点阵屏幕子程序 10
六、 实物调试 11
七、 总结 11
参考文献 13
致 谢 14
附录一 源程序 15
附录二 电路原理图 20
附录三 实物图 21
附录四 元器件清单 22
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
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
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，这还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，本课题就将采用单片机芯片来实现一款压力检测仪控制系统。
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，同时也标志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
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的智能压力检测器控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在功能设计上，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。
整体设计
下图为智能压力检测器控制系统的硬件结构框图，其中单片机结合了由电阻电容按键组成的复位电路和晶振组成的时钟电路构成了51单片机最小系统，作为硬件和软件系统的核心模块，它实现了输入输出控制电平来对其他模块的控制作用；压力传感器用于实现对重物压力的检测并输出直流模拟电压值反应待测物体的压力大小；AD转换器采用HX711模块，将压力传感器输出的直流模拟电压转换成数字信号并传送给51单片机；报警模块采用蜂鸣器作为主要模块，用于发出蜂鸣式报警信号；液晶显示模块采用了LCD1602屏幕，通过这款具有32个字符显示能力的液晶屏对系统中的相关参数进行呈现。
图1 系统原理框图设计
元器件介绍
主控核心芯片
下图为本系统将要使用到的主控单片机——STC89C51芯片，通过这款单片机的控制作用将能够实现本系统的所有设计目标，下面对这款单片机进行详细的介绍。如图中的单片机实物图显示，这款单片机沿袭了经典单片机AT89C51的40管脚双排直插封装，不仅如此，各引脚的定义也和AT89C51一致，因此这两款单片机是相互兼容的，对于系统的设计是及其具有好处的。STC89C51单片机是由STC（台湾宏晶公司）在二十世纪初推向市场的，它的主要市场定位是高性价比的8位单片机，主要竞争对象则是ATMEL公司的AT89C51和AT89C52两款单片机，它的主要优势表现为在与AT89C51具有相同价格的前提下，用户能够享受到具有512字节的RAM，而AT89C51内部只有128字节的RAM；另外STC89C51单片机的运算速度能够达到48MHz之高，而AT8C951单片机最高只能够达到24MHz，仅通过这两项参数的对比，就可发现STC89C51单片机能够在市场上更具有竞争优势。
目录
一、 引言 1
（一） 压力检测仪器的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 整体设计 2
三、 元器件介绍 3
（一） 主控核心芯片 3
（二） AD转换芯片 4
（三） 字符点阵显示器 4
四、 硬件设计 5
（一） 单片机最小系统 5
1. 晶振电路 5
2. 复位电路 6
（二） 压力检测以及转换电路 6
（三） 字符点阵屏幕电路 7
（四） 报警器电路 8
（五） 按键电路 8
五、 软件设计 9
（一） 主程序 9
（二） 单片机读取HX711子程序 10
（三） 字符点阵屏幕子程序 10
六、 实物调试 11
七、 总结 11
参考文献 13
致 谢 14
附录一 源程序 15
附录二 电路原理图 20
附录三 实物图 21
附录四 元器件清单 22
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
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
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，这还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，本课题就将采用单片机芯片来实现一款压力检测仪控制系统。
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，同时也标志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
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的智能压力检测器控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在功能设计上，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。
整体设计
下图为智能压力检测器控制系统的硬件结构框图，其中单片机结合了由电阻电容按键组成的复位电路和晶振组成的时钟电路构成了51单片机最小系统，作为硬件和软件系统的核心模块，它实现了输入输出控制电平来对其他模块的控制作用；压力传感器用于实现对重物压力的检测并输出直流模拟电压值反应待测物体的压力大小；AD转换器采用HX711模块，将压力传感器输出的直流模拟电压转换成数字信号并传送给51单片机；报警模块采用蜂鸣器作为主要模块，用于发出蜂鸣式报警信号；液晶显示模块采用了LCD1602屏幕，通过这款具有32个字符显示能力的液晶屏对系统中的相关参数进行呈现。
图1 系统原理框图设计
元器件介绍
主控核心芯片
下图为本系统将要使用到的主控单片机——STC89C51芯片，通过这款单片机的控制作用将能够实现本系统的所有设计目标，下面对这款单片机进行详细的介绍。如图中的单片机实物图显示，这款单片机沿袭了经典单片机AT89C51的40管脚双排直插封装，不仅如此，各引脚的定义也和AT89C51一致，因此这两款单片机是相互兼容的，对于系统的设计是及其具有好处的。STC89C51单片机是由STC（台湾宏晶公司）在二十世纪初推向市场的，它的主要市场定位是高性价比的8位单片机，主要竞争对象则是ATMEL公司的AT89C51和AT89C52两款单片机，它的主要优势表现为在与AT89C51具有相同价格的前提下，用户能够享受到具有512字节的RAM，而AT89C51内部只有128字节的RAM；另外STC89C51单片机的运算速度能够达到48MHz之高，而AT8C951单片机最高只能够达到24MHz，仅通过这两项参数的对比，就可发现STC89C51单片机能够在市场上更具有竞争优势。
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