基于单片机智能压力传感器系统
基于单片机智能压力传感器系统[20200128194103]
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。
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。
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。
摘 要 1
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:AT89C51单片机,压力传感器,A/D转换器,LCD显示
目 录
摘 要 1
一. 绪 论 2
（一） 前言 2
（二） 选题的背景和意义 2
（三） 智能压力传感器的发展方向 2
（四） 本文研究的内容 3
二. 系统总体方案设计 3
（一） 系统任务描述 3
1. 压力传感器的选择 3
2. 放大器的选择 4
3. A/D转换器的选择 4
4. 主控制器的选择 4
（二） 系统总体设计 4
1. 系统组成 4
2. 基于单片机的智能压力检测的原理 5
三. 压力传感系统硬件设计 5
（一） 压力传感器 5
1. 金属应变片的工作原理 5
2. 电桥电路的工作原理 5
（二） 信号放大电路 6
1. 三运放放大电路 6
（三） A/D转换器 7
1. A/D转换器的简介 7
2. 工作时序图 8
3. 单片机对ADC0832的控制原理 8
（四） 单片机 10
1. AT89C51单片机简介 10
（五） 液晶屏LCD简介 10
1. 字符的显示 10
2. LM016L引脚功能说明 10
四. 软件设计 11
（一） 软件程序组成 11
1. A/D转换器的软件设计 15
2. LCD数码管显示设计 15
五. proteus 仿真调试 16
（一） 绘制仿真原理图 16
（二） 开始仿真 16
（三） 实验总结 17
六. 总结 18
致谢 19
参考文献 19
附录一 20
附录二 21
一.绪 论
（一）前言
在科技高速发展的今天，传感器检测系统的智能化,集成化已成为其发展的两个重要的方面，而传感器检测系统智能化，集成化程度也主要取决于与之相结合的处理器的性能。具有数据处理能力，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开发和研究的热点。传感器技术是现代测量和自动化控制的重要技术之一。
现今的生活，传感器应用在各个领域。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。我国对传感器的研究和生产比较落后，由于智能传感器系统的研究起步较晚，离实际应用的要求差距还很大，尤其是用于压力测量的性能高、小体积、低成本智能传感器系统更是有待于进一步的开发。
（二）选题的背景和意义
近年来，随着微型计算机的快速发展及广泛应用，他的应用在人们的工作和日常生活中越来越普遍。工业生产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，为了安全生产，必须有效的控制生产过程中的压力、流量、温度等主要参数。由于压力的测量在生产过程中起着重要的作用，因此有必要准确测量压力的变化。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。
（三）智能压力传感器的发展方向
（1）向智能高，精度准发展: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、速度快的新型传感器以确保生产自动化的顺利。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，其产能最也远远不能满足要求。
（2）向可靠性高、温度范围广发展:传感器的可靠性直接影响到设备的抗干扰，准确性等性能，研发可靠性高、温度范围广的智能传感器将是未来的重点方向。提高温度范围历来是重点课题。
（3）向微型化发展:各种控制仪器设备的功能越来越强大，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。
（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。
（四）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。
二.系统总体方案设计
（一）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。
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。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、性能稳定、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。
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。
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。
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。
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。
摘 要 1
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:AT89C51单片机,压力传感器,A/D转换器,LCD显示
目 录
摘 要 1
一. 绪 论 2
（一） 前言 2
（二） 选题的背景和意义 2
（三） 智能压力传感器的发展方向 2
（四） 本文研究的内容 3
二. 系统总体方案设计 3
（一） 系统任务描述 3
1. 压力传感器的选择 3
2. 放大器的选择 4
3. A/D转换器的选择 4
4. 主控制器的选择 4
（二） 系统总体设计 4
1. 系统组成 4
2. 基于单片机的智能压力检测的原理 5
三. 压力传感系统硬件设计 5
（一） 压力传感器 5
1. 金属应变片的工作原理 5
2. 电桥电路的工作原理 5
（二） 信号放大电路 6
1. 三运放放大电路 6
（三） A/D转换器 7
1. A/D转换器的简介 7
2. 工作时序图 8
3. 单片机对ADC0832的控制原理 8
（四） 单片机 10
1. AT89C51单片机简介 10
（五） 液晶屏LCD简介 10
1. 字符的显示 10
2. LM016L引脚功能说明 10
四. 软件设计 11
（一） 软件程序组成 11
1. A/D转换器的软件设计 15
2. LCD数码管显示设计 15
五. proteus 仿真调试 16
（一） 绘制仿真原理图 16
（二） 开始仿真 16
（三） 实验总结 17
六. 总结 18
致谢 19
参考文献 19
附录一 20
附录二 21
一.绪 论
（一）前言
在科技高速发展的今天，传感器检测系统的智能化,集成化已成为其发展的两个重要的方面，而传感器检测系统智能化，集成化程度也主要取决于与之相结合的处理器的性能。具有数据处理能力，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开发和研究的热点。传感器技术是现代测量和自动化控制的重要技术之一。
现今的生活，传感器应用在各个领域。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。我国对传感器的研究和生产比较落后，由于智能传感器系统的研究起步较晚，离实际应用的要求差距还很大，尤其是用于压力测量的性能高、小体积、低成本智能传感器系统更是有待于进一步的开发。
（二）选题的背景和意义
近年来，随着微型计算机的快速发展及广泛应用，他的应用在人们的工作和日常生活中越来越普遍。工业生产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，为了安全生产，必须有效的控制生产过程中的压力、流量、温度等主要参数。由于压力的测量在生产过程中起着重要的作用，因此有必要准确测量压力的变化。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。
（三）智能压力传感器的发展方向
（1）向智能高，精度准发展: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、速度快的新型传感器以确保生产自动化的顺利。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，其产能最也远远不能满足要求。
（2）向可靠性高、温度范围广发展:传感器的可靠性直接影响到设备的抗干扰，准确性等性能，研发可靠性高、温度范围广的智能传感器将是未来的重点方向。提高温度范围历来是重点课题。
（3）向微型化发展:各种控制仪器设备的功能越来越强大，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。
（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。
（四）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。
二.系统总体方案设计
（一）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。
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。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、性能稳定、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。
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。
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