传感器课程设计--压力计的设计

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1、 1 一、一、概述概述 1.1、相关背景和应用简介 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

2、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。 1.2 总体设计方案 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。原理图如图 1-1 所示 图 1-1 压力计原理方框图 压

3、力 传感器 LED 显示屏 单片机 A/D转换 电信号测量 2 图 2-1 数字压力计系统硬件设计框图 二、二、硬件电路的设计硬件电路的设计 2.1 传感器的选型 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

4、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 75150 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） 2.2 传感器接口电路设计 最小系统 复位电路 A/D 转换电路 测量电压输入 显示系统 A T89C51 P0 P1 P1 P2 3 MPX4115 内部原理图如图 2-2 所示： 图 2-2 内部原理图 2.3 单片机最小系统设计 选用的

5、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 端口，同时作为过压及欠压的报警电路使用。具体最小系统设计如图 3-1 所示： 4 2.4 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

6、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。 5 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： 15 和 2628（IN0IN7） ：8 路模拟量输入端。 8、14、15 和 1721：8 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） 。