51單片機(jī)在智能壓力傳感器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 - 全文

在現(xiàn)代科技領(lǐng)域中，傳感器技術(shù)的地位越來越重要。本文主要論述了51單片機(jī)在智能壓力傳感器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以及對其發(fā)展的影響。研究的重點(diǎn)是智能壓力傳感器本身的穩(wěn)定性，結(jié)合51單片機(jī)和壓力傳感器，對壓力感器本身抗干擾能力有了改善的作用，也對壓力傳感器的智能化和標(biāo)準(zhǔn)化有了促進(jìn)作用。

　　引言

　　對目前所有兼容lntel 8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)，統(tǒng)l稱為51單片機(jī)。控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，因51單片機(jī)的應(yīng)用從根本上得到了改變?，F(xiàn)在正在用單片機(jī)通過軟件的方法，來實(shí)現(xiàn)采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，智能化的數(shù)字計(jì)算控制、模糊控制和自適應(yīng)控制可通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，從而改變自動控制中的PID調(diào)節(jié)。壓力傳感器，英文名稱是pressure transducer，它是指能感受壓力，并能將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器

　　1 智能壓力傳感器的特點(diǎn)

　　(1)測量范圍和功能都得到了擴(kuò)展，符合參數(shù)的測量及各種不同要求的測量都可以實(shí)現(xiàn)。

　　(2)靈敏度和測量精度得到了提高，微弱信號測量，各種校正和補(bǔ)償都可以進(jìn)行，也可以存取測量數(shù)據(jù)。

　　(3)測量的穩(wěn)定性和可能性得到提高，并不受外界干擾，對測量有選擇性地進(jìn)行，智能壓力傳感器高性能化。

　　(4)能夠自我診斷，對故障部位能準(zhǔn)確鎖定，故障狀態(tài)迅速識別。也能實(shí)現(xiàn)用硬件不能實(shí)現(xiàn)的功能。

　　(5)輸出形式和數(shù)字通信接口等很多，具有多樣性。

　　智能壓力傳感器或是壓力傳感器智能化，是都具有檢測和信息處理功能的傳感器。

　　2 智能壓力傳感器的采集和處理數(shù)據(jù)功能

　　對壓力傳感器輸出信號進(jìn)行預(yù)處理，這是壓力傳感器智能化之前必須要做的。由于具有種類繁多的被檢測信號，輸出信號也有模擬量、數(shù)字量和開關(guān)量等，MD轉(zhuǎn)換的輸入量并不是只由壓力傳感器輸出壓力傳感器輸出信號組成的，還必須要對電路將傳感器輸出信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的電壓信號或周期信號進(jìn)行預(yù)處理。

　　(1)采集數(shù)據(jù)。壓力傳感器信號經(jīng)過與處理成為A/D變換器所需要的點(diǎn)模擬信號，依賴于模擬轉(zhuǎn)換器(MD)的模擬典雅的數(shù)字化將輸入信號變換為數(shù)字信號，這些變化通過采樣、量化和編碼獲得。

　　(2)數(shù)據(jù)處理。A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換壓力傳感器的數(shù)據(jù)輸出信號，要根據(jù)需要加工處理所獲得的數(shù)字信號，如標(biāo)度變換、非線性補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償和數(shù)字濾波等這些軟件處理，否則是不能直接輸入微處理機(jī)供應(yīng)用程序使用。

　　以下幾方面都是數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容：① 收集數(shù)據(jù)，對所需要的信息匯總;②轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，把所需要的信息轉(zhuǎn)換成適用于微處理機(jī)使用的方式：③ 分組數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)有效分組，這種分組是按有關(guān)信息進(jìn)行的;④ 組織數(shù)據(jù)，為了便于處理和對誤差進(jìn)行修正，要對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理或是用其它方法安排;⑤ 計(jì)算數(shù)據(jù)，為得到進(jìn)一步的信息，要對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算;⑥存儲數(shù)據(jù)，對原始數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果要保存好，以便以后使用;⑦搜索數(shù)據(jù)。將結(jié)果通過提供有用格式的信息，按用戶的要求輸出。

　　3 以51單片機(jī)為核心智能壓力傳感器的設(shè)計(jì)

　　總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、敏感元件設(shè)計(jì)、傳感器工藝設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)等是智能壓力傳感器設(shè)計(jì)的主要過程，是根據(jù)對智能壓力傳感器提出的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。本篇文章作者從對智能壓力傳感器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)這兩方面作了介紹。

　　(1)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。半導(dǎo)體敏元件、放大器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、雙積分A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、接口電路、IEEE～488標(biāo)準(zhǔn)接口、存儲器以及部分外圍電路組合在一起形成了智能壓力傳感器。

　　(2)軟件設(shè)計(jì)?？刂瞥绦?、數(shù)據(jù)處理程序和輔助程序是以51單片機(jī)為核心智能壓力傳感器軟件構(gòu)成的三個方面。

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　　圖1 硅壓力傳感器的電路圖

　　功能多是智能壓力傳感器的重要特點(diǎn)，可采用兩種方式執(zhí)行：

　?、偎x功能的指令由用戶通過鍵盤發(fā)出;② 自動式，已編制好的數(shù)據(jù)采集與處理程序工作由內(nèi)部功能控制程序協(xié)調(diào)，或者外部信號的接收通過IEEE--488總線進(jìn)行，控制指令由智能壓力傳感器發(fā)出，再通過自校、跟蹤、越限報(bào)警、輸出打印、鍵盤、顯示、A/D轉(zhuǎn)換等電路和接1=I，從而保證智能壓力傳感器有序進(jìn)行工作。

　　根據(jù)圖2的源程序流程圖可設(shè)計(jì)：安裝好智能壓力傳感器一進(jìn)行標(biāo)定一將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字碼一存人E.PROM中一理想輸出。如圖3所示。

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　　圖2以51單片機(jī)為核心的智能壓力傳感器組成框圖

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　　圖3 智能傳感器源程序流程圖

　　通過對集成電路和傳感器的封接技術(shù)的利用，帶有感溫二極管的硅力敏元件與單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、接口電路等可由智能壓力傳感器部分混合集成和連接在一起，能自動修正和補(bǔ)償測試輸出的信號，程控、運(yùn)算和處理等功能整個系統(tǒng)中都存在，在環(huán)境溫度變化的場合都能長期穩(wěn)定。

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　　圖4 智能壓力傳感器修正、顯示流程圖

　　4 結(jié)論

　　智能壓力傳感器廣泛應(yīng)用于電子稱或商務(wù)測量等領(lǐng)域，它能精確地測量各種數(shù)值，是一種檢測壓力的智能儀器。為了使系統(tǒng)能直接顯示出壓力，智能化的完善可通過鍵盤控制，這就是本文設(shè)計(jì)的目的。