基于51單片機(jī)的智能壓力傳感器設(shè)計(jì) - 全文

　　0 引言

　　對(duì)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)。Intel的8031單片機(jī)是51單片機(jī)的始祖。8031單片機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一。隨著Flash rom技術(shù)的發(fā)展，它也得到了不斷的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中ATMEL公司的AT89系列，是8031單片機(jī)中最有代表性的型號(hào)。51單片機(jī)是基礎(chǔ)入門(mén)的一個(gè)單片機(jī)，也是應(yīng)用最廣泛的一種，在目前乃至今后很長(zhǎng)的一段時(shí)問(wèn)內(nèi)。51系列的兼容機(jī)型都將占有大量的市場(chǎng)。

　　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(guò)軟件的方法，來(lái)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(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而改變自動(dòng)控制中的PID調(diào)節(jié)。隨著單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的微控制技術(shù)將不斷發(fā)展完善。

　　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(hào)的傳感器。壓力傳感器在工業(yè)實(shí)踐中很常用，各種工業(yè)自控環(huán)境中應(yīng)用很廣，涉及的行業(yè)也很多，像水利水電、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、石化、電力、船舶、管道等行業(yè)都有涉及到。

　　1 智能壓力傳感器的特點(diǎn)

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

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

　?。?）測(cè)量的穩(wěn)定性和可能性得到提高，并不受外界干擾，對(duì)測(cè)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(duì)故障部位能準(zhǔn)確鎖定，故障狀態(tài)迅速識(shí)別。也能實(shí)現(xiàn)用硬件不能實(shí)現(xiàn)的功能。

　?。?）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(cè)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(duì)壓力傳感器輸出信號(hào)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(lèi)繁多的被檢測(cè)信號(hào)，輸出信號(hào)也有模擬量、數(shù)字量和開(kāi)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(hào)組成的，還必須要對(duì)電路將傳感器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的電壓信號(hào)或周期信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。

　　（1）采集數(shù)據(jù)。壓力傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)與處理成為A／D變換器所需要的點(diǎn)模擬信號(hào)，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(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，這些變化通過(guò)采樣、量化和編碼獲得。

　?。?）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(hào)，要根據(jù)需要加工處理所獲得的數(shù)字信號(hào)，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(duì)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(duì)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(duì)誤差進(jìn)行修正，要對(duì)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算；⑥存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)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(guò)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(guò)程，是根據(jù)對(duì)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(duì)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。

　?。?）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。半導(dǎo)體敏元件、放大器、轉(zhuǎn)換開(kāi)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(chǔ)器以及部分外圍電路組合在一起形成了智能壓力傳感器。

　?。?）軟件設(shè)計(jì)?？刂瞥绦颉?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(gè)方面。

　　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(guò)鍵盤(pán)發(fā)出；② 自動(dòng)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(hào)的接收通過(guò)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(guò)自校、跟蹤、越限報(bào)警、輸出打印、鍵盤(pán)、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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字碼一存人E.PROM中一理想輸出。如圖3所示。

　　圖3 智能傳感器源程序流程圖

　　通過(guò)對(duì)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(dòng)修正和補(bǔ)償測(cè)試輸出的信號(hào)，程控、運(yùn)算和處理等功能整個(gè)系統(tǒng)中都存在，在環(huán)境溫度變化的場(chǎng)合都能長(zhǎng)期穩(wěn)定。

　　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(cè)量等領(lǐng)域，它能精確地測(cè)量各種數(shù)值，是一種檢測(cè)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(guò)鍵盤(pán)控制，這就是本文設(shè)計(jì)的目的。