目錄25612_WPSOffice_Level11引言 110742_WPSOffice_Level11.1研究背景及意義 126392_WPSOffice_Level11.2壓力檢測(cè)系統(tǒng)研究狀況 219521_WPSOffice_Level12系統(tǒng)的分析以及總體方案設(shè)計(jì) 311146_WPSOffice_Level12.1基于單片機(jī)的壓力檢測(cè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 329712_WPSOffice_Level12.2壓力檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 42961_WPSOffice_Level22.2.1實(shí)時(shí)壓力測(cè)量顯示方案 425612_WPSOffice_Level22.2.2實(shí)時(shí)壓力監(jiān)控預(yù)警方案 410742_WPSOffice_Level23系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 42961_WPSOffice_Level33.1單片機(jī)選擇 425612_WPSOffice_Level33.2單片機(jī)晶振電路和復(fù)位電路 510742_WPSOffice_Level33.3數(shù)據(jù)采集模塊 626392_WPSOffice_Level33.4人機(jī)交互模塊 1019521_WPSOffice_Level33.5聲光報(bào)警模塊 1111146_WPSOffice_Level33.6電源供電模塊 1226392_WPSOffice_Level24軟件程序設(shè)計(jì) 1229712_WPSOffice_Level34.1軟件開發(fā)環(huán)境 1228492_WPSOffice_Level34.2I/O端口分配 1310082_WPSOffice_Level34.3軟件主程序構(gòu)架 1318735_WPSOffice_Level34.4主要功能子程序的設(shè)計(jì) 1519521_WPSOffice_Level25系統(tǒng)調(diào)試 2028493_WPSOffice_Level35.1數(shù)據(jù)采集調(diào)試 2023895_WPSOffice_Level35.2聲光報(bào)警調(diào)試 2110555_WPSOffice_Level35.3軟件調(diào)試 217667_WPSOffice_Level35.4實(shí)物展示 2128492_WPSOffice_Level16結(jié)論 2310082_WPSOffice_Level1致謝 25基于單片機(jī)的壓力檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)摘要：該設(shè)計(jì)是通過壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后經(jīng)過放大電路去放大，然后再經(jīng)過經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器，將輸入的模擬信號(hào)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過單片機(jī)處理之后，最終在顯示輸出。本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)的，不僅具有精度高、而且具有功能強(qiáng)等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。本次課題設(shè)計(jì)的壓力檢測(cè)裝置具有壓力檢測(cè)、壓力存儲(chǔ)等諸多功能。本次設(shè)計(jì)的壓力檢測(cè)系統(tǒng)的壓力檢測(cè)范圍為0到10kg，測(cè)量精度最高可以達(dá)到10g，具有高精度以及低廉成本，容易人們攜帶等特點(diǎn)。采用LCD12864液晶顯示測(cè)量結(jié)果。該檢測(cè)裝置的電路簡單，使用時(shí)間長，應(yīng)用范圍較廣等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：壓力傳感器；24位A/D轉(zhuǎn)換器；LCD12864液晶

DesignofPressureDetectionDeviceBasedonSingleChipMicrocomputerAbstract：Thedesignconvertspressuresignalintoelectricalsignalthroughpressuresensor,thenamplifiesit,convertsanalogsignalintodigitalsignalthroughA/Dconverter,andthenconvertsitintoLCDliquidcrystalidentifiableinformationthroughMCU,andfinallydisplaystheoutput.Afterinitialization,thethresholdcanbereset,andthesystemcanstoredatawithineightyearsmanually.Accordingtotheprincipleofzerocompensationandnon-linearcompensationofpressuresensor,thehardwarecircuitofpressuresensorisdesignedandimplementedbysinglechipmicrocomputer,whichhasmanyadvantagessuchashighprecisionandstrongfunction.However,duetoitsownstability,itsmeasurementresultsstillhaveerrors.Thepressuredetectiondevicedesignedinthissubjecthasthefunctionsofpressuredetection,pressurestorage,etc.Thepressuredetectionrangeofthesystemis0-10KG,themeasurementaccuracycanreach10g,andthesystemhasthecharacteristicsofhighaccuracy,lowcost,easycarryingandthelike.LCD12864isusedtodisplaythemeasurementresults.Thedetectiondevicehasthecharacteristicsofsimplecircuit,longservicetime,wideapplicationrangeandthelike.Keywords:Pressuretransducer;A/Dconverter;LCD12864引言1.1研究背景及意義在煤炭工業(yè)、制藥工業(yè)、金屬加工、鋼鐵工業(yè)、供水、化工行業(yè)中，壓力是在生產(chǎn)中的重要參數(shù)。實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)代化，給生產(chǎn)和設(shè)備安全運(yùn)行帶來了壓力或控制的必要條件。所以說，提高壓力檢測(cè)技術(shù)受到各行業(yè)的高度重視。所以傳感器作為采集物理量的一種裝置，捕獲例如重量、加速度、壓力、溫濕度、等等一些數(shù)據(jù)。根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則，把這些采集的信息被轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)或者其他的信號(hào)，經(jīng)過對(duì)輸出信號(hào)的測(cè)量和標(biāo)定就可以把不容易被我們監(jiān)測(cè)到的物理量轉(zhuǎn)化為一個(gè)具體的數(shù)據(jù)，這樣就達(dá)到了數(shù)據(jù)的傳輸、儲(chǔ)存和處理與顯示等的要求，并且這也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和自動(dòng)監(jiān)測(cè)的第一個(gè)環(huán)節(jié)[1]。在電子機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域以及其他的領(lǐng)域中傳感器的地位更是越來越的重要了。這些年以來來，隨著傳感器技術(shù)的深入、研究開發(fā)，加速度傳感器大大降低了成本，傳感器的精度和穩(wěn)定性等其他方面也在進(jìn)一步提高，所以在新事物的興起、智能便攜設(shè)備、智能家居生態(tài)系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)等許多廣泛應(yīng)用的新領(lǐng)域，傳感器是不可或缺的一部分。在各種各樣的傳感器當(dāng)中，壓力傳感器是最為常用的傳感器之一，市場(chǎng)占有率很高，在環(huán)境、石化工業(yè)、工業(yè)自動(dòng)化智能交通、智能搬運(yùn)設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)、航空航天工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著不可替代的作用。在很多領(lǐng)域壓力傳感器的應(yīng)用非常的多。在一些特大型化工項(xiàng)目中，基本上包括了所有壓力傳感器的一些應(yīng)用：壓力差值、壓力大小、微差壓、高低溫等。壓力傳感器的優(yōu)點(diǎn)是：體積小，重量輕，靈敏度高，使用壽命長，價(jià)格低廉等?，F(xiàn)在伴隨著新的傳感器制造工藝的不斷提升和進(jìn)一步發(fā)展提高，使得傳感器的應(yīng)用集成化更加的廣泛了，而且美國歐洲國家的平面工藝與立體加工相輔相成使得壓力傳感器的加工技術(shù)日趨完善，非常方便讓單片機(jī)高度集成化。但是，現(xiàn)階段我國發(fā)展生產(chǎn)中的壓力——尤其是在精度和穩(wěn)定性上處于低端，不高。這個(gè)主要原因就是受到傳感器制造工藝的局限性以及外國對(duì)高精度傳感器制造工藝的封鎖。所以說在短時(shí)間狀況內(nèi)，我們很難制造出精度非常高的能與之媲美的壓力傳感器，因此我們中國只能從傳感器系統(tǒng)得集成和校正算法上面進(jìn)行去考慮對(duì)壓力傳感器的精度進(jìn)行補(bǔ)償以及進(jìn)一步提高。1.2壓力檢測(cè)系統(tǒng)研究狀況中國在上個(gè)世紀(jì)60年代就已開始涉及到了傳感器制造行業(yè)，而且在70年代年就已經(jīng)組建成立了我國首批批壓阻傳感器研制及生產(chǎn)單位。中國在上個(gè)世紀(jì)80年代就已經(jīng)將傳感器列入國家的高新技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一，通過“九五”和“十五”的攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)建設(shè)，截止到現(xiàn)在我國已經(jīng)有大約2000多家企業(yè)單位從事傳感器方面的研制、生產(chǎn)工作。但是因?yàn)橹袊?jīng)濟(jì)發(fā)展水平有限以及生產(chǎn)研發(fā)資金的不足，中國傳感器行業(yè)總體技術(shù)水平還是處于相對(duì)比較落后的狀態(tài)，傳感器規(guī)模以及應(yīng)用領(lǐng)域還不是非常大。當(dāng)今社會(huì)高度活躍在國際傳感器市場(chǎng)之上的依舊是是美國、英國、俄羅斯等工業(yè)化國家的大公司。在這些歐美發(fā)達(dá)國家里，各種各樣的傳感器的使用用范圍十分廣泛，不僅僅使用壓力傳感器，其他的傳感器應(yīng)用也非常多。與這些國家比較來說，我國傳感器的運(yùn)用范疇還不夠?qū)挘S多傳感器方面的使用還在停留在工業(yè)測(cè)量和控制等比較基礎(chǔ)應(yīng)用領(lǐng)域。在21世紀(jì)傳感器的運(yùn)用非常普遍，種種微電子技術(shù)的發(fā)展都離不開傳感器。可以想象將來的傳感器會(huì)有更加廣闊的發(fā)展空間，將會(huì)向著小型化、高度集成化、智能化、多功能化、數(shù)字化不斷發(fā)展。傳感器的性能將更能符合國家的標(biāo)準(zhǔn)，更加適合在市場(chǎng)中去推廣。而那些比較傳統(tǒng)的傳感器最終會(huì)被替代。

2系統(tǒng)的分析以及總體方案設(shè)計(jì)2.1基于單片機(jī)的壓力檢測(cè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)壓力檢測(cè)系統(tǒng)裝置主要由五個(gè)部分組成：

1、數(shù)據(jù)采集部分。這個(gè)部分的主要作用就是將檢測(cè)到的模擬信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。2、信號(hào)處理部分。這個(gè)部分就是使用了單片機(jī)來作為信息處理，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)分析運(yùn)算以及并發(fā)出控制命令。3、矩陣鍵盤部分。這個(gè)部分就是由一個(gè)4*3的矩陣鍵盤以及液晶顯部分示所構(gòu)成的。通過這個(gè)4*3矩陣鍵盤就可以對(duì)單片機(jī)進(jìn)行下達(dá)指令從而達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的控制的目的。4、聲光報(bào)警部分。這個(gè)部分的主要作用就是是當(dāng)報(bào)警程序開始啟動(dòng)時(shí)，蜂鳴器就可以發(fā)出響聲、發(fā)光二極管會(huì)被點(diǎn)亮。5、USB供電部分。這個(gè)部分就是通過USB接到電源上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供電，單片機(jī)程序同時(shí)也可以通過USB線串行下載。通過按鍵開關(guān)操作就可以實(shí)現(xiàn)控制電源是不是被接通，從而來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常運(yùn)營。圖2.1壓力檢測(cè)系統(tǒng)框圖2.2壓力檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案實(shí)時(shí)壓力測(cè)量和實(shí)時(shí)壓力監(jiān)控預(yù)警這兩個(gè)部分是實(shí)現(xiàn)其他一些功能的最基本的條件，而且這兩個(gè)部分性系統(tǒng)能的好與不好影響到到整個(gè)系統(tǒng)的性能。2.2.1實(shí)時(shí)壓力測(cè)量顯示方案系統(tǒng)中的壓力的檢測(cè)，采用量程為10kg的高精度電阻應(yīng)變式壓力傳感器。通過壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后經(jīng)過放大，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過單片機(jī)處理，最終顯示輸出結(jié)果。壓力傳感器在經(jīng)過單片機(jī)復(fù)位后將自動(dòng)校準(zhǔn)歸零。再次放上物體進(jìn)行壓力測(cè)量時(shí)，液晶顯示部分可以實(shí)時(shí)顯示出當(dāng)前被測(cè)量東西的質(zhì)量，而且使用者是可以根據(jù)需求把壓力值進(jìn)行手動(dòng)存儲(chǔ)的，還可以通過按鍵查詢所存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)。2.2.2實(shí)時(shí)壓力監(jiān)控預(yù)警方案為了可以實(shí)時(shí)監(jiān)控壓力大小狀況，首先先在程序中設(shè)定臨界值為9.999kg，當(dāng)系統(tǒng)開啟后默認(rèn)的臨界值就是9.999kg。使用者可以根據(jù)需求通過按鍵的操作，0.000-9.999kg范圍內(nèi)修改臨界值的大小。然后按下確認(rèn)鍵就可以完成臨界值重新設(shè)置的操作。把需要測(cè)量的物體放在托盤之上，當(dāng)壓力超出了所設(shè)定的壓力值時(shí)，那么系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，蜂鳴器發(fā)出響聲。被測(cè)物體的壓力，經(jīng)過壓力傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)再輸出給單片機(jī)，然后運(yùn)算處理，來判斷檢測(cè)到的壓力和臨界值，如果壓力值大于臨界值，那么系統(tǒng)就會(huì)顯示出此時(shí)壓力值的大小狀況，并發(fā)出一個(gè)報(bào)警提示，如果壓力值小于所設(shè)置的臨界值則在液晶上正常顯示當(dāng)前壓力值的大小。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)選擇Intel公司推出MCS-51系列單片機(jī)以后，全球諸多著名的半導(dǎo)體廠商相繼生產(chǎn)與51系列兼容的單片機(jī)，使得單片機(jī)型號(hào)不斷增加，功能不斷增強(qiáng)，品種不斷豐富[3]。經(jīng)過綜合考慮采用STC89C51單片機(jī)是一個(gè)比較好的選擇，因?yàn)檫@個(gè)單片機(jī)功耗和性能比較好。3.2單片機(jī)晶振電路和復(fù)位電路（1）晶振電路因?yàn)閱纹瑱C(jī)和晶振組成的振蕩電路中會(huì)產(chǎn)生偕波。偕波會(huì)降低電路中時(shí)鐘振蕩器的穩(wěn)定性和可靠性。所以說為了整體電路的穩(wěn)定性和可靠性，該系統(tǒng)采用了一個(gè)12MHZ的晶振。圖3.2單片機(jī)時(shí)鐘原理圖（2）復(fù)位電路這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)有了電源開關(guān)鍵，所以可以使用上電自動(dòng)復(fù)位方式進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位的主要功能就是使單片機(jī)至0000H單元去開始運(yùn)行程序。51單片機(jī)在高電平進(jìn)行復(fù)位，在給單片機(jī)加上一個(gè)5V電源啟動(dòng)時(shí)的情況時(shí)：這個(gè)時(shí)候電容充電就是相當(dāng)于短路了，那么我們就可以認(rèn)為RST上的電壓就是電源的電壓值大小，而這個(gè)時(shí)候單片機(jī)就我們所說的復(fù)位的狀態(tài)了。電容的主要作用就是緩沖使RST端保持高電平一段時(shí)間，來達(dá)到有效的復(fù)位。圖3.3單片機(jī)復(fù)位原理圖3.3數(shù)據(jù)采集模塊這個(gè)部分由于輸出電壓信號(hào)比較小，所以就需要使用用HX711轉(zhuǎn)換部分中的可編程放大器進(jìn)行放大處理。放大后的模擬電壓信號(hào)經(jīng)24位A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)之后，通過2線串行的方式和單片機(jī)進(jìn)行通信，然后就可以完成數(shù)據(jù)的采集工作了。數(shù)字采集部分原理圖如圖3.4所示。圖3.4數(shù)據(jù)采集模塊圖3.3.1壓力傳感器（1）壓力傳感器的選擇壓力對(duì)系統(tǒng)是選擇壓力傳感器的一個(gè)重要因素，即考慮范圍和參數(shù)，也考慮性價(jià)比和兼容性等。將壓力傳感器將所測(cè)出的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成容易測(cè)量的電信號(hào)輸出，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)過單片機(jī)處理之后傳送給液晶顯示壓力值。壓力傳感器的種類有十分繁多，思量考慮該設(shè)計(jì)采取電阻應(yīng)變式傳感器較為合適。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)變換為△R/R之后，因?yàn)閴毫鞲衅髟诠ぷ鲿r(shí)應(yīng)變片的形變量非常小，所以會(huì)導(dǎo)致電阻變化很小，測(cè)量得到的結(jié)果不一定準(zhǔn)確，并且由于結(jié)果數(shù)值非常小，導(dǎo)致我們處理起來將會(huì)困難重重。所以我們可以把測(cè)量結(jié)果經(jīng)過一些電路將電阻變化或形變量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，以此來提高測(cè)量效率和精確度[6]。這個(gè)地方一般會(huì)選用測(cè)量電橋作為轉(zhuǎn)換的電路。此處的測(cè)量電橋選用直流電橋，并且根據(jù)系統(tǒng)需求還需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理。R1、R2、R3和R4組成惠更斯電橋，將兩對(duì)電阻應(yīng)變片的電阻阻值大小變化情況轉(zhuǎn)變成輸出電壓，它的工作原理如圖3.5所示。。圖3.5測(cè)量電橋原理圖(2)電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量原理電阻應(yīng)變式壓力傳感器的內(nèi)部線路采用了惠更斯電橋，彈性體由于承受載荷產(chǎn)生變形的時(shí)候，轉(zhuǎn)換元件、也會(huì)變形，其電阻阻值就會(huì)發(fā)生變化，因此使電橋失去平衡，產(chǎn)生相應(yīng)的差動(dòng)信號(hào)，供后續(xù)電路進(jìn)行測(cè)量與處理[2]。電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量的原理圖如圖3.6所示圖3.6電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量結(jié)構(gòu)圖當(dāng)外界環(huán)境施加一個(gè)垂直的壓力F作用于金屬橫梁上的時(shí)候，橫梁就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比較小的形變，電阻應(yīng)變片R1、R3就會(huì)因?yàn)槭艿綁毫澙欤渥柚稻蜁?huì)變高；R2、R4受到壓力伸縮，其阻值就會(huì)變小。電橋就會(huì)失去平衡，從而產(chǎn)生不平衡電壓，不平衡電壓和作用在傳感器上的載菏P成正比，從而將非電量轉(zhuǎn)化成電量輸出[7]。（3）電阻應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)電阻應(yīng)變式壓力傳感器是將所測(cè)物體壓力的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化來進(jìn)行測(cè)量的。通常是將應(yīng)變片通過特殊的方式使其緊密的粘合在應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也跟著產(chǎn)生形變，應(yīng)變片的阻值也改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化[7]。電阻應(yīng)變片主要由四個(gè)重要部分所構(gòu)成的本結(jié)構(gòu)如圖3.7所示，圖3.7電阻應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)3.3.2信號(hào)放大電路放大環(huán)節(jié)要有100倍上下的增益才能滿足要求。所以說根據(jù)這個(gè)設(shè)計(jì)的實(shí)際需求增益設(shè)置為100上下就可以了。比如說傳感器的應(yīng)變片電阻值為200Ω，靈敏系數(shù)K為3，彈性體在額定載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?000ε，則應(yīng)變電阻相對(duì)變化率為：ΔR/R=K×ε=3×1000×10－6=0.003（3-1）通過3-1我們可以看出電阻變化ΔR只有0.6Ω，這個(gè)數(shù)值是比較小的。數(shù)字過小不容易被我們測(cè)量以及去進(jìn)一步的處理。所以說我們要去設(shè)計(jì)一個(gè)放大電路把數(shù)據(jù)進(jìn)行放大處理，結(jié)合設(shè)計(jì)的要求我們使用了型號(hào)結(jié)合了HX711的A/D轉(zhuǎn)換器的放大電路。設(shè)計(jì)的電路圖如圖3.8如下所示：圖3.8放大電路3.3.4A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換芯片種類繁多，最為常見的屬于串行和并行接口模式，接口模式是選擇器件的一項(xiàng)重要指標(biāo)。按照系統(tǒng)的精度要求和分析對(duì)照，該次設(shè)計(jì)采用了一個(gè)的24位A/D轉(zhuǎn)換器，型號(hào)為HX711。這個(gè)轉(zhuǎn)換器與同類型其它芯片相比有以下優(yōu)點(diǎn)：該芯片集成了包含穩(wěn)壓電源等外圍的電路，并且還具有集成度比較高、響應(yīng)速度比較快、抗干擾能力比較強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還降低了系統(tǒng)的成本，提高了整體的性能以及可靠性等等。3.4人機(jī)交互模塊3.4.1液晶顯示單元本次設(shè)計(jì)采用了12864液晶顯示來作為顯示所測(cè)量的壓力值大小，其管腳圖如下圖3.9所示圖3.912864液晶3.4.2矩陣鍵盤單元4*3矩陣鍵盤包含有上、下、左、右四個(gè)方向的選擇按鍵，以及加、減按鍵和六個(gè)功能按鍵。存儲(chǔ)按鍵和調(diào)零按鍵的主要分別是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和歸零的，使得當(dāng)前壓力數(shù)值變成為0kg；“更改閾值”按鍵用來修改系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的臨界值9.999kg；使用者可以使用返回按鍵就可以讓當(dāng)前的操作返回到上一級(jí)；確認(rèn)按鍵的主要作用就是用來將其中的功能進(jìn)行確定，然后發(fā)送給系統(tǒng)，執(zhí)行相關(guān)的程序。行信號(hào)為輸入的信號(hào)，處于低電平就有效，高電平是無效的；而列信號(hào)就是我們說的輸出信號(hào)。如果沒有按鍵按下的時(shí)候，就算行掃描輸入了一個(gè)或者多個(gè)低電平信號(hào)，列信號(hào)依舊為高電平，而不會(huì)改變電平的高低；如果行掃描為低電平并且有鍵按下的時(shí)候，因此對(duì)應(yīng)的列輸出就肯定是低電平了。圖3.104*3矩陣鍵盤電路3.5聲光報(bào)警模塊報(bào)警電路選用了8550PNP型三極管，基極為低電平時(shí)就會(huì)導(dǎo)通，如果測(cè)量物體的重量超過了量程的時(shí)候，beep和alert就會(huì)給出低電平信號(hào)，然后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。圖3.11聲光報(bào)警電路圖3.6電源供電模塊該次設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)都是通過USB接口進(jìn)行來實(shí)現(xiàn)電源的供電的，系統(tǒng)所需要的源的電壓值一般是5V，過低過高的電壓對(duì)系統(tǒng)可能會(huì)損壞系統(tǒng)。系統(tǒng)接通電源以后電源的指示燈就被點(diǎn)亮，系統(tǒng)就開始正常的工作；斷電之后電源指示燈就立即熄滅，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)停止運(yùn)行。圖3.12電源供電模塊電路4軟件程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的軟件部分是由主程序部分、A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)子程序部分、LCD顯示子程序部分、歷史查詢子程序部分、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析子程序部分、等構(gòu)成。當(dāng)系統(tǒng)開始工作時(shí)，單片機(jī)對(duì)各路電壓、電流采樣及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，并實(shí)時(shí)顯示。與此同時(shí)，在測(cè)試過程當(dāng)中，監(jiān)控壓力值的大小狀況，從而達(dá)到有效而又及時(shí)預(yù)警作用。4.1軟件開發(fā)環(huán)境借助該系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，Kellyμvision4憑借語言在開發(fā)、維護(hù)、結(jié)構(gòu)和可讀性方面的傳統(tǒng)、語言和語法，自然具有顯著提高效率和項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)間的優(yōu)勢(shì)，可以大大的提高工作效率和項(xiàng)目開發(fā)周期，KeilC51可以很好的為8051單片機(jī)的軟件開發(fā)提供C語言環(huán)境，而且還具有高效率匯編代碼等諸多優(yōu)點(diǎn)。圖4.1KeilμVision4開發(fā)界面因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)對(duì)于性能的要求不是特別的高，所以說采用C語言進(jìn)行編寫單片機(jī)程序比較合適。通過對(duì)編譯選項(xiàng)的設(shè)置，Keil軟件可以在編譯鏈接后自動(dòng)生成HEX16進(jìn)制文件，方便單片機(jī)程序的直接燒寫。4.2I/O端口分配STC89C51RC共有40只引腳，P0~P3四個(gè)引腳組各有8只引腳[6]。對(duì)于該系統(tǒng)而言，引腳數(shù)量還是十分夠用的。4.3軟件主程序構(gòu)架這個(gè)部分的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要由五個(gè)部分構(gòu)成，軟件程序主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)這些功能模塊的控制。程序開始執(zhí)行的時(shí)候，首先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作，這個(gè)部分包含參數(shù)的初始化、IO端口的初始化以及器件的初始化三個(gè)操作。參數(shù)的初始化操作就是對(duì)系統(tǒng)中的一些參數(shù)進(jìn)行初始化；IO端口的初始化就是將所有IO的電平和功能設(shè)置為關(guān)閉的狀態(tài)，從而防止誤操作的發(fā)生；器件的初始化就是對(duì)外圍的A/D轉(zhuǎn)換芯片、模擬開關(guān)、LCD液晶部分進(jìn)行初始化操作，從而保證器件能夠正常工作。如果在這個(gè)過程當(dāng)中發(fā)生了錯(cuò)誤，就會(huì)調(diào)用報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。開始開始LLCD初始化顯示功能界面顯示功能界面 讀數(shù)據(jù) 讀數(shù)據(jù) No Yes執(zhí)行功能執(zhí)行功能歷史數(shù)據(jù)查詢數(shù)據(jù)處理讀取A歷史數(shù)據(jù)查詢數(shù)據(jù)處理讀取A/D采樣模塊更新數(shù)據(jù)及顯示更新數(shù)據(jù)及顯示圖4.2系統(tǒng)主程序框架圖初始化完畢后，整個(gè)系統(tǒng)可以開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，但參數(shù)均處于默認(rèn)狀態(tài)，如果需要調(diào)整，則可以實(shí)時(shí)通過鍵盤控制，系統(tǒng)根據(jù)讀取的鍵盤鍵值執(zhí)行相應(yīng)的操作，分別是執(zhí)行修改閾值參數(shù)、讀取A/D采樣值、壓力測(cè)量、手動(dòng)存儲(chǔ)、超重預(yù)警、發(fā)出報(bào)警信號(hào)、查閱歷史，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等。4.4主要功能子程序的設(shè)計(jì)定時(shí)器主要作為A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間的設(shè)定。然后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，判斷是否超過設(shè)定閾值，轉(zhuǎn)換壓力字符通過液晶顯示。參數(shù)設(shè)定完畢，系統(tǒng)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集和控制程序，實(shí)現(xiàn)壓力的實(shí)時(shí)檢測(cè)。4.4.1A/D子程序設(shè)計(jì)經(jīng)過壓力傳感器輸出后的數(shù)據(jù)通過信號(hào)放大器的處理之后，通過A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。在這當(dāng)中模擬信號(hào)的放大倍數(shù)是由放大電路來進(jìn)行控制的開始開始啟動(dòng)A啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換完成 轉(zhuǎn)換完成 NoYes讀取數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)指針移位保存到存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)指針移位返回返回圖4.3A/D轉(zhuǎn)換流程圖4.4.2查詢歷史數(shù)據(jù)子程序設(shè)計(jì)我們首先存儲(chǔ)8個(gè)以內(nèi)的數(shù)值，當(dāng)存儲(chǔ)到第九個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)將第一位存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)擠掉，后面存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)均依次向前移一位。按上下按鍵來進(jìn)行選擇，當(dāng)光標(biāo)停留在查詢歷史數(shù)據(jù)功能菜單之前的時(shí)候，操作者按下確認(rèn)鍵確定。調(diào)用該子程序，判斷是不是為0，如果不是顯示“無歷史”；如果是就顯示測(cè)量的各個(gè)壓力值大小。4.4.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析子程序設(shè)計(jì)手動(dòng)存儲(chǔ)八個(gè)以內(nèi)的壓力值，當(dāng)系統(tǒng)存儲(chǔ)第九個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)將第一位存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)擠掉，后面存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)均依次向前移一位。按上下鍵選擇數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，則系統(tǒng)會(huì)將這些壓力值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，然后依次顯示輸出值大小、最大值、最小值。開始開始計(jì)算最大值計(jì)算最大值計(jì)算最小值計(jì)算最小值計(jì)算平均值計(jì)算平均值返回返回圖4.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析流程圖4.4.4人機(jī)交互子程序設(shè)計(jì)人機(jī)交互單元包括鍵盤處理部分和12864液晶顯示兩部分組成的。人機(jī)交互部分包括軟件部分和硬件部分，由于顯示時(shí)序均以時(shí)序建模的方式實(shí)現(xiàn)了控制驅(qū)動(dòng)，大大簡化了軟件設(shè)計(jì)，軟件僅需要按要求給出擬顯示的圖像和位置即可。（1）液晶顯示控制程序設(shè)計(jì)液晶顯示控制程序框圖如圖4.5所示，液晶的總線接口是P2.0~P2.7，P2.7定義為CS片選口，每次對(duì)液晶的操作必須先拉高CS信號(hào)，P2.5定義為液晶復(fù)位接口。開始先對(duì)液晶顯示初始化，功能主要是對(duì)液晶的背光時(shí)間，背光等級(jí)，字符顯示格式，漢字顯示格式，和界面的初始化等。初始化完畢之后，下一步就可以對(duì)各項(xiàng)參數(shù)顯示了。液晶顯示入口液晶顯示入口液晶初始化設(shè)置液晶初始化設(shè)置No初始化是否完成初始化是否完成Yes顯示顯示返回返回圖4.5液晶顯示初始化控制流程圖（2）鍵盤驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的鍵盤處理程序就是為單片機(jī)控制口讀取按鍵狀態(tài)，消除抖后就會(huì)得到按鍵狀態(tài)，使用者就可以根據(jù)按鍵狀態(tài)從而獲得用戶輸入的按鍵值進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)定，同時(shí)也可以通過按鍵重設(shè)系統(tǒng)臨界值大小。鍵盤控制程序代碼詳見附錄B。圖4.6按鍵驅(qū)動(dòng)流程圖5系統(tǒng)調(diào)試5.1數(shù)據(jù)采集調(diào)試本次設(shè)計(jì)的壓力檢測(cè)系統(tǒng)最為主要的部分就是把壓力傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。我們使用壓力傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集工作，首先我們要把相應(yīng)的端口連接正確。然后我們觀察液晶顯示上的數(shù)據(jù)是不是正常的。我們還要將物體以及已經(jīng)知道重量的砝碼放到壓力傳感器托盤之上，分別進(jìn)行測(cè)量，通過對(duì)觀察液晶顯示上的數(shù)據(jù)觀察比對(duì)，從而去判斷誤差是不是在可以控制的范圍之內(nèi)。如表5.1所示表5.1數(shù)據(jù)采集結(jié)果記錄表序號(hào)被測(cè)物體質(zhì)量(kg)測(cè)量結(jié)果(kg)絕對(duì)誤差（kg）10.10.092-0.00820.20.191-0.00930.50.490-0.01041.00.990-0.01051.51.489-0.01162.01.988-0.01273.02.988-0.01284.03.987-0.01395.04.986-0.014106.05.985-0.015117.06.984-0.016128.07.984-0.016-通過測(cè)量結(jié)果我們可以發(fā)現(xiàn)，在使用24位A/D芯片HX711后，數(shù)據(jù)的精度還是可以的，與實(shí)際數(shù)據(jù)偏差值較小。通過表上的數(shù)據(jù)可以很清楚的發(fā)現(xiàn)當(dāng)被測(cè)量的物體質(zhì)量比較小的時(shí)候誤差是比較小的。而當(dāng)被測(cè)量的物體質(zhì)量比較大的時(shí)候誤差偏大。被測(cè)物體質(zhì)量在0.1~2.0kg時(shí)，精度達(dá)到9.6g；被測(cè)物體質(zhì)量在2.0~6.0kg時(shí)，精度達(dá)到12.75g；被測(cè)物體在6.0~10kg時(shí)，精度達(dá)到15.7g。最后我們分析得出這個(gè)壓力檢測(cè)系統(tǒng)的精度大約為12g.5.2聲光報(bào)警調(diào)試程序中已經(jīng)設(shè)定臨界值大小為9.999kg，所以進(jìn)入系統(tǒng)主界面之后，顯示當(dāng)前臨界值的大小就是為9.999kg，按閾值重設(shè)鍵，界面切換到閾值重設(shè)狀態(tài)，再按左右鍵選擇想要修改的數(shù)字，接著按加減鍵將閾值設(shè)為用戶想要的值，比如說我們剛開始設(shè)置的臨界值是8kg,那么放上去的物體重量大于等于8kg的時(shí)候，系統(tǒng)中的聲光報(bào)警模塊就會(huì)開始工作，蜂鳴器發(fā)出聲音，LED點(diǎn)亮，則報(bào)警調(diào)試成功。5.3軟件調(diào)試1.A/D數(shù)據(jù)采集程序模塊本系統(tǒng)中，采用A/D模塊HX711來獲取壓力傳感器的電壓及電流信息。數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作精度。進(jìn)入中斷，等待ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束。定義壓力時(shí)使用long型，在調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)壓力只能調(diào)到4.23kg左右，再調(diào)大就顯示亂碼，在檢查錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)，是long型的范圍不夠，數(shù)據(jù)溢出，將壓力修改為UNSIGNEDLONG型。2.顯示模塊程序?qū)⒄麄€(gè)顯示模塊函數(shù)從整個(gè)程序中單獨(dú)取出來，進(jìn)行軟件獨(dú)立調(diào)試。首先設(shè)置好圖案，然后運(yùn)營程序，我們可以通過觀察來判斷顯示模塊顯示是不是正常的。3.按鍵交互單元將整個(gè)按鍵部分獨(dú)立出來，然后我們給每個(gè)按鍵去設(shè)設(shè)置不同的功能，通過液晶顯示部分進(jìn)行顯示，然后運(yùn)行程序，觀察顯示面板上的顯示的內(nèi)容是不是正確的，顯示正確的話就說明按鍵的功能設(shè)置以及程序是正確的，如果顯示不正確的話就要去仔細(xì)找原因了。5.4實(shí)物展示本系統(tǒng)硬件最終實(shí)物圖如下圖5.1所示。圖5.1整體系統(tǒng)實(shí)物以下是系統(tǒng)主要模塊的詳細(xì)特寫圖。如下圖5.2所示。(a)數(shù)據(jù)采集模塊(b)單片機(jī)系統(tǒng)(c)矩陣鍵盤模塊圖5.2系統(tǒng)主要模塊特寫圖6結(jié)論本次設(shè)計(jì)到了傳感器、單片機(jī)、計(jì)算器、A/D轉(zhuǎn)換等多方面的知識(shí)。在本次設(shè)計(jì)中方案的確定以及元器件的選擇和軟件的代碼編寫上考慮的比較充分，也經(jīng)過多方面的修改和比較，最終確定了相對(duì)合理的方案。這種利用單片機(jī)控制的高精度壓力檢測(cè)系統(tǒng)體積比較小、測(cè)量精度高、使用方面，很好的滿足了這次設(shè)計(jì)的要求，通過本次設(shè)計(jì)讓自己明白了新的軟件知識(shí)和硬件知識(shí)，提高了自己的動(dòng)手能力，受益頗多。由于自己能力有限，知識(shí)還不夠豐富，還有時(shí)間上的限制，本次壓力檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)可能會(huì)存在不足之處，還請(qǐng)諒解。參考文獻(xiàn)[1]劉震宇.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償?shù)年嚵惺綗o線壓力傳感器系統(tǒng)研究[D].南京信息工程大學(xué),2017.[2]李小瑞.超聲骨密度儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2015[3]清源計(jì)算機(jī)工作室．Protel99SE原理圖與PCB及仿真．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001．[4]宋雪樺．基于單片機(jī)的高性能信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)[D].江蘇大學(xué)，2011[5]周航慈．單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1991，18-27[6]岳學(xué)軍,劉洪山,宋淑然.國內(nèi)傳感器的行業(yè)現(xiàn)狀與未來發(fā)展[J].電子元器件應(yīng)用,2009,11(06):74-77.[7]王洪月,臧向迪,李昱萱.淺析傳感器分類應(yīng)用與發(fā)展前景[J].南方農(nóng)機(jī),2017,48(13):107+111.[8]楊雄義.智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及熱水器智能控制實(shí)現(xiàn)[D].西安科技大學(xué),2017.[9]呂艷,孫克.汽車電子傳感器簡述[J].儀表技術(shù)與傳感器,2009(S1):401-402+415.[10]張子鶴.壓力傳感器的設(shè)計(jì)與封裝技術(shù)研究[D].電子科技大學(xué),2012.[11]MaximeA.N.Veilleux,NicolasW.R.Lapointe,DaleM.Webber,TomR.Binder,PaulJ.Blanchfield,LisetCruz-Font,MathewG.Wells,MartinH.Larsen,SusanE.Doka,StevenJ.Cooke.Pressuresensorcalibrationsofacoustictelemetrytransmitters[J].AnimalBiotelemetry,2016,4(1)附錄A附：電路總原理圖附錄B鍵盤控制代碼#include"keyboard.h"http://按鍵掃描函數(shù)://功能；只掃描一個(gè)按鍵，按鍵為號(hào)小優(yōu)先//返回鍵值：//1(save)2(clearHistory)3(to_zero)4(limit)//5(plus)6(up) 7(sub)8(return)//9(left)10(down) 11(right)12(enter)unsignedcharGetkeyboard(void){ unsignedcharnumber=0; unsignedchari; //行輸入低電平 ROW1=ROW2=ROW3=0; //如果列輸出不全為高，則說明有