一、緒論1.1前言在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)信息化事業(yè)火速發(fā)展的今天，傳感器系統(tǒng)的智能化和集成化已經(jīng)成為其兩個(gè)重要的關(guān)鍵技術(shù)方向，而其目前所能達(dá)到的程度還是依賴于與之相結(jié)合的微機(jī)處理器的性能。具有工業(yè)自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)檢驗(yàn)、自動(dòng)數(shù)據(jù)采樣、自動(dòng)誤差智能補(bǔ)償?shù)裙δ艿男滦椭悄軌毫鞲衅髯詣?dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)已逐漸成為國內(nèi)外工業(yè)技術(shù)開發(fā)和科學(xué)研究應(yīng)用工作中的一個(gè)熱點(diǎn)。從探索宇宙到海洋資源利用技術(shù)的發(fā)展，從傳統(tǒng)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)逐步替代手工業(yè)的生產(chǎn)，從傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程控制技術(shù)發(fā)展到宇宙飛船的升空，傳感器已無處不見。此項(xiàng)技術(shù)更多的被廣泛地應(yīng)用于了農(nóng)業(yè)、工業(yè)、科學(xué)技術(shù)等各個(gè)行業(yè)的領(lǐng)域，且展示出了很大應(yīng)用前景。所以，各個(gè)國家都很注意傳感器技術(shù)的研究和發(fā)明。在美國，人們把90年代稱它們?yōu)樾滦蛡鞲衅鞯臅r(shí)代?，F(xiàn)如今我國，對(duì)于這種傳感器的研究距今也走過了20多年的進(jìn)步和發(fā)展史，取得了可見的進(jìn)步。就現(xiàn)在而言，在中國科學(xué)技術(shù)作為第一生產(chǎn)力思潮的影響下，中國的各種科學(xué)技術(shù)都得到了巨大發(fā)展，在某些便攜式傳感器技術(shù)中己經(jīng)接近或者已經(jīng)逐步趕上了世界先進(jìn)的水平。但總體相比外國來看，我國仍是較為落后，處于蒸蒸日上階段。因?yàn)橹袊鴮?duì)該類傳感器研發(fā)起步比較遲，所以它們的技術(shù)水平遠(yuǎn)未成熟，要想達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)要求仍然存在著很大的差距，尤其對(duì)于被廣泛應(yīng)用在各種壓力的測(cè)量高精準(zhǔn)、造價(jià)低的系統(tǒng)仍有待進(jìn)一步的開發(fā)。所以，就目前而言，研發(fā)一種高質(zhì)量的智能壓力傳感器系統(tǒng)將對(duì)于我國加快科技發(fā)展以及現(xiàn)代化技術(shù)體系建設(shè)起到非常重大的促進(jìn)作用。1.2研究背景及意義伴隨著微型移動(dòng)計(jì)算機(jī)和平板電腦的不斷普及，它在我們的生活中出現(xiàn)的頻率越來越高。工業(yè)生產(chǎn)過程管理與控制技術(shù)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。由單片機(jī)組合而形成的嵌入式控制系統(tǒng)愈被我們所重視。現(xiàn)在我們甚至可以毫不夸張地認(rèn)為，沒有微型計(jì)算機(jī)參與控制的設(shè)備儀器無法被我們稱之為先進(jìn)的控制儀器，沒有微型的計(jì)算機(jī)電腦參與控制的設(shè)備和系統(tǒng)就無法被我們稱之為現(xiàn)代化控制裝置。對(duì)于工作進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控和安全進(jìn)行而言，壓力測(cè)量具有巨大的作用。為了產(chǎn)品能夠真正實(shí)現(xiàn)高效、安全地生產(chǎn)，必須對(duì)生產(chǎn)環(huán)境中的空氣壓力、流量以及溫度等重要參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。因?yàn)閷?duì)壓力有效的控制在工業(yè)生產(chǎn)的過程中起著決定性的關(guān)鍵作用，因此需要嚴(yán)格準(zhǔn)確的測(cè)量壓力數(shù)值。本次設(shè)計(jì)采用一個(gè)以AT89C51單片機(jī)為核心的智能壓力控制系統(tǒng)，將一個(gè)壓力控制記錄好的電壓輸出信號(hào)數(shù)值轉(zhuǎn)化成一個(gè)相應(yīng)的高壓電信號(hào)，然后被放大轉(zhuǎn)換成0-5V的電壓，之后我們就能使它們可以進(jìn)入一個(gè)八位數(shù)字化的A/D數(shù)位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成一個(gè)八位數(shù)字采樣量，之后就可以對(duì)它們?cè)龠M(jìn)行一個(gè)八位采樣量的A/D數(shù)字轉(zhuǎn)換，ADC0832是一個(gè)分辨率能達(dá)到二百五十六級(jí)的8位A/D轉(zhuǎn)換器，它能夠充分滿足數(shù)據(jù)模擬器和數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)換的各種普遍性。而其內(nèi)部的模擬電源輸入與參考電壓的相互重用會(huì)直接使得芯片更加靈活，且模擬電流轉(zhuǎn)換的時(shí)間也只有32微秒，為了使多個(gè)實(shí)驗(yàn)的器材之間的連接更加的簡潔明了，可以選擇使用一個(gè)單獨(dú)的芯片進(jìn)行控制。然后使用DI輸入數(shù)據(jù)，很輕松的就達(dá)到了通道功能的選取。1.3研究目標(biāo)1.熟練且能夠系統(tǒng)地掌握單片機(jī)、有關(guān)電子技術(shù)、傳感器等的研究設(shè)計(jì)流程及所要求的設(shè)計(jì)任務(wù)。2.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案論證材料與總體設(shè)計(jì)材料。3.從整體上完成軟硬件資源的分配和規(guī)劃，分別對(duì)系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)。4.熟練進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中硬件的調(diào)試、軟件的調(diào)試、軟硬件之間的聯(lián)調(diào)。二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)任務(wù)描述該系統(tǒng)的主要任務(wù)之一就是測(cè)量物體的壓力，并且它可以實(shí)時(shí)地顯示出目標(biāo)的壓力值參數(shù)，而且它還能與上位機(jī)之間進(jìn)行無線通信，且它還具有很高的抗干擾性。2.1.1主要儀器的比較選擇1.壓力傳感器的選擇：壓力傳感器是壓力檢測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，它將被檢測(cè)到的壓力值轉(zhuǎn)換成一個(gè)簡單的無線電信號(hào)，然后通過不同的靈敏性元件，在儀表上顯示出相應(yīng)的壓力值，并用它們來進(jìn)行控制和報(bào)警。壓力傳感器的類型主要有很多種，其中電阻應(yīng)變傳感器被應(yīng)用的次數(shù)最多且時(shí)間悠久。由于其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、個(gè)頭小、性能可靠、高反應(yīng)度、動(dòng)態(tài)測(cè)量反饋快，特別是適用于各類靜態(tài)和各種動(dòng)態(tài)的精度測(cè)量，且測(cè)量結(jié)果精度比較高。電阻式應(yīng)變傳感器由兩部分組成，一部分是彈性元件，一部分是電阻式的彈性應(yīng)變片。之后對(duì)各種電阻器和應(yīng)變板中的電阻應(yīng)變數(shù)值進(jìn)行了自動(dòng)計(jì)算和測(cè)量，可以得到不同的電阻參數(shù)。2.放大器的選擇：電阻應(yīng)變傳感器檢測(cè)到的非電信號(hào)的幅值較低，不能直接用來進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，所以要將信號(hào)放大，為了實(shí)驗(yàn)的簡單方便，選用三運(yùn)算放大器，由于它們都是在高共模電壓下工作的條件下，三運(yùn)算放大器可以通過差分電壓對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收放大，還有很大的電流和阻抗。這使得它在許多不同的應(yīng)用中得到了青睞。廣泛應(yīng)用于各種壓力和溫度的檢測(cè)，熱電耦合溫度的檢測(cè)，各種高低電流的檢測(cè)。3.A/D轉(zhuǎn)換器的選擇：目前，單片機(jī)已廣泛應(yīng)用于各種電子信息產(chǎn)業(yè)的新產(chǎn)品中。很多不同類型的微型單片機(jī)中有A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換控制電路，但這類型的單片機(jī)比沒有A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)價(jià)格高出很多。我們則利用通用單片機(jī)和A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換的各種功能。這里，A/D接口轉(zhuǎn)換器的主要類型有ADC0832、ADC0809等;對(duì)于串行接口和并行應(yīng)用接口的測(cè)量方法，雖然串行是A/D接口轉(zhuǎn)換器的眾多技術(shù)分類之一，但它也是實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中電子器件設(shè)計(jì)和選擇的重要測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)器件轉(zhuǎn)換的圖像分辨率與器件轉(zhuǎn)換的執(zhí)行速度相同時(shí)，不同的器件接口形式可能直接影響各種集成電路的器件結(jié)構(gòu)和采用周期。對(duì)比ADC0809和ADC0832兩種A/D轉(zhuǎn)換器，ADC0809是并行接口，ADC0832是串行接口。本設(shè)計(jì)以ADC0832為主要方案。A/D控制信號(hào)串行轉(zhuǎn)換被廣泛地應(yīng)用于各種類型單片機(jī)的光和電動(dòng)控制系統(tǒng)接口。串行信號(hào)數(shù)字化和A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)之一是它們都可以具有設(shè)計(jì)成本低、性價(jià)比高、低功耗的芯片引腳。2.1.2總體方案的選擇經(jīng)過以上經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要選用89C51單片機(jī)作為壓力控制主電路芯片，并采用電阻應(yīng)變式壓力傳感器，用于自動(dòng)采集各種壓力傳感信號(hào)。通過高頻測(cè)壓傳感器，測(cè)壓儀采集的高頻測(cè)壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的高頻無線電信號(hào)，經(jīng)過ADC0832放大后，通過89C51顯示在液晶屏上。當(dāng)電流超過額定壓力流量限制時(shí)，蜂鳴器系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。2.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及原理圖2.SEQ圖2.\*ARABIC1系統(tǒng)方框圖本次設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)由兩部分組成分別是單片機(jī)和傳感器，因?yàn)樾枰斎雺毫π盘?hào)且需要傳輸信號(hào)，所以該系統(tǒng)必須配備特需的前向通道，以此來收集輸入信息。而壓力的測(cè)量，則需要傳感器來完成，所以利用傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后放大，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，計(jì)算機(jī)才能有效地對(duì)其進(jìn)行處理。然后顯示在LCD上。這次我們主要做A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)和顯示器。目前，A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)采用ADC0832，單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)采用AT89C51，顯示器的設(shè)計(jì)采用LCD。根據(jù)檢測(cè)電路的軟硬件要求，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)結(jié)果的自動(dòng)編程、調(diào)試和實(shí)時(shí)顯示。三、智能壓力傳感器的硬件設(shè)計(jì)3.1壓力傳感器3.1.1基本結(jié)構(gòu)覆蓋層、基底、靈敏性元件和導(dǎo)線是電阻應(yīng)變片的四個(gè)主要組成部分。3.1.2測(cè)量電路我們?cè)谑褂脩?yīng)變計(jì)的過程中，可以將應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮?。之后，我們需要使用改變電壓或者電流的方式來改變電阻值，從而顯示和記錄應(yīng)變電阻的變化。為了達(dá)到這個(gè)目的，我們需要采用特殊的檢驗(yàn)電路，通過查閱資料發(fā)現(xiàn)，直流電橋或者交流電橋是一般的最常見的選擇。3.1.3工作原理因?yàn)閭鞲衅魉敵龅男盘?hào)一般都比較弱，所以目前大多數(shù)該類傳感器的電橋輸出端通常與直流放大器連接。如圖3.1所示。本次設(shè)計(jì)選用87型壓阻式壓力傳感器。對(duì)于直流電橋來說，可以假設(shè)電橋的四個(gè)電阻的阻值分別為R1R2R3R4，并把它們當(dāng)作為應(yīng)變片。在現(xiàn)實(shí)使用中可能會(huì)有電阻的輸入值要比此直流電橋的電阻值要大的情況，這時(shí)，電橋的輸出端會(huì)被當(dāng)成開路的狀態(tài)，也可以叫做電壓的輸出橋，而得出電壓的輸出值為U0=(R1R3)-(R2R4)US/（R1+R2)(R3+R4)。為了達(dá)到一種平衡時(shí)的狀態(tài)，故需要R1R3=R2R4，之后就可以使直流電橋的的輸出電壓值為0。同時(shí)需要考慮一種情況，就是以防超過最大工作電流的時(shí)要采取溫度補(bǔ)償提高靈敏度的輸出。電橋中的IC電子元件是壓電傳感器的輸出端，根據(jù)對(duì)電阻片上的電阻相應(yīng)變化情況ΔR/R轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱臏y(cè)量輸出，使壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，方便接受和處理信號(hào)。為了消除非線性誤差，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中一般采用半橋和全橋差動(dòng)電路。查閱資料得知，半橋電路的輸出電壓為U0=UΔR/2R，全橋差動(dòng)電路的輸出電壓為U0=UΔR/R。由此可見，半橋差動(dòng)電路消除非線性誤差的同時(shí)使輸出靈敏度提高了一倍，還能起到溫度補(bǔ)償作用；全橋電路的電壓靈敏度是單臂工作時(shí)的4倍，可以消除非線性誤差，也具有溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?。圖3.SEQ圖3.\*ARABIC1壓力傳感器元件結(jié)構(gòu)3.1.4性能參數(shù)表3.1列出了87型壓阻式壓力傳感器在電源電流為1.5mA，室溫是25℃條件下的性能參數(shù)。參數(shù)最小最大單位滿量程輸出75125mV零壓失調(diào)-11mV壓力非線性-0.250.25±%量程輸入輸出電阻20004000Ω供電電流0.52.0mA輸出負(fù)載電阻5--MΩ絕緣電阻50--MΩ補(bǔ)償溫度-20℃~+85℃工作溫度-40℃~+125℃存貯溫度-55℃~+125℃重量11克表3.1壓力傳感器性能參數(shù)3.2信號(hào)放大電路本次設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)三運(yùn)放儀表放大器。它由三個(gè)可以集成的運(yùn)算放大器組合而成，如圖3.2所示。圖3.SEQ圖3.\*ARABIC2標(biāo)準(zhǔn)三運(yùn)放儀表放大器電路圖A1和A2為OP2177，A3為OP1177。其中A1和A2同為兩個(gè)輸入阻抗相同性質(zhì)的同向輸入端，它們是信號(hào)放大部分的雙端輸入級(jí)，而經(jīng)過信號(hào)的放大后從A3單端輸出級(jí)發(fā)出。A3的作用就是再次抑制雙端輸入的共模信號(hào)，也能達(dá)到接地負(fù)載的需要。電壓總和是輸入端的每個(gè)電壓的附加電壓，即都集中體現(xiàn)在RG兩端的電壓。經(jīng)過同向輸入端的A1和A2兩個(gè)放大器后，差分電壓取決于R5、RG和R6上。所以，信號(hào)放大的的實(shí)質(zhì)就是通過改變RG電阻來調(diào)整的。最后，假設(shè)R5和R6相等，R1和R3相等，R2和R4相等，那么最后經(jīng)過放大處理后的A3的輸出VOUT是(VIN2-VIN1)(1+2R5/RG)(R2/R1)。但是，還應(yīng)該注意一點(diǎn)，因?yàn)锳1和A2在RG兩端的電位都是一樣的，此時(shí)的電流是為0。那么，A1和A2就會(huì)是另外一種狀態(tài)，即僅僅作為一個(gè)單位的增益進(jìn)行，使共模信號(hào)以這種狀態(tài)輸入緩沖器。此時(shí)的增益系數(shù)就是以(1+(2R5/RG))的數(shù)值不斷被放大。跟之前的相比共模抑制比作比較會(huì)發(fā)現(xiàn)，差分電路的增大倍數(shù)就是(1+(2R5/RG))倍。3.3A/D轉(zhuǎn)換器在數(shù)字輸入輸出通道設(shè)計(jì)中，模擬量輸入通道是用來把模擬量的變化轉(zhuǎn)為一個(gè)數(shù)值。能夠自動(dòng)完成這一任務(wù)的轉(zhuǎn)換器稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，也就是A/D轉(zhuǎn)換器。在本設(shè)計(jì)中，A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換器的主要任務(wù)是將來自信號(hào)放大器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成位字節(jié)輸出。3.3.1A/D轉(zhuǎn)換器的簡介在本文的設(shè)計(jì)中，選擇一個(gè)8位ADC0832作為一個(gè)具有兩個(gè)輸出通道的A/D轉(zhuǎn)換器。它指的是由一個(gè)美國國家半導(dǎo)體公司自主開發(fā)設(shè)計(jì)研制生產(chǎn)出來的8位元全精度高頻雙通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器微控制系統(tǒng)芯片。ADC0832是一個(gè)8高分辨率數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它能夠充分滿足數(shù)據(jù)模擬器和數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)換的各種普遍性。而其模擬電源的輸入與電壓的相互重用會(huì)導(dǎo)致芯片更加靈活，使模擬電壓范圍控制在0-5V之間，且數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間也只有32微秒，為了使多個(gè)實(shí)驗(yàn)的器材之間的連接更加的簡潔明了，可以選擇使用一個(gè)單獨(dú)的芯片進(jìn)行控制。然后使用DI輸入數(shù)據(jù)，很輕松的就完成了通道功能的選取。圖3.SEQ圖3.\*ARABIC3ADC0832結(jié)構(gòu)示意圖3.3.2A/D轉(zhuǎn)換器的電路設(shè)計(jì)如圖3.4所示，是ADC0832轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)相連，使得模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，達(dá)成模數(shù)轉(zhuǎn)換的效果，適應(yīng)于單片機(jī)的輸入端口的信號(hào)內(nèi)容。在ADC0832轉(zhuǎn)換器中，共有8位引腳，其中常把D0和D1作為一個(gè)并聯(lián)整體處理，這樣會(huì)比較的方便而且使用也很常規(guī)。在ADC0832轉(zhuǎn)換器還沒有進(jìn)行工作時(shí)，CS端顯示為高電平，表示此芯片是不可用的狀態(tài)。只有當(dāng)CS兩端的電壓為低電平時(shí)，芯片才可以正常的運(yùn)行，并且一直要等到轉(zhuǎn)換結(jié)束，說明了A/D轉(zhuǎn)換的過程是有序進(jìn)行的。在芯片開始工作時(shí)，CLK時(shí)鐘脈沖會(huì)有輸入端的進(jìn)入，D1就是利用自身的通道進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的選擇。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)的時(shí)鐘脈沖進(jìn)入之前，D1引腳為高電平才正常。而當(dāng)?shù)?第3個(gè)脈沖進(jìn)入之前，D1引腳要輸入的2位數(shù)據(jù)，才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇的效果。圖3.4ADC0832與單片機(jī)的連接圖3.4單片機(jī)隨著我國現(xiàn)代信息技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能將越來越完善，在當(dāng)代我國，單片機(jī)的應(yīng)用范圍將越來越寬。它們將在我國廣泛地應(yīng)用到智能儀表，家用電器，以及工業(yè)生產(chǎn)過程管理中。3.4.1AT89C51單片機(jī)簡介AT89C51單片機(jī)在各種的設(shè)計(jì)研究型的項(xiàng)目中都是占據(jù)著很大的分量，具備基礎(chǔ)的寄存器和存儲(chǔ)器，功能的效果也是最完善的。每個(gè)單片機(jī)能擦除功率只有一百次。AT89C51是一種精密且效率的八位閃存管理微控制器，AT89C51是一款具有更簡化菜單的閃存版本，如圖3.5所示。AT89C51為各種類型的采用嵌入式微處理器和運(yùn)動(dòng)控制集成單元的操作系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)者用戶提供靈活便宜、低廉的系統(tǒng)解決模式方案。圖3.5AT89C51結(jié)構(gòu)示意圖3.4.2管腳說明Vcc：電壓。GND：接地線。RST：復(fù)位輸入。ALE/PROG：當(dāng)需要訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，地址數(shù)據(jù)鎖存器需要設(shè)置一個(gè)允許的固定輸出輸入電平，該電平可以作為地址鎖存器輸入地址的固定位置輸入字節(jié)。/PSEN：外部存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：反向振蕩器的輸出。P0口：擁有一個(gè)8位的I/O端口，就可以提供8位邏輯電平供顯示器進(jìn)行連接，并且每個(gè)I/O端口都可以與其他的引腳相連接。P1口：可以提供的8位的I/O端口，并結(jié)合上拉電阻使得電路的整體設(shè)計(jì)更加穩(wěn)定。P2口：擁有一個(gè)8位的雙向I/O端口。P2端口上的緩沖器主要用于與之進(jìn)行雙向無線通信，且通信時(shí)輸出4個(gè)雙向TTL門的輸入電流。當(dāng)每個(gè)P2端口都被放在一個(gè)大寫字母“1”中時(shí)，其中一個(gè)輸入引腳可以用作電流的輸入。P3口：是單片機(jī)的最重要的引腳部分，其功能的用處最大，包含著時(shí)鐘頻率。3.4.3振蕩器特性XTAL1和XTAL2能夠搭配芯片的振蕩器。若是驅(qū)動(dòng)采用外部的時(shí)鐘，就不接XTAL2。內(nèi)部脈沖時(shí)鐘輸入信號(hào)的冗余脈沖輸出必須通過二進(jìn)制脈沖觸發(fā)器。所以，雖然內(nèi)外部脈沖輸出信號(hào)的外部脈沖輸出寬度并不是一個(gè)嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，但需要確定想要的脈沖高低電平及其寬度。3.4.4芯片擦除AT89C51還特別為用戶配備了一種新型的穩(wěn)態(tài)掉電邏輯，它不僅使用戶可以為每個(gè)頻率從低到零適合各種靜態(tài)掉電邏輯，還支持兩個(gè)處理軟件所選擇的動(dòng)態(tài)掉電響應(yīng)模型。在此模式下，CPU很有可能就會(huì)自動(dòng)地停止正常運(yùn)行操作。然而其相應(yīng)的硬件系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。在自動(dòng)切換或者斷電的模式下，RAM數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)，并且一個(gè)振蕩器也就可以被自動(dòng)地凍結(jié)。在下次硬件驅(qū)動(dòng)程序重置之前，禁止再次嘗試使用其他配置芯片功能。3.5報(bào)警模塊該模塊由蜂鳴器和三極管組成。當(dāng)蜂鳴器的輸出壓力大大增加超過其設(shè)計(jì)壓力范圍時(shí)，單片機(jī)的輸出電壓報(bào)警將其調(diào)高，蜂鳴器的輸出電壓隨時(shí)自動(dòng)變化，發(fā)出新的聲音值并發(fā)出電壓報(bào)警，液晶屏給出提示。當(dāng)壓力輸入和控制器的輸出電壓信號(hào)較低時(shí)，蜂鳴器就不會(huì)產(chǎn)生聲音。蜂鳴器和單片機(jī)的相互連接結(jié)構(gòu)如圖3.6所示。圖3.6報(bào)警電路圖3.6顯示模塊在本設(shè)計(jì)中，需要對(duì)單片機(jī)測(cè)量出的壓力數(shù)值進(jìn)行顯示，故需要加上LM016L液晶顯示器。如圖3.7所示，VSS引腳接地，VDD引腳接5V電源，VEE引腳是顯示對(duì)比度的調(diào)整，加上這個(gè)可以更加清楚的觀察壓力數(shù)值的顯示。RS引腳選擇寄存器的功能，以高電平為主，則表示數(shù)據(jù)寄存器，反之則為指令寄存器。RW引腳是讀寫信號(hào)線，以高電平為主，則表示讀信號(hào)線，反之則為寫信號(hào)線。E引腳稱為使能端，就是液晶顯示器只會(huì)在低電平進(jìn)行顯示，促使高電平變成低電平。引腳D0~D7與單片機(jī)的P2引腳對(duì)應(yīng)相連。通過按鍵的輔助和調(diào)整，然后單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行運(yùn)算和處理之后，顯示在LM016L液晶顯示器上。圖3.7顯示電路圖

四、智能壓力傳感器的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件編程軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的一項(xiàng)非常重要的組成部分。軟件主要負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)輸入和送回、數(shù)據(jù)處理等功能。這些功能都是保證整個(gè)系統(tǒng)能夠正常、可靠地運(yùn)行的一個(gè)重要前提。C語言是一種常用的計(jì)算機(jī)編程語言。它還有匯編語言的功能。C語言已經(jīng)被廣泛地移植到大、中、小型和微型個(gè)人計(jì)算機(jī)上。也可以直接作為基于主機(jī)工作系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的編程語言應(yīng)用，幫助基于操作系統(tǒng)的主機(jī)應(yīng)用編程，同樣，也可以直接作為基于主機(jī)應(yīng)用硬件設(shè)計(jì)的編程語言應(yīng)用。它應(yīng)用范圍廣泛，具有較強(qiáng)的工程數(shù)據(jù)處理和信息分析計(jì)算能力。它不僅可以用于工業(yè)軟件的開發(fā)，還可以在教學(xué)和科研過程中具有很強(qiáng)的實(shí)用性。它需要充分利用這種C語言，適合用戶編寫工業(yè)系統(tǒng)管理軟件、三維和二維工程圖形及視頻動(dòng)畫。4.2軟件程序組成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的兩個(gè)軟件模塊包括一個(gè)主程序與兩個(gè)軟件模塊，均由子程序共同開發(fā)構(gòu)建，編寫與軟件運(yùn)行都相對(duì)比較簡單。該軟件主要功能包括了啟動(dòng)主程序、AD轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)的啟動(dòng)子程序、LCD轉(zhuǎn)換顯示器的啟動(dòng)子程序、中斷及延時(shí)器的子程序。4.2.1系統(tǒng)的主程序圖4.1主程序流程圖4.3系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)4.3.1A/D轉(zhuǎn)換器的軟件設(shè)計(jì)根據(jù)電路中輸出的信號(hào)格式不同，常用的A/D電流轉(zhuǎn)換模式控制方法一般可以劃分為直接并行模式A/D和串行模型A/D兩種，直接并行模式控制器可以通過電流直接進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但芯片引腳選擇的方式相對(duì)較多；串行模式采用了相對(duì)少量的線針和小封裝，但它們也要求軟件處理才能夠獲得必要的數(shù)據(jù)。然而，單片機(jī)中的I/O引腳卻不是很多。采用一個(gè)串行裝置的控制系統(tǒng)能夠有效地降低I/O資源的浪費(fèi)。4.3.2ADC0832芯片接口應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和編寫單片機(jī)以串行方式工作時(shí)，串行口作為同步移位寄存器。P3.3端是數(shù)據(jù)的出入口，P3.6提供脈沖。單片機(jī)串行口方式0與ADC0832接口，單片機(jī)P2.0接芯片的CS，P3.6接芯片的CLK提供時(shí)鐘輸出，P3.7接0832的D0、DI當(dāng)開始位。在CS變低之后，ADC0832的D0側(cè)處于高電阻狀態(tài)，一直持續(xù)三個(gè)循環(huán)；在開始轉(zhuǎn)換之后，需要停止DI線，所以DO和DI可以接在一起。ADC0832的劃分輸出和輸入數(shù)據(jù)段的總分為15位，切兩個(gè)相同的輸出數(shù)據(jù)段都組合應(yīng)該總分是8位。第一段首先一節(jié)使用的號(hào)碼是最高位，第二段最后一節(jié)所依次使用的也同樣就是最高和低位，兩段小節(jié)中的最高和低位分別兩人共享。只有在每一個(gè)時(shí)鐘的轉(zhuǎn)速下降經(jīng)過線路沿，ADC0832的數(shù)字串行定時(shí)器中的數(shù)據(jù)才能夠有機(jī)會(huì)自動(dòng)地轉(zhuǎn)移到最后一位。一個(gè)單片機(jī)能同時(shí)控制多臺(tái)計(jì)算機(jī)的數(shù)字時(shí)鐘和音頻信號(hào)源的發(fā)送，而P3.6與ADC0832相連對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的控制輸出，把數(shù)據(jù)的內(nèi)容呈現(xiàn)出來。并且要保證所輸出的數(shù)據(jù)是8位的，所以單片機(jī)需要對(duì)數(shù)據(jù)更加的看重，要進(jìn)行兩次的數(shù)據(jù)收集，最后呈現(xiàn)的就是8位的數(shù)據(jù)。當(dāng)模擬信號(hào)從輸入芯片中的功能信號(hào)開始，第一選擇CS使用該功能信號(hào)，即在芯片中選擇的功能信號(hào)是有效的。此時(shí)，低電平有效。如果芯片選擇率高，轉(zhuǎn)換將暫時(shí)停止。讀取數(shù)據(jù)后，模擬量被轉(zhuǎn)換成若干文本。A/D轉(zhuǎn)換后，單片機(jī)自動(dòng)讀取一個(gè)值。若未完成轉(zhuǎn)換，它將返回到開始。ADC0832數(shù)據(jù)讀寫程序的工作流程圖4.2所示。圖4.2系統(tǒng)子程序流程圖4.3.3LCD數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)LCD顯示是一個(gè)慢指令顯示設(shè)備。所以，在每個(gè)指令顯示之前，我們應(yīng)該確保顯示模塊的時(shí)間忙速度標(biāo)志必須是一個(gè)小的低級(jí)別，這可能意味著除非工作進(jìn)程忙，否則模塊指令將自動(dòng)刪除或無效。如果需要直接輸入一個(gè)特殊字符，那么久需要一個(gè)模塊來顯示其文本地址。如下面的屏幕截圖所示，文件地址使用LM016L以內(nèi)部方式顯示。圖4.3是LM016L的內(nèi)部顯示地址。圖4.3LM016內(nèi)部顯示地址圖LCD顯示程序流程如圖4.4。圖4.4LCD顯示程序流程圖

五、智能壓力傳感器的系統(tǒng)仿真5.1智能壓力傳感器仿真原理圖圖5.SEQ圖5.\*ARABIC1智能壓力傳感器系統(tǒng)仿真原理圖5.2仿真結(jié)果按壓壓力傳感器，壓力數(shù)值的變化在顯示屏上顯示出來。繼續(xù)加大壓力，直到壓力超過設(shè)定的壓力上限，此時(shí)，我們安置的壓力報(bào)警器會(huì)發(fā)出聲響。如圖5.2所示。圖5.SEQ圖5.\*ARABIC2報(bào)警仿真圖按壓這個(gè)按鍵，顯示器會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)一個(gè)預(yù)設(shè)的操作界面。如圖5.3所示:圖5.SEQ圖5.\*ARABIC3顯示仿真圖5.3實(shí)驗(yàn)總結(jié)1.本次仿真有兩個(gè)仿真結(jié)果：第一種是自動(dòng)調(diào)整壓力傳感器。無需手動(dòng)按鍵即可將數(shù)值設(shè)置為1。顯示器上顯示的壓力值正常。當(dāng)壓力升高超過極限時(shí)，蜂鳴器開始報(bào)警。第二種情況是按下一個(gè)鍵，即使按鍵值已經(jīng)達(dá)到2，系統(tǒng)會(huì)停止工作，但是顯示屏上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)預(yù)定的畫面。一旦擁有了這個(gè)顯示屏，我們就已經(jīng)可以充分利用它，例如闡述一個(gè)系統(tǒng)的功能，生產(chǎn)單元等。2.這種模擬也存在一些問題。由于模擬器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是可以直接完成對(duì)氣體、液體和壓力的測(cè)量，所以都需要選擇電阻應(yīng)變片作為模擬傳感器，但在protuse中沒有這樣的功能元器件，因此在操作中我選用滑動(dòng)變阻器來保證模擬結(jié)果的正確性。而且，在最初模擬不成功的情況下，我發(fā)現(xiàn)當(dāng)我用其他軟件連接到一個(gè)硬件電路時(shí)，布局沒有注意到，導(dǎo)致與其他軟件連接的端口錯(cuò)誤，之后重新排列了軟件的位置，可以讓電路圖變得更加簡單明了，也解決了問題。六、總結(jié)6.1設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)從理論和應(yīng)用實(shí)踐方面入手，詳細(xì)地介紹了各功能部件以及軟件電路的特點(diǎn)和原理，且與硬件緊密聯(lián)系的模塊化應(yīng)用程序，基本上滿足了軟件設(shè)計(jì)的要求。相對(duì)于大多數(shù)的壓力傳感器體系的研究，本次設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)勢(shì)：1.本設(shè)計(jì)充分利用了AT89C51單片機(jī)的功能，單片機(jī)的操作系統(tǒng)中的可編程擦寫功能和可擦寫Flash芯片設(shè)計(jì)技術(shù)，讓改進(jìn)后的系統(tǒng)提高了設(shè)計(jì)和改進(jìn)的工作效率。2.傳感器的選擇結(jié)合了本設(shè)計(jì)的理論，采用的是電阻應(yīng)變傳感器。相對(duì)于設(shè)計(jì)類中的傳感器應(yīng)用來說，是很方便快捷的，對(duì)于各種的應(yīng)變環(huán)境來說，具有可靠穩(wěn)定的效果，不管是否動(dòng)靜都可以進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量，達(dá)到最精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。3.該設(shè)備具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性和大量的I/O端口，這對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)展非常方便。4.本系統(tǒng)的通用性也很強(qiáng)，只要更換系統(tǒng)中的傳感器，就可以實(shí)現(xiàn)溫度、重量等方面的測(cè)量。6.2展望和不足隨著工業(yè)現(xiàn)代化和計(jì)算機(jī)軟、硬件等相關(guān)科學(xué)信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，新信息產(chǎn)品、新信息技術(shù)也在日新月異地得到應(yīng)用。所有的電子產(chǎn)品都必須面對(duì)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。同時(shí)，由于作者經(jīng)驗(yàn)不足，技術(shù)水平有限，本文所研究的智能壓力傳感器控制系統(tǒng)存在一些問題，需要改進(jìn)，主要體現(xiàn)在這些方面：由于時(shí)間問題和設(shè)計(jì)限制，只能使用一個(gè)電阻式傳感器或一個(gè)電壓傳感器來采集壓力值?，F(xiàn)實(shí)操作中，應(yīng)采用多點(diǎn)采樣和單點(diǎn)控制。否則，在實(shí)踐和測(cè)量中很難獲得更具說服力的數(shù)據(jù)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程中，我也遇到了很多困難，都是在我的老師和同學(xué)們幫助下才完成的，但這可能是我理論知識(shí)的一大不足。在繪制電路圖的同時(shí)，我也明白我對(duì)繪制的工具不是很熟悉。因此，我應(yīng)該更加努力地改進(jìn)和完善我的專業(yè)技術(shù)理論。參考文獻(xiàn)[1]陳寶杰,劉佳,賈平崗,梁庭,洪應(yīng)平,熊繼軍.基于FBG溫度解耦的光纖法布里-珀羅高溫壓力傳感器[J/OL].測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào),2020(04):321-326.[2]王南.一種結(jié)構(gòu)匹配共形的溫度快速補(bǔ)償海洋光纖光柵壓力傳感器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子世界,2020(10):130-131+134.[3]徐洋.MEMS光纖壓力傳感器檢測(cè)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2020(16):90-91.[4]陳龍福,歐陽再根,李睿,于子敏.自動(dòng)氣象站PTB210氣壓傳感器誤差分析與訂正[J].福建電腦,2020,36(05):65-66.[5]王楓,褚進(jìn)華,丁君鴻,武玉龍.GTS12型數(shù)字探空儀氣壓傳感器測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定[J].黑龍江科學(xué),2020,11(10):26-27.[6]張興東.油船貨泵艙爆燃事故分析[J].中國船檢,2020(05):74-77.[7]熊志金,楊雁松,倪楚金.基于電容傳感器的多功能液體檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2020,33(04):129-130+146.[8]劉貝貝,秦亭亭,沈淘淘,張忠立,王燦.固態(tài)高分辨率食管測(cè)壓系統(tǒng)量值溯源裝置的設(shè)計(jì)[J].中國儀器儀表,2020(04):56-59.[9]黃漢東.壓力傳感器作用下的輸液管變形以及應(yīng)力松弛[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2020(11):146-147.[10]陳晨,劉汝兵,林麒.大氣層不同高度氣壓對(duì)等離子體射流激勵(lì)器性能影響的研究[J].真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2020,40(04):365-372.[11]陳思忠.隔爆型設(shè)備爆炸壓力測(cè)定用傳感器的優(yōu)選方法研究[J].現(xiàn)代