传感器课程设计-- 压力传感器

摘要

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。

关键字：压力、电信号

目录

一、设计目的------------------------- 1

二、设计任务与要求--------------------- 1

2.1设计任务------------------------- 1

2.2设计要求------------------------- 1

三、设计步骤及原理分析 ----------------- 1

3.1设计方法------------------------- 1 3.2设计步骤------------------------- 2

3.3设计原理分析--------------------- 10

四、课程设计小结与体会 ---------------- 11

五、参考文献------------------------- 12

一、设计目的

1. 培养综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能提高解决实际问题的能力从而达到巩固、深化所学的知识与技能；

2. 培养建立正确的科学思想培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风

二、设计任务及要求

2.1设计任务

1.系统地掌握控制器的开发设计过程相关的电子技术和传感器技术等进行设计任务和功能的描述；

2.进行系统设计方案的论证和总体设计；

3.从全局考虑完成硬件和软件资源分配和规划分别进行系统的硬件设计和软件设计；

4.进行硬件调试软件调试和软硬件的联调

2.2设计要求

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。

三、设计步骤及原理分析

3.1设计方法

1.原理框图设计

2.硬件设计

3.软件设计

4.显示电路设计

3.2设计步骤

① ② ③ ④ ⑤ ⑥

图1-1 压力计原理方框图

图2-1 数字压力计系统硬件设计框图

3.2.1硬件电路的设计 3.2.2传感器的选择

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

最小系统

复位电路

A/D 转换电路 测量电压输入

显示系统

AT89C51 P0 P1 P1

P2

压力 传感器

LED 显示屏

单片机

A/D 转换

电信号测量

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75~150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）

3.2.3传感器接口电路设计

MPX4115内部原理图如图2-2所示：

3.3.4单片机最小系统设计

选用的单片机为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

3.3.5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。

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：

1～5和26～28（IN0～IN7）：8路模拟量输入端。

8、14、15和17～21：8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）。

9（OE）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。10（CLK）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。

12（VREF（+））和16（VREF（-））：参考电压输入端

11（Vcc）：主电源输入端。

13（GND）：地。

23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路

输出端注意：

out7为最低位-out0为最高位，out7-out0分别接单片机的P0.0

到P0.7端。

3.4.5显示电路设计

单片机AT89C51

7SEG-MPX4-CC

LED的A B C D E F G DP 引脚接对应的单片机上的P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17, 1 2 3 4则对应单片机的P20 P21 P22 P23。

LED的公共端com接地，则其余引脚接+5V，所以对应的LED 的显示器的七段码是0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f,

3.4.6电源电路设计

电路中的电源部分如下图所示。其中，3号引脚是电源输入端接外部电源+15V电源。1号引脚为电源模块输出端，输出+5V。

本次设计电路中的电源均采用直流+5V驱动。

3.4.7设计原理及其分析

系统总流程图A/D转化程序流程图

显示流程图主函数程序图

四、课程设计小结与体会

本次课程设计的压力计的核心是单片机的使用。通过改变滑动变阻器的阻值（压力传感器的变换），从而改变电信号（电压），通过单片机接收电信号，处理电信号，送入A/D转化（ADC0808），再送入LED显示屏显示。

通过为期五天的课程设计，我基本上完成了压力计的设计的任务。通过这次课程设计，把自己所学的理论知识运用于实践，受益非浅，对单片机有了更深的认识。对我以后独自处理问题有了很大的帮助。在整个课程设计过程中，同学和老师一直给予我们很多的帮助，帮助我们顺利的完成了这次课程设计。对单片机、数模转换、LED、传感器进行了综合性的应用，感谢老师给予我们这次机会，让我们有机会自己动手做项目，增强了我们的动手能力。有效的将理论与实际相结合。

时间不长，但我希望以后还会有这样的机会，让我们自己动手，增强我们的动手能力。

五.参考文献

1. 《51单片机原理及应用—基于Keil C与Proteus》陈海宴北京航空航天大学出版社。

2.《单片机的C语言程序设计与应用—基于Proteus仿真》姜志海赵艳雷陈松电子工业出版社。

3. 《传感器设计基础》张春主编国防工业出版社

4.《传感器原理与检测技术》钱显毅主编机械工业出版社

1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究

2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究

3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响

研究

4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制

5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究

6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器

7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究

8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现

9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统

10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究

11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究

12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发

13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制

14. 基于单片机的自动找平控制系统研究

15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发

16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发

17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现

18. 一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制

19. 基于双单片机冲床数控系统的研究

20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制

21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制

22. 基于单片机的软起动器的研究和设计

23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究

24. 基于单片机的机电产品控制系统开发

25. 基于PIC单片机的智能手机充电器

26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究

27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究

28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制

29. 基于微型光谱仪的单片机系统

30. 单片机系统软件构件开发的技术研究

31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制

32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制

33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用

34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制

35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制

36. 基于单片机的数字磁通门传感器

37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究

38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究

39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制

40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪

41. 基于单片机的电机运动控制系统设计

42. Pico专用单片机核的可测性设计研究

43. 基于MCS-51单片机的热量计

44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站

45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究

46. 基于单片机的轮轨力检测

47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现

48. 基于单片机的电液伺服控制系统

49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制

50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究

51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究

52. 单片机控制的后备式方波UPS

53. 提升高职学生单片机应用能力的探究

54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究

55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究

56. 基于单片机的多通道数据采集系统

57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制

58. 基于单片机的红外测油仪的研究

59. 96系列单片机仿真器研究与设计

60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造

61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现

62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制

63. 基于单片机的气体测漏仪的研究

64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器

65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究

66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计

67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计

68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统

69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统

70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究

71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践

72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现

73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统

74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究

75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统

76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究

77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用

78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究

79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究

80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发

81. 基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究

82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究

83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现

84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究

85. 基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现

86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现

87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统

88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现

89. 单片机监测系统在挤压机上的应用

90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用

91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用

92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用

93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发

94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计

95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计

96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发

97. 锅炉的单片机控制系统

98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计

99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制

100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现

101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计

102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现

103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制

104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究

105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计

106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究

107. 单片机实现的寻呼机编码器

108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究

109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究

110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究

111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制

112. P IC单片机在空调中的应用

113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究

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