壓力傳感器在測控領(lǐng)域中的應(yīng)用.doc

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1、保定科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 目 錄 目 錄 I 摘要 II 前言 1 第一章 系統(tǒng)總體方案 2 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 2．1 原理框圖 2 2．2 工作原理 2 2．3 硬件設(shè)計(jì) 2 2．5 傳感器 3 2．7 液位顯示電路 4 2．8 A／D轉(zhuǎn)換電路及控制輸出 4 2．9 軟件設(shè)計(jì) 5 2．9．1鍵盤程序 5 2．9．2轉(zhuǎn)換子程序 6 總結(jié) 7 參考文獻(xiàn) 8 致 謝 9 摘要 隨著微電子工業(yè)的迅速發(fā)展，壓力傳感器廣泛應(yīng)用于生活生產(chǎn)中，為了使學(xué)生對(duì)壓力傳感器有較深的了解。經(jīng)過綜合分析選擇了由單片機(jī)控制的智能型液位控制器作為

2、研究項(xiàng)目，本文通過介紹一種基于壓力傳感器實(shí)現(xiàn)的液位控制器的設(shè)計(jì)方法，該控制器以單片機(jī)為核心，通過外圍硬件電路來達(dá)到實(shí)現(xiàn)控制的目的?？筛鶕?jù)需要設(shè)定液位控制高度，同時(shí)具備報(bào)警、高度顯示等功能，由于增加了氣體壓力傳感器，使其具有與液面不接觸的特點(diǎn)，可用于有毒、腐蝕性液體液位的控制。 另外，液位控制在高層小區(qū)水塔水位控制，污水處理設(shè)備和有毒，腐蝕性液體液位控制中也被廣泛應(yīng)用。通過對(duì)模型的設(shè)計(jì)可很好的延伸到具體應(yīng)用案例中。 關(guān)鍵字：單片機(jī)，壓力傳感器。 Summary Along with the rapid development of the microelectronics industr

3、y, pressure sensor is widely applied in life, in order to make students in the production of pressure sensor is deeper understanding. Through comprehensive analysis of the choice of microcomputer intelligent level controller as research project, this paper introduces a kind of pressure sensor based

4、on level controller design method, the controller based on singlechip, through the peripheral hardware circuit to realize the aim of control. According to need to set the level control, along with alarm, high altitude display function, due to the increased gas pressure sensor, which does not contact

5、 with liquid surface, poisonous, corrosive liquid level control. In addition, liquid level control in high-rise residential towers level control, sewage treatment equipment and poisonous, corrosive liquid level control is also widely used. Through the design of the model can be very good extends to

6、 specific application cases. Key words: SCM, pressure sensor. 10 前言 隨著微電子工業(yè)的迅速發(fā)展，壓力傳傳感器已廣泛用于生產(chǎn)生活中，在測控領(lǐng)域更是應(yīng)用頗多，液位控制在高層小區(qū)水塔水位控制，污水處理設(shè)備和有毒，腐蝕性液體液位控制中也被廣泛應(yīng)用。此種液面控制器多基于壓力傳感器實(shí)現(xiàn)的液位控制器，該控制器以單片機(jī)為核心，通過外圍硬件電路來達(dá)到實(shí)現(xiàn)控制的目的。可根據(jù)需要設(shè)定液位控制高度，同時(shí)具備報(bào)警、高度顯示等功能，由于增加了氣體壓力傳感器，使其具有與液面不接觸的特點(diǎn)，可用于有毒、腐蝕性液體液位的控制，具有較高的研究價(jià)值。 在

7、單片機(jī)的應(yīng)用過程中，單片機(jī)只是應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)核心部件，為把單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，只掌握單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，要想構(gòu)成一個(gè)完善的應(yīng)用系統(tǒng)，還要熟悉執(zhí)行機(jī)構(gòu)及硬件接口電路的應(yīng)用特性，同時(shí)，還應(yīng)該掌握系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、印刷電路板的結(jié)構(gòu)布局及軟件的設(shè)計(jì)技巧這些書本上學(xué)不到的知識(shí)，因此為設(shè)計(jì)出完善的應(yīng)用系統(tǒng)，必須在實(shí)際工作中勤于實(shí)踐，逐步積累這方面的經(jīng)驗(yàn)。 本方案要利用Atmel公司生產(chǎn)的雙列40腳AT89C51芯片，壓力傳感器是美國SM公司生產(chǎn)的555—2型OEM壓阻式壓力傳感器，通過設(shè)計(jì)完成使用壓力傳感器對(duì)液位控制。 第一章 系統(tǒng)總體方案

8、利用單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)供水箱水位進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)控對(duì)象的特征，要求實(shí)時(shí)檢測水箱的液位高度，并與開始預(yù)設(shè)定值做比較，由單片機(jī)控制固態(tài)繼電器的開斷進(jìn)行液位的調(diào)整，最終達(dá)到液位的預(yù)設(shè)定值。檢測值若高于上限設(shè)定值時(shí)，要求報(bào)警，斷開繼電器，控制水泵停止上水；檢測值若低于下限設(shè)定值，要求報(bào)警，開啟繼電器，控制水泵開始上水?，F(xiàn)場實(shí)時(shí)顯示測量值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱液位的監(jiān)控。 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2．1 原理框圖 原理框圖如圖1所示。 2．2 工作原理 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的液位控制器是以AT89C51芯片為核心，由鍵盤、數(shù)碼顯示、A／D轉(zhuǎn)換、傳感器，電源和控制部分等組成。工作過程如下

9、：水箱(水塔)液位發(fā)生變化時(shí)，引起連接在水箱(水塔)底部的軟管管內(nèi)的空氣氣壓變化，氣壓傳感器在接收到軟管內(nèi)的空氣氣壓信號(hào)后，即把變化量轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)；該信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大電路放大后變成幅度為0～5 V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送入A／D轉(zhuǎn)換器，A／D轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)量，由單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行處理，根據(jù)設(shè)定要求控制輸出，同時(shí)數(shù)碼管顯示液位高度。通過鍵盤設(shè)置液位高、低和限定值以及強(qiáng)制報(bào)警值。該系統(tǒng)控制器特點(diǎn)是直觀地顯示水位高度，可任意控制水位高度。 2．3 硬件設(shè)計(jì) 液位控制器的硬件主要包括由單片機(jī)、傳感器(帶變送器)、鍵盤電路、數(shù)碼顯示電路、A／D轉(zhuǎn)換器和輸出控制電路等。 2．4

10、 單片機(jī) 單片機(jī)采用由Atmel公司生產(chǎn)的雙列40腳AT89C51芯片，如圖1所示。其中，P0口用于A／D轉(zhuǎn)換和顯示；P1口連接一個(gè)35的鍵盤；P2口用于控制電磁閥和水泵動(dòng)作；P3口用于上、下限指示燈，報(bào)警指示燈以及用于讀寫控制和中斷等。圖2是AT89C51芯片的引腳功能說明。 2．5 傳感器 傳感器使用SY一9411L—D型變送器，它內(nèi)部含有1個(gè)壓力傳感器和相應(yīng)的放大電路。壓力傳感器是美國SM公司生產(chǎn)的555—2型OEM壓阻式壓力傳感器，其有全溫度補(bǔ)償及標(biāo)定(O～70℃)，傳感器經(jīng)過特殊加工處理，用堅(jiān)固的耐高溫塑料外殼封裝。其引腳分布如圖3所示。1腳為信號(hào)輸出(一)；2腳為信號(hào)

11、輸出(一)；3腳為激勵(lì)電壓；4腳為地；5腳為信號(hào)輸出(+)；6腳為信號(hào)輸出(+)。 在水箱底部安裝1根直徑為5 mm的軟管，一端安裝在水箱底部；另一端與傳感器連接。水箱水位高度發(fā)生變化時(shí)，引起軟管內(nèi)氣壓變化，然后傳感器把氣壓轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，輸送到A／D轉(zhuǎn)換器。 2．6 鍵盤電路 P1口作為鍵盤接口，連接一個(gè)44鍵盤。結(jié)構(gòu)上采用行列方式，可定義鍵盤布局。結(jié)構(gòu)如圖4所示。 2．7 液位顯示電路 液位顯示采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，范圍從0～999(單位可自定)，選擇的數(shù)碼管是7段共陰極連接，型號(hào)是LDSl8820。在這里使用到了74LS373

12、，它是一個(gè)8位的D觸發(fā)器，在單片機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常使用，可以作地址數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展的鎖存器，也可以作為普通的LED的驅(qū)動(dòng)器件，由于單獨(dú)使用HEF4511B七段譯碼驅(qū)動(dòng)顯示器來完成數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)顯示，因此74LS373在這里只用作擴(kuò)展的緩沖，圖5是顯示電路的原理圖。 2．8 A／D轉(zhuǎn)換電路及控制輸出 A／D轉(zhuǎn)換電路在控制器中起主導(dǎo)作用，用它將傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能處理的數(shù)字量。該控制器采用CMOS工藝制造的逐步逼近式8位A／D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809。在使用時(shí)可選擇中斷、查詢和延時(shí)等待3種方式編制A／D轉(zhuǎn)換程序。圖6是A／D轉(zhuǎn)換部分原理圖，在接線時(shí)先經(jīng)過運(yùn)算放大器和分壓電路把傳感器

13、輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后輸入到A／D轉(zhuǎn)換器。 控制輸出主要有上下限狀態(tài)顯示、超限報(bào)警。另外在設(shè)計(jì)過程中預(yù)留了串行口，供進(jìn)一步開發(fā)使用。 2．9 軟件設(shè)計(jì) 液位控制器模型的軟件設(shè)計(jì)框圖如圖7所示。 2．9．1鍵盤程序 由于鍵盤采用的是44結(jié)構(gòu)，因此可使用的鍵有16個(gè)，根據(jù)需要分別定義各鍵，0～9號(hào)為數(shù)字鍵，10～15號(hào)分別是確定鍵、修改鍵、移位鍵、加／減鍵、取消鍵和復(fù)位鍵。程序如下： 2．9．2轉(zhuǎn)換子程序 A/D轉(zhuǎn)換子程序如下： 值得注意的是，在用匯編語言編寫控制器程序時(shí)，相對(duì)會(huì)比較麻煩，如果用C語言編寫程序會(huì)簡單很多，這里就不再做具體說

14、明。 總結(jié) 通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力，并使我們更好地了解了交通燈的原理， 經(jīng)過三個(gè)月的課題研究，我在選題、查閱資料、分析原理、故障處理以及畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書寫等方面，得到了系統(tǒng)的鍛煉。我對(duì)電子產(chǎn)品的開發(fā)持有濃厚的興趣，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也使我學(xué)到了很多電路知識(shí)、電腦知識(shí)以及相關(guān)軟件的知識(shí)，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)這個(gè)過程，鞏固了我的理論知識(shí)，并提高了我理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際項(xiàng)目中的能力。 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)液位控制器模型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于硬件電路的正確構(gòu)建，只有在電路準(zhǔn)確的前提下再進(jìn)行軟件編程才能取得成功。 通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)自己的動(dòng)手能力有了信心。面臨就業(yè)，我

15、將充分發(fā)揮我的主觀能動(dòng)性和在學(xué)校學(xué)到的一切知識(shí)。為母校添光加瓦，為自己的前程奮斗！這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行，我深刻明白了理論知識(shí)與社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合的道理，從總得到了以前書本知識(shí)所不曾得到的知識(shí)。更加明白了如今信息時(shí)代電子技能知識(shí)的重要性。增強(qiáng)了我對(duì)實(shí)際工藝技術(shù)、電子技術(shù)和設(shè)備技術(shù)等方面的認(rèn)識(shí)，掌握了分析處理方法，調(diào)試、計(jì)算等基本技能的訓(xùn)練，具有一定程度的實(shí)際工作能力。 面對(duì)如此激烈的市場競爭體系，只有努力掌握好電子技能知識(shí)放可在競爭中立于不敗之地，我對(duì)從事電子產(chǎn)品的開發(fā)和研究充滿了興趣。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我的電子研發(fā)之路的良好開端。我會(huì)以此為契機(jī)，在日后的工作中深入學(xué)習(xí)、加深研究，在實(shí)際工作中創(chuàng)造自

16、己的價(jià)值。 參考文獻(xiàn) 1 黃智偉．．傳感器技術(shù)，2002，21（9）：31～33 2 竇振中．單片機(jī)原理主程序設(shè)計(jì)M．北京航空航天大學(xué)出版社，2000 3.賈民平 測試技術(shù) 高等教育出版社 致 謝 在此論文完成之際，謹(jǐn)向給予我指導(dǎo)幫助和關(guān)心理解的老師、同學(xué)及親友表示由衷的感謝！ 首先衷心地感謝我的導(dǎo)師陳老師。本文從選題到完成，從理論上的探討到實(shí)際問題的解決，無處不飽含著陳老師的心血，陳老師的悉心指導(dǎo)和建議給了我極大的幫助和支持，使我受益匪淺，在此論文完成之際，謹(jǐn)向陳老師致以深深的謝意和崇高的敬意。 感謝論文主審和答辯委員會(huì)的諸位老師，他們辛勤的工作和誠懇的建議會(huì)使本文得以進(jìn)一步完善。 感謝所有在我學(xué)習(xí)和論文寫作過程中給予過關(guān)心和幫助的人！