以51单片机为核心智能压力传感器的设计
2022-01-28

  摘要:在现代科技领域中,传感器技术的地位越来越重要。本文主要论述了51单片机在智能压力传感器设计中的应用,以及对其发展的影响。研究的重点是智能压力传感器本身的稳定性,结合51单片机和压力传感器,对压力感器本身抗干扰能力有了改善的作用,也对压力传感器的智能化和标准化有了促进作用。

 

  0 引言

 

  对目前所有兼容lntel 8031指令系统的单片机,统l称为51单片机。Intel的8031单片机是51单片机的始祖。8031单片机是目前应用最广泛的8位单片机之一。随着Flash rom技术的发展,它也得到了不断的发展,广泛应用于工业测控系统中ATMEL公司的AT89系列,是8031单片机中最有代表性的型号。51单片机是基础入门的一个单片机,也是应用最广泛的一种,在目前乃至今后很长的一段时问内。51系列的兼容机型都将占有大量的市场。

  控制系统传统的设计思想和设计方法,因51单片机的应用从根本上得到了改变。现在正在用单片机通过软件的方法,来实现采用硬件电路实现的大部分控制功能,智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制可通过单片机来实现,从而改变自动控制中的PID调节。随着单片机的广泛应用,以软件取代硬件并能提高系统性能的微控制技术将不断发展完善。

  压力传感器,英文名称是pressure transducer,它是指能感受压力,并能将其转换成可用输出信号的传感器。压力传感器在工业实践中很常用,各种工业自控环境中应用很广,涉及的行业也很多,像水利水电、智能建筑、生产自控、航空航天、石化、电力、船舶、管道等行业都有涉及到。

 

  1 智能压力传感器的特点

 

  (1)测量范围和功能都得到了扩展,符合参数的测量及各种不同要求的测量都可以实现。

  (2)灵敏度和测量精度得到了提高,微弱信号测量,各种校正和补偿都可以进行,也可以存取测量数据。

  (3)测量的稳定性和可能性得到提高,并不受外界干扰,对测量有选择性地进行,智能压力传感器高性能化。

  (4)能够自我诊断,对故障部位能准确锁定,故障状态迅速识别。也能实现用硬件不能实现的功能。

  (5)输出形式和数字通信接口等很多,具有多样性。

  智能压力传感器或是压力传感器智能化,是都具有检测和信息处理功能的传感器。

 

  2 智能压力传感器的采集和处理数据功能

 

  对压力传感器输出信号进行预处理,这是压力传感器智能化之前必须要做的。由于具有种类繁多的被检测信号,输出信号也有模拟量、数字量和开关量等,MD转换的输入量并不是只由压力传感器输出压力传感器输出信号组成的,还必须要对电路将传感器输出信号转换成统一的电压信号或周期信号进行预处理。

  (1)采集数据。压力传感器信号经过与处理成为A/D变换器所需要的点模拟信号,依赖于模拟转换器(MD)的模拟典雅的数字化将输入信号变换为数字信号,这些变化通过采样、量化和编码获得。

  (2)数据处理。A/D转换器转换压力传感器的数据输出信号,要根据需要加工处理所获得的数字信号,如标度变换、非线性补偿、温度补偿和数字滤波等这些软件处理,否则是不能直接输入微处理机供应用程序使用。

  以下几方面都是数据处理的内容:① 收集数据,对所需要的信息汇总;②转换数据,把所需要的信息转换成适用于微处理机使用的方式:③ 分组数据,对数据有效分组,这种分组是按有关信息进行的;④ 组织数据,为了便于处理和对误差进行修正,要对数据进行整理或是用其它方法安排;⑤ 计算数据,为得到进一步的信息,要对数据进行各种算术和逻辑运算;⑥存储数据,对原始数据和计算结果要保存好,以便以后使用;⑦搜索数据。将结果通过提供有用格式的信息,按用户的要求输出。

 

  3 以51单片机为核心智能压力传感器的设计

 

  总体结构设计、敏感元件设计、传感器工艺设计和软件设计等是智能压力传感器设计的主要过程,是根据对智能压力传感器提出的技术指标进行设计的。本篇文章作者从对智能压力传感器的总体结构设计和软件设计这两方面作了介绍。

  (1)总体结构设计。半导体敏元件、放大器、转换开关、双积分A/D转换器、单片机、接口电路、IEEE~488标准接口、存储器以及部分外围电路组合在一起形成了智能压力传感器。

  (2)软件设计。控制程序、数据处理程序和辅助程序是以51单片机为核心智能压力传感器软件构成的三个方面。

 

  图1 硅压力传感器的电路图

  图1 硅压力传感器的电路图

 

  功能多是智能压力传感器的重要特点,可采用两种方式执行:

  ①所选功能的指令由用户通过键盘发出;② 自动式,已编制好的数据采集与处理程序工作由内部功能控制程序协调,或者外部信号的接收通过IEEE--488总线进行,控制指令由智能压力传感器发出,再通过自校、跟踪、越限报警、输出打印、键盘、显示、A/D转换等电路和接1=I,从而保证智能压力传感器有序进行工作。

  根据图2的源程序流程图可设计:安装好智能压力传感器一进行标定一将信号转换成数字码一存人E.PROM中一理想输出。如图3所示。

 

  图2以51单片机为核心的智能压力传感器组成框图

  图2以51单片机为核心的智能压力传感器组成框图

 

  图3 智能传感器源程序流程图

  图3 智能传感器源程序流程图

 

  通过对和传感器的封接技术的利用,带有感温二极管的硅力敏元件与单片机、A/D转换器、接口电路等可由智能压力传感器部分混合集成和连接在一起,能自动修正和补偿测试输出的信号,程控、运算和处理等功能整个系统中都存在,在环境温度变化的场合都能长期稳定。

 

  图4 智能压力传感器修正、显示流程图

  图4 智能压力传感器修正、显示流程图

 

  4 结论

 

  智能压力传感器广泛应用于电子称或商务测量等领域,它能精确地测量各种数值,是一种检测压力的智能仪器。为了使系统能直接显示出压力,智能化的完善可通过键盘控制,这就是本文设计的目的。

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