基于单片机的压力传感器系统的设计与实现.docx
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基于单片机的压力传感器系统的设计与实现.docx
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基于单片机的压力传感器系统的设计与实现
毕业设计报告(论文)
报告(论文)题目:
基于单片机的压力传感器
系统的设计与实现
作者所在系部:
电子工程系
作者所在专业:
电子信息工程
作者所在班级:
B10212
作者姓名:
雷宇
作者学号:
20104020419
指导教师姓名:
王喜斌
完成时间:
2014年6月3日
北华航天工业学院教务处制
北华航天工业学院
毕业设计(论文)任务书(理工类)
学生姓名:
雷宇专业:
电子信息工程班级:
B10212学号:
20104020419
指导教师:
王喜斌职称:
副教授完成时间:
2014、6
毕业设计(论文)题目:
基于单片机的压力传感器系统的设计与实现
题目来源
教师科研课题
纵向课题()
题目类型
理论研究( )
注:
请直接在所属项目括号内打“√”
横向课题(√)
应用研究( )
教师自拟课题( )
应用设计(√)
学生自拟课题(√)
其她( )
总体设计要求及技术要点:
依托于单片机的控制原理,设计控制程序与相关电路,实现对AD转换电路与液晶显示器的控制,使之能够基本实现对压力的测量与显示。
整体设计的关键部分有两点:
1.对传感器输入模拟信号的放大与转换。
2.对液晶显示电路的控制。
工作环境及技术条件:
个人计算机一台,相关开发软件,单片机最小系统开发板一套,液晶显示屏一块。
工作内容及最终成果:
1、编写出控制程序。
2、调试AD转换以及液晶显示电路。
3、焊接出放大电路,AD转换模块与LCD显示模块电路
4、连接各个模块,并调试程序,使之能够与已有压力传感器配合测量压力
时间进度安排:
1、第七学期第6周~第15周,查阅资料,完成开题报告、文献综述、外文文献翻译;
2、第七学期第16周~第17周,开题报告审阅、答辩;
3、第八学期第1周~第4周,分析系统功能确定各个模块的核心器件;
4、第八学期第5周~第7周,搜集整理各模块核心器件的使用方法,并设计硬件原理图;
5、第八学期第8周~第14周,完成控制程序的编制;
6、第八学期第15周~第17周,完成电路的焊接,并调试功能,完成毕业论文。
指导教师签字:
年月日
教研室主任意见:
教研室主任签字:
年月日
北华航天工业学院
本科生毕业设计(论文)原创性及知识产权声明
本人郑重声明:
所呈交的毕业设计(论文)
环道控制系统下位软件设计方案二
就是本人在指导教师的指导下,独立进行研究工作取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外,本设计(论文)不含任何其她个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。
对本设计(论文)的研究做出重要贡献的个人与集体,均已在文中以明确方式标明。
因本毕业设计(论文)引起的法律结果完全由本人承担。
本毕业设计(论文)成果归北华航天工业学院所有。
本人遵循北华航天工业学院有关毕业设计(论文)的相关规定,提交毕业设计(论文)的印刷本与电子版本。
本人同意北华航天工业学院有权保存毕业设计(论文)的印刷本与电子版,并提供目录检索与阅览服务;可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以营利为目的的前提下,可以公布非涉密毕业设计(论文)的部分或全部内容。
特此声明
毕业设计(论文)作者:
指导教师:
年月日年月日
摘要
在现实生活与工业生产中几乎随时随地都要测量各种物理量,例如压力,温度,长度等等。
然而这些不同的物理量的测量与处理过程就是大同小异的,主要包括传感器,放大电路,AD转换电路,控制器,以及输出部分,这就给我们的模块化设计提供了先天条件。
这样我们就可以很方便在不同测量设备中进行模块化移植。
关键词单片机,AD转换电路,液晶显示
Abstract
Almostwheneverandwhereverpossibletomeasurevariousphysicalquantities,inreallifeandinindustrialproduction,suchaspressure,temperature,length,etc、、However,measurementandprocessthesedifferentphysicalquantityisverymuchthesame,mainlyconsistsofsensor,amplifiercircuit,ADconversioncircuit,controller,andoutputpart,thiswillgiveourmodulardesignprovidescongenitalconditions、Sowecaneasilybemodulargraftingindifferentmeasuringequipment
KeywordsMicrocontroller,ADconversioncircuit,liquidcrystaldisplay
第1章绪论
1、1课题设计背景
随着社会科技的进步,人们对生活的品质要求的提高,以及工业生产中日益精确的控制要求,现在几乎随时随地都需要对各种物理量进行测量。
我们从很早就开始了对现实物理世界的观察与描述,而测量则就是我们探索物理世界的一个重要手段。
随着电子技术的迅速发展,我们开始在测量中大量引入电子技术,其测量的便捷性,智能性都得到了广泛的认可,从而促进了传感器技术的迅速发展。
各种传感器种类繁多,形态各异,其测量机理也不尽相同,但就是不论其测量的就是何种物理量,基于哪一种测量机理,其最终的转换结果都就是电信号。
那么我们若除去传感器的部分的非电量部分,而只关注其电器性能部分,则我们只要关注对电子量的处理与识别就可以。
这里我们引入“网口”的概念,即对于网络内部的构造于运行机理并不投入过多的注意力,转而关注整个网络于网络外部的接口部分的电量变换规律,这样就大大降低了设计与使用的难度。
这个课题的目的就就是想通过压力传感器系统这一个例的设计与研究,总结出一个行之有效的,可以应用于其她传感器类型的调理控制电路。
1、2传感器系统简介
依据上文所说到的“网口”概念,我们抛开其内部工作机理对系统进行简单的划分与介绍。
这里的“网口”其实也可以理解为系统,我们生活中会遇到很多系统,而系统与系统之间又相互交汇,存在着信息与能量的交换,即与外部存在着“网口”。
例如传感器系统,一端与物理世、世界相连,将物理量采集到其系统内部,经过系统内的一系列运作,最终变成人可识别的信息输出给人。
物理世界就就是它的输入,人能瞧到的输出终端就就是她的输出。
而对于传感器系统内部而言,又可以划分为一连串的小系统,其中包括放大电路,AD转换电路,单片机控制电路,LCD显示电路。
其连接结构如下:
传感器
放大电路
AD转换
单片机
LCD显示
1、3本文内容提要
本文主要包括以下内容:
1.整体系统的的实现方法。
2.各个模块的设计连接与实现方案。
3.为其她传感器的测量变送系统提供设计思路。
第2章调理电路硬件设计
在课题设计中我们采用的控制芯片为STC89C52单片机,AD转换采用AD0804,显示模块采用LCD1602,由于这几种芯片已经就是很成熟的设备,各种技术资料的介绍已经很完备,所以在本文中我们不对各个芯片的技术参数再做赘述,而侧重于实际设计的思路分析。
文中仅引用一些我们设计时需要关心的内容,在设计思路上,我们先对各个模块进行独立设计,在最后再将各部分组装到一起。
2、1传感器电路分析
由于传感器输出信号很小,一般就是几十到几百毫伏,而且为保证下一级电路的介入不影响传感器的工作状态我们要选择输入阻抗较高的放大电路,防止放大电路的输入级从传感器吸收过多的电流从而导致传感器输出的电压下降,造成测量误差。
其机理如下图:
如图,我们取c,d两端作为输出级当电桥处于不平衡状态时c,d两点间存在电位差,取为输出,则经过简单的三角形星形变换后可知输出负载阻抗越高,对桥型电路影响越小。
2、2选用放大电路及其电路分析
采用的放大电路如图1所示,对上图电路进行分析,LM324的1引脚输出为VO1,7引脚输出为VO2,8引脚为VO,
对上图所示为一个仪用放大器电路原理图,具有高输入阻抗与高电压增益的特点,图中U2:
A与U2:
B构成了同相并联差动放大器,第一级输出为:
VO’=[1+(R2+R3)/RV2]VI;
由于反馈的作用使第一级的两个运放的vp与vn几乎相等即虚短,进而使其输入端几乎没有电流流过,这意味着它不从上一级的传感器桥式电路中吸收电流,具有高输入阻抗。
U2:
C构成第二级差动放大,在这一级放大电路中,欲有效抑制共模干扰,需使R1=R4==R;R5=R6=Rf;则总的放大输出为VO=(Rf/R)VO’=[1+(R2+R3)/RV2](Rf/R)VI。
其中RV2为滑动变阻器,可调节放大增益。
2、3AD转换电路的设计
由于传感器输出信号为模拟信号,我们使用的处理芯片只识别数字信号,所以需要将模拟量转换为数字量,对于使用者而言我们不必过多关心起内部的构造与原理,而把注意力放到其控制接口与接口性能上,本文以AD0804为例来设计AD转换电路,
2、3、1AD0804的外围接口的功能:
/CS:
芯片片选信号,低电平有效,即/CS=0,该芯片才能正常工作,当外接多个AD芯片就是可以通过这个接口来控制就是哪一个芯片在工作;如在多通道采集电路中,当我们使用到AD转换时,就可以通过片选信号的控制来完成通道的选择。
/WR:
启动ADC0804进行ADC采样,该信号低电平有效,我们在程序的初始化时该接口给低电平,使用时当整个电路初始换完成后,准备开始数据采集时,给该接口低电平信号,AD芯片开始进行转换。
DB0~DB7:
由于AD0804就是8位转换芯片,即将AD所能采集到的最大模拟量分成28分,结果以二进制形式存储到DB0~DB7,等待控制芯片的读取。
/RD:
低电平有效,当转换完成后,转换结果已经存到DB0~DB7后,由单片机控制给出低电平信号,这时单片机可以从数据接口读出转换结果。
UIN(+)与UIN(-):
模拟电压输入端,模拟电压输入接UIN(+)端,UIN(-)端接地。
双边输入时UIN(+)、UIN(-)分别接模拟电压信号的正端与负端。
当输入的模拟电压信号存在“零点漂移电压”时,可在UIN(-)接一等值的零点补偿电压,变换时将自动从UIN(+)中减去这一电压。
本电路中直接将传感器的两个输出端接到芯片的两个模拟输入端上。
VREF/2:
参考电压接入引脚,参考电压值就是AD输出的最大值该引脚可外接电压也可悬空,若外界电压,则ADC的参考电压为该外界电压的两倍,如不外接,则Vref与Vcc共用电源电压,此时ADC的参考电压即为电源电压Vcc的值,。
CLKR与CLKIN:
外接RC电路产生模数转换器所需的时钟信号,时钟频率CLK=1/1、1RC,一般要求频率范围100KHz~1、28MHz。
AGND与DGND:
分别接模拟地与数字地,电路中有时会出现数字部分与模拟部分相互干扰的情况,这时我们要实行数模隔离,地线需相对独立。
/INT:
中断请求信号输出引脚,该引脚低电平有效,当一次A/D转换完成后,
将引起/INT=0,应用时,将这一接口与单片机中断入口相连接,当中断触发时单片机处理中断程序,读取AD转换结果。
2、3、2外围电路的设计
1.需要单片机控制的引脚:
/CS、/WR、DB0
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- 关 键 词:
- 基于 单片机 压力传感器 系统 设计 实现