毕业设计：基于80C51单片机的数字压力传感器的设计.doc

基于80C51单片机的数字压力传感器的设计 摘要： 本课题主要介绍数字压力传感器，包括应变计/压电传感器为敏感元件的硬件电路设计、运算元件（80C51单片机）数据处理、4位数码显示系统以及相应的通信接口与协议； 实现在一路测量范围在0~250PSI，测量精度在1PSI，分辨率在1PSI。 关键词：PIC单片机 数字 通讯 智能 1 引言 数字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，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。 本课程设计的数字压力传感器以单片机为主要部件，利用全桥测量原理，通过对电路输出电压和标准压强的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲（V）改为压强纲（pa）即成为一台原始电子称。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。而三运放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。ADC0809 的A/D转换作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。并且能实现数字传感器之间的通讯，达到数据共享的目的。从而更好的满足当今社会发展的需求。 2 方案论证 2．1方案一： 本方案采用电阻应变片作为敏感元件采集信息，经三运放大器放大处理，再送入ADC0809进行数模转换，运用80C51单片机作为运算处理元件处理数据，并进行通讯和LED显示。基本工作原理框图如下： 图 1.2-1 基本工作原理框图 2．2方案二： 本方案采用压电传感器作为敏感元件采集信息，经三运放大器放大处理，再送入ADC0809进行数模转换，运用DSP单片机作为运算处理元件处理数据，并进行通讯和LED显示。基本工作原理框图如下： 2.3方案选择： 本次设计要求精度不高，考虑其成本、自身的学习经历。本次设计采取方案一。 3 各电路设计和论证 3．1电源电路设计和论证 直流稳压电源是电子设备中必不可少的组成部分，它通常由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。 3．1．1 方案一 图3-1所示为CW7800系列三端固定输出采集集成稳压器的基本应用电路。图中表明了从交流电网电压经电源变压器降压，又经桥式整流和电容滤波后加在稳压器的输入端的连接方法，并提供各种有关元器件的参考参数。正常工作时，稳压器的输入输出电压差一般为2-3V。图中V5是保护二极管，当输入端短路时，给输出电容器C4存储的电荷提供一个放大电路，防止C4两端电压作用于集成稳压器内部调整管的发射结，造成发射结击穿而损坏三端集成稳压器。 3．1．2 方案二 串联型晶体管稳压管稳压电路组成框图如图所示，它由调整管、取样电路、基准电压和比较放大电路等部分组成。图是典型的串联型双极型晶体管稳压电路。图中R1、Rp2和R2所组成的分压器称为取样电路，它能将输出电压的变化取回一部分送到双极型晶体管V2的基极。由限流电阻R3和稳压管V3组成的电路提供一个基准电压Uz，使双极型晶体管V2的发射极电位保持恒定。双极型晶体管V2将取样电压和基准电压进行比较，所的误差电压通过V2进行放大，因此将V2所组成的放大电路电路或误差放大电路。双极型晶体管V1在电路中起电压调节作用，称为调整管。R4既是V2的集电极负载电阻，又是V1管的基极偏置电阻。 3.1.3方案论证 由于三端稳压管只有三个引出端子，具有应用时外接元件少、使用方便、性能稳定、价格廉价等优点，因而得到广泛应用。所以本课题用第一方案。 3．2 数据采集电路设计和论证 3．2．1 方案一 3.2.1.1 电阻应变式传感器的组成以及原理 电阻应变式传感器是将被测量的力，通过它产生的导体或半导体材料弹性变形转换成电阻变化的元件。由电阻应变片和测量线路两部分组成。常用的电阻应变片有两种：金属电阻应变片和半导体应变片，金属电阻应变片有丝式、箔式及薄膜式等结构形式。本设计中采用的是金属电阻应变片丝式结构，为获得高电阻值，电阻丝排成网状，并贴在绝缘的基片上，电阻丝两端引出导线，线栅上面粘有覆盖层，起保护作用。 电阻应变片也会有误差，产生的因素很多，所以测量时我们一定要注意，其中温度的影响最重要，环境温度影响电阻值变化的原因主要是： 电阻丝温度系数引起的。 电阻丝与被测元件材料的线膨胀系数的不同引起的。 对于因温度变化对桥接零点和输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变片，也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器，必须进行温度补偿，解决的方法是在被粘贴的基片上采用