基于单片机的压力传感器实验.doc

课 程 设 计 说 明 书 题目： 基于单片机压力传感器设计 学院（系）： 年级专业 学 号： 学生姓名： 目录 摘要---------------------------- -------------------------------------------------------------------------2 关键字---------------- ----------------------------------------------------------------------------------2 第一章 总体设计方案及模块模块 A/D变换电路 LED显示器 第一章总体设计方案及模块模块模块 图1.3.1 设计框图 第二章 各模块设计参数 2.1传感器元件模块 压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分，由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出，给显示仪表显示压力值，或供控制和报警使用。力学传感器的种类繁多，如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等。 而电阻应变式传感器具有悠久的历史。由于它具有结构简单、体积小、使用方便、性能稳定、可靠、灵敏度高动态响应快、适合静态及动态测量、测量精度高等诸多优点，因此是目前应用最广泛的传感器之一，本实验采用电阻应变式传感器作为压力传感器。 压力传感器构成： 电阻应变式传感器由弹性元件和电阻应变片构成，当弹性元件感受到物理量时，其表面产生应变，粘贴在弹性元件表面的电阻应变片的电阻值将随着弹性元件的应变而相应变化。通过测量电阻应变片的电阻值变化，可以用来测量位移加速度、力、力矩、压力等各种参数。 压力传感器的工作原理： 本质上是惠斯通电桥，这里采用的是最常见的电阻应变片式的压力传感器。它得到广泛应用的原因是温度特性好，减小温度变化带来的误差。膜片上的压力使得电桥不平衡，从而产生一个差动的输出信号，这种结构的基本特性之一是它的差动输出电压U与偏置电压U成正比关系，这种关系隐含压力测量精度直接决定偏置电源的容限值，当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出同时，它也能提供一种温度补偿最通用的方法。本实验研究压力传感器电路如图2.1.1所示，为压力传感器的电路，其由三部分组成（1）电源电路部分；（2）电桥电路部分；（3）放大电路部分。 图2.1.1压力传感器电路 如图示，传感器采用恒压源供电，为+15V，经过与分压(电容起滤波作用)，点5、6、7三点处有相同电压: (2.1.1) 根据上式，带入数据 ， ，，求得。 经过电路电桥部分，简化如下图2.1.2 UO 图2.1.2压力传感器电桥电路 设桥臂电阻分别为， ，，则当压力传感器受力时,电阻变化对应的输出电压值为，由于1，则上式可化简为 (2.1.2) 带入电阻、电压值得 . （2.1.3） 最后经过放大部分，如图2.1.3，为压力传感器的微弱电压输出的放大电路。分析它是一个差分放大电路,其放大倍数为 ,那么放大后的电压值为 又，选定材料，这里取，代入式（4.1.3）得.因为A∕D转换器的最大输入电压为5v，所以该压力传感器的测量范围为0~80N。 UO UO 图2.1.3放大电路 2.2. A/D转换模块 模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量。能够完成这一任务的器件称之为模数转换器，简称A/D转换器。本次设计的中A/D转换器的任务是将放大器输出的模拟信号转换位数字量进行输出。 A/D转换电路的核心元件是ADC0808芯片 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。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器