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毕业设计(论文)-基于单片机的气压计设计.doc

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毕业设计(论文)-基于单片机的气压计设计.doc

河海大学毕业论文(设计)0毕业论文学生姓名学号学院专业题目指导教师2012年5月河海大学毕业论文(设计)1摘要本设计就介绍了一种基于气压传感器MPX4105的精密数字气压计系统的实时显示设备。它通过气压传感器MPX4105获得与大气压相对应的模拟电压值,并经过电压/频率V/F转换模块转换为数字脉冲,通过单片机接收该脉冲信号,得到单位时间内获得的脉冲数,依据电压与频率的线性关系式计算出所对应的实际气压值,最后在单片机的控制下由液晶显示电路显示出实际气压值。阐述了系统的软件设计,以C语言为开发工具,进行了详细设计和编码。总体目标是实现系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。关键词气压传感器,电压/频率转换,单片机,液晶显示河海大学毕业论文(设计)2AbstractThisdesignisintroducedwhichisbasedonpressuresensorMPX4105precisiondigitalbarometerofrealtimedisplaydevice.SystemItthroughtheairpressuresensorMPX4105wasobtainedwiththeatmosphericpressurecorrespondingsimulationvoltagevalues,andthroughvoltage/frequencyV/Fconversionmoduleconvertedtodigitalpulse,throughthemicrocontrollerreceivesthepulsesignal,receiveanunittimeget,accordingtothenumberofpulsesoflinearequationofvoltageandfrequencycalculatedtheactualairpressurevaluecorrespondinglast,underthecontroloftheprocessorbyliquidcrystaldisplaycircuitshowsrealpressurevalue.Onthesystemsoftwaredesign,developmenttoolsisClanguage,adetaileddesignandcoding.Theoverallobjectiveistoachievesystemreliability,stability,securityandeconomy.Keywordsmcu,pressuresensor,v/ftransferor,lcd淮阴师范学院毕业论文(设计)2目录1绪论.......................................................................................................................31.1课题背景..........................................................................................................31.2技术概况及发展趋势.......................................................................................31.3数字气压计系统设计的意义...........................................................................52系统总体设计.....................................................................................................52.1设计思路分析...................................................................................................52.2系统总体结构...................................................................................................62.3系统各功能模块的设计思想...........................................................................72.4气压传感器的选择...........................................................................................82.5A/D转换器件的选择.......................................................................................92.6三端稳压器.....................................................................................................102.7系统配置.........................................................................................................103硬件电路设计...................................................................................................103.1单片机电路部分..............................................................................................103.2气压传感和V/F转换电路部分....................................................................133.3气压计电源与单片机电路部分.....................................................................164软件设计...........................................................................................................184.1如何由频率计算出气压值..............................................................................184.2程序流程图.....................................................................................................195系统调试与仿真...............................................................................................195.1KEIL软件介绍................................................................................................195.2PROTEUS软件介绍......................................................................................20结论.........................................................................................................................22参考文献.................................................................................................................23致谢.....................................................................................................................24程序代码.................................................................................................................25淮阴师范学院毕业论文(设计)31绪论1.1课题背景压计是一种测量大气压的装置,一般把作用于单位面积上空气柱的重量称为大气压力,简称气压。气象学研究表明,在空间垂直方向上气压随高度增加而降低,这种变化的幅度在近表面和高空时又有所不同,近地表时气压随高度增加而降低的幅度最大,越到高空这种变化越缓慢。气压还会受空气中的气流影响,若空气中有下降气流,气压会增加若空气中有上升气流,气压会减小。本课题要求利用单片机控制实现气压计功能,而单片机的接口信号必须是数字信号,因此想要用单片机获取气压这类非电信号的信息,必须使用气压传感器。通过气压传感器MPX4105获得与待测气压相对的模拟电压值,并经过电压/频率(V/F)转换模块转换为数字脉冲,得到单位时间内获得的脉冲数,依据电压与频率的线性关系式计算出所对应的实际气压值,最后在单片机的控制下由液晶显示电路显示出实际气压值。以C语言为开发工具,进行了设计和编码。总体目标是实现系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。1.2技术概况及发展趋势随着科技的不断发展,传感器技术也在不断的进步和创新,利用新工艺传感器技术的气压计将会越来越先进和精准,系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性将会大幅的提高。而且趋于小型化、无线化、智能化、多功能化的发展。基于传感器在本设计中的重要作用,下面介绍一下传感器目前的技术性能和发展趋势。1.2.1技术性能(1)高精度1随着科学研究的深入,工程控制的精确,要求传感器的精度尽可能的提高,对在线加工检测要求高于0.1μm,对火箭发动机内的动态压力测量精度应优于0.1,对材料微观结构的测量达到m量级。(2)智能化传感器技术要有认识广阔空间状态的功能,首先遇到的问题是自动化系统的复杂化。例如钢铁工业,首先是控制钢板的厚度与成分,其次是检测表面的缺陷和管理形状。随着从点管理到形状等面管理的复杂化,暴露了敏感器件和信号处理的弱点。机器人出现后,对传感器智能化要求更加迫切,没有视觉和触觉的机器人,其作业受到很大的限制,通用性明显减小。又如宇宙飞船和卫星向地球传送的信息,庞大的数据应先由智淮阴师范学院毕业论文(设计)4能传感器分散处理后再向地球传送压缩数据,这样才能提高系统的效率。传感器分散处理信号,说明更接近人的五官,因此,传感器的智能化是进步的必然结果。(3)微型化与集成化在很多测试场合,要求传感器有尽可能小的尺寸,如弹载传感器,生物医学中插入人体内的传感器,风洞中测压力场分布的传感器等,都要求尽量微型化。实现微型化除了传感器变换元件必须微型化外,更重要的是与传感元件密切关联的放大器、温度补偿器、信号储存与处理电路等也必须微型化。采用集成电路技术成功地将传感元件和电路集成在一块芯片上,做到既微型又稳定,是传感器发展的必然趋势。1.2.2发展趋势1新材料开发2传感器材料是传感器技术的重要基础,是传感器技术升级的重要支撑。随着材料科学的进步,传感器技术日臻成熟,其种类越来越多,除了早期使用的半导体材料、陶瓷材料以外,光导纤维以及超导材料的开发,为传感器的发展提供了物质基础。例如,根据以硅为基体的许多半导体材料易于微型化、集成化、多功能化、智能化,以及半导体光热探测器具有灵敏度高、精度高、非接触性等特点,发展红外传感器、激光传感器、光纤传感器等现代传感器在敏感材料中,陶瓷材料、有机材料发展很快,可采用不同的配方混合原料,在精密调配化学成分的基础上,经过高精度成型烧结,得到对某一种或某几种气体具有识别功能的敏感材料,用于制成新型气体传感器。此外,高分子有机敏感材料,是近几年人们极为关注的具有应用潜力的新型敏感材料,可制成热敏、光敏、气敏、湿敏、力敏、离子敏和生物敏等传感器。传感器技术的不断发展,也促进了更新型材料的开发,如纳米材料等。美国NRC公司已开发出纳米ZrO2气体传感器,控制机动车辆尾气的排放,对净化环境效果很好,应用前景比较广阔。由于采用纳米材料制作的传感器,具有庞大的界面,能提供大量的气体通道,而且导通电阻很小,有利于传感器向微型化发展,随着科学技术的不断进步将有更多的新型材料诞生。2、智能化发展80年代发展起来的智能化传感器是微电子技术、微型电子计算机技术与检测技术相结合的产物,具有测量、存贮、通信、控制等特点。智能化传感器一般主要由主传感器、辅助传感器及微机硬件系统三大部分构成。也就是说,智能化传感器是一种带有微处理器的传感器,它兼有检测判断和信息处理功能。例如美国霍尼尔公司的ST3000型传感器,是一种能够进行检测和信号处理的智能传感器,具有微处理器和存贮器功能,可测量差压、静压及温度等。又如一典型智能化压力传感器,其中主传感器为压力传感器,它的作用是用来测量被测压力参数的。20多年来,智能化传感器有了很大的发展。近年来,智能化传感器开始同人工智能相淮阴师范学院毕业论文(设计)5结合,创造出各种基于模糊推理、人工神经网络、专家系统等人工智能技术的高度智能传感器,称为软传感器技术。它已经在家用电器方面得到利用,相信未来将会更加成熟。智能化传感器是传感器技术未来发展的主要方向。在今后的发展中,智能化传感器无疑将会进一步扩展到化学、电磁、光学和核物理等研究领域。1.3数字气压计系统设计的意义气压计广泛应用于国防、工业、医疗等领域以及我们日常家庭生活中。它的核心元件就是气压传感器,它在监视压力大小、控制压力变化以及物理参量的测量等方面起着重要作用。运用于气压计的气压传感器基本都是依靠不同高度时的气压变化来获取气压值的。本课题是要设计一个利用微控制和数字化气压传感器为核心元件组成的电子气压计系统。其中核心元件就是气压传感器,它在监视压力大小、控制压力变化以及物理参量的测量等方面起着重要作用。运用于气压计的气压传感器基本都是依靠不同高度时的气压变化来获取气本课题设计的数字气压计采用单片机控制,使用方便、精度高、显示简单灵活,并可灵活的加入超压、低压报警、无线传输等特殊功能,而且可以大幅提高被控气压的技术指标。通过本课题的设计,较好的锻炼了我的动手能力,为将来的工作打下了一定的基础,在运用过程中,熟悉并掌握了这些知识的理解和运用。2系统总体设计2.1设计思路分析2.1.1设计方案一采用单片机主控,通过压力传感器、A/D转换采集数据信息,经过含有单片机的检测系统检测,将结果传送到单片机控制的主控器,数据通过显示器显示。原理框图如下图21方案一原理图2.1.2设计方案二采用集成的单片机主控,通过压力传感器将气压信号送入带A/D转换的单片机中,以及在相关模拟分立元件的辅助下进行A/D转换以及其它的数据处理,将处理的结果送显示部分进行显示。原理原理框图如下压力传感器A/D转换器单片机控制的主控制器显示器总线单片机控制的检测系统

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