压力传感器在测控领域中的应用.doc

保定科技职业学院毕业论文（设计）目 录目 录I摘要II前言1第一章 系统总体方案2第二章 系统设计221 原理框图222 工作原理223 硬件设计225 传感器327 液位显示电路428 AD转换电路及控制输出429 软件设计5291键盘程序5292转换子程序6总结7参考文献8致 谢9摘要随着微电子工业的迅速发展，压力传感器广泛应用于生活生产中，为了使学生对压力传感器有较深的了解。经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目，本文通过介绍一种基于压力传感器实现的液位控制器的设计方法，该控制器以单片机为核心，通过外围硬件电路来达到实现控制的目的。可根据需要设定液位控制高度，同时具备报警、高度显示等功能，由于增加了气体压力传感器，使其具有与液面不接触的特点，可用于有毒、腐蚀性液体液位的控制。另外，液位控制在高层小区水塔水位控制，污水处理设备和有毒，腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。通过对模型的设计可很好的延伸到具体应用案例中。关键字：单片机，压力传感器。SummaryAlong with the rapid development of the microelectronics industry, pressure sensor is widely applied in life, in order to make students in the production of pressure sensor is deeper understanding. Through comprehensive analysis of the choice of microcomputer intelligent level controller as research project, this paper introduces a kind of pressure sensor based on level controller design method, the controller based on singlechip, through the peripheral hardware circuit to realize the aim of control. According to need to set the level control, along with alarm, high altitude display function, due to the increased gas pressure sensor, which does not contact with liquid surface, poisonous, corrosive liquid level control.In addition, liquid level control in high-rise residential towers level control, sewage treatment equipment and poisonous, corrosive liquid level control is also widely used. Through the design of the model can be very good extends to specific application cases.Key words: SCM, pressure sensor.10前言随着微电子工业的迅速发展，压力传传感器已广泛用于生产生活中，在测控领域更是应用颇多，液位控制在高层小区水塔水位控制，污水处理设备和有毒，腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。此种液面控制器多基于压力传感器实现的液位控制器，该控制器以单片机为核心，通过外围硬件电路来达到实现控制的目的。可根据需要设定液位控制高度，同时具备报警、高度显示等功能，由于增加了气体压力传感器，使其具有与液面不接触的特点，可用于有毒、腐蚀性液体液位的控制，具有较高的研究价值。在单片机的应用过程中，单片机只是应用系统的一个核心部件，为把单片机系统应用于不同的领域，只掌握单片机的基础知识是远远不够的，要想构成一个完善的应用系统，还要熟悉执行机构及硬件接口电路的应用特性，同时，还应该掌握系统的结构布局、印刷电路板的结构布局及软件的设计技巧这些书本上学不到的知识，因此为设计出完善的应用系统，必须在实际工作中勤于实践，逐步积累这方面的经验。本方案要利用Atmel公司生产的双列40脚AT89C51芯片，压力传感器是美国SM公司生产的5552型OEM压阻式压力传感器，通过设计完成使用压力传感器对液位控制。第一章 系统总体方案利用单片机为控制核心，设计一个对供水箱水位进行监控的系统。根据监控对象的特征，要求实时检测水箱的液位高度，并与开始预设定值做比较，由单片机控制固态继电器的开断进行液位的调整，最终达到液位的预设定值。检测值若高于上限设定值时，要求报警，断开继电器，控制水泵停止上水；检测值若低于下限设定值，要求报警，开启继电器，控制水泵开始上水。现场实时显示测量值，从而实现对水箱液位的监控。第二章 系统设计21 原理框图 原理框图如图1所示。22 工作原理 基于单片机实现的液位控制器是以AT89C51芯片为核心，由键盘、数码显示、AD转换、传感器，电源和控制部分等组成。工作过程如下：水箱(水塔)液位发生变化时，引起连接在水箱(水塔)底部的软管管内的空气气压变化，气压传感器在接收到软管内的空气气压信号后，即把变化量转化成电压信号；该信号经过运算放大电路放大后变成幅度为05 V标准信号，送入AD转换器，AD转换器把模拟信号变成数字信号量，由单片机进行实时数据采集，并进行处理，根据设定要求控制输出，同时数码管显示液位高度。通过键盘设置液位高、低和限定值以及强制报警值。该系统控制器特点是直观地显示水位高度，可任意控制水位高度。23 硬件设计 液位控制器的硬件主要包括由单片机、传感器(带变送器)、键盘电路、数码显示电路、AD转换器和输出控制电路等。24 单片机 单片机采用由Atmel公司生产的双列40脚AT89C51芯片，如图1所示。其中，P0口用于AD转换和显示；P1口连接一个35的键盘；P2口用于控制电磁阀和水泵动作；P3口用于上、下限指示灯，报警指示灯以及用于读写控制和中断等。图2是AT89C51芯片的引脚功能说明。25 传感器 传感器使用SY一9411LD型变送器，它内部含有1个压力传感器和相应的放大电路。压力传感器是美国SM公司生产的5552型OEM压阻式压力传感器，其有全温度补偿及标定(O70)，传感器经过特殊加工处理，用坚固的耐高温塑料外壳封装。其引脚分布如图3所示。1脚为信号输出(一)；2脚为信号输出(一)；3脚为激励电压；4脚为地；5脚为信号输出(+)；6脚为信号输出(+)。 在水箱底部安装1根直径为5 mm的软管，一端安装在水箱底部；另一端与传感器连接。水箱水位高度发生变化时，引起软管内气压变化，然后传感器把气压转换成电压信号，输送到AD转换器。26 键盘电路 P1口作为键盘接口，连接一个44键盘。结构上采用行列方式，可定义键盘布局。结构如图4所示。27 液位显示电路 液位显示采用数码管动态显示，范围从0999(单位可自定)，选择的数码管是7段共阴极连接，型号是LDSl8820。在这里使用到了74LS373，它是一个8位的D触发器，在单片机系统中经常使用，可以作地址数据总线扩展的锁存器，也可以作为普通的LED的驱动器件，由于单独使用HEF4511B七段译码驱动显示器来完成数码管的驱动显示，因此74LS373在这里只用作扩展的缓冲，图5是显示电路的原理图。28 AD转换电路及控制输出 AD转换电路在控制器中起主导作用，用它将传感器输出的模拟电压信号转换成单片机能处理的数字量。该控制器采用CMOS工艺制造的逐步逼近式8位AD转换器芯片ADC0809。在使用时可选择中断、查询和延时等待3种方式编制AD转换程序。图6是AD转换部分原理图，在接线时先经过运算放大器和分压电路把传感器输出的电流信号转换成电压信号，然后输入到AD转换器。 控制输出主要有上下限状态显示、超限报警。另外在设计过程中预留了串行口，供进一步开发使用。29 软件设计 液位控制器模型的软件设计框图如图7所示。 291键盘程序 由于键盘采用的是44结构，因此可使用的键有16个，根据需要分别定义各键，09号为数字键，1015号分别是确定键、修改键、移位键、加减键、取消键和复位键。程序如下： 292转换子程序 A/D转换子程序如下： 值得注意的是，在用汇编语言编写控制器程序时，相对会比较麻烦，如果用C语言编写程序会简单很多，这里就不再做具体说明。总结通过这次的毕业设计，增强了我们的动手能力，并使我们更好地了解了交通灯的原理， 经过三个月的课题研究，我在选题、查阅资料、分析原理、故障处理以及毕业设计任务书写等方面，得到了系统的锻炼。我对电子产品的开发持有浓厚的兴趣，通过这次毕业设计也使我学到了很多电路知识、电脑知识以及相关软件的知识，通过毕业设计这个过程，巩固了我的理论知识，并提高了我理论知识运用到实际项目中的能力。基于单片机实现液位控制器模型设计的关键在于硬件电路的正确构建，只有在电路准确的前提下再进行软件编程才能取得成功。通过这次的毕业设计，我对自己的动手能力有了信心。面临就业，我将充分发挥我的主观能动性和在学校学到的一切知识。为母校添光加瓦，为自己的前程奋斗！这次毕业设计的顺利进行，我深刻明白了理论知识与社会实践相结合的道理，从总得到了以前书本知识所不曾得到的知识。更加明白了如今信息时代电子技能知识的重要性。增强了我对实际工艺技术、电子技术和设备技术等方面的认识，掌握了分析处理方法，调试、计算等基本技能的训练，具有一定程度的实际工作能力。面对如此激烈的市场竞争体系，只有努力掌握好电子技能知识放可在竞争中立于不败之地，我对从事电子产品的开发和研究充满了兴趣。本次毕业设计是我的电子研发之路的良好开端。我会以此为契机，在日后的工作中深入学习、加深研究，在实际工作中创造自己的价值。参考文献1 黄智伟传感器技术，2002，21（9）：31332 窦振中单片机原理主程序设计M北京航空航天大学出版社，20003.贾民平 测试技术 高等教育出