基于51单片机的压力测控系统全套资料.docx

本 科 生 毕 业 论 文（设计）题 目： 基于51单片机的压力测控系统 院 系： 信息科学与技术学院 专 业： 电子信息科学与技术 学生姓名： 汪东亮 学 号： 05375053 指导教师： 陈立文（助理工程师） （职 称） 二九 年 五 月iv- iv -摘 要随着信息技术和控制技术的高速发展,对智能化的要求越来越高,尤其是基于单片机或者ARM内核的智能控制系统发展最为迅速。实现智能化的环境检测和信息处理是当今的热门话题.以单片机为核心的数字控制系统以其成本低,体积小，功能强大而被广泛应用。在压力测控方面，有许多地方要对压力实行监控,例如液压测控，电子秤等。本文讨论的智能环境测控系统主要是对环境中的压力参数进行监控,首先通过压力传感器采集数据，通过运算放大器将采集到的信息进行放大后进行A/D转换，并将这些数据通过单片机系统进行存储和处理。然后采用无线红外数据传输的方式把数据传输至后台，进行后续的数据处理和分析。采用无线传输能够使采集的数据传输给手持终端，使之成为智能化的便携工具，即用即测量，能够实现对环境中不同时间，不同地点的压力因素进行实时监控，做出相应的动作处理可能出现的情况，从而为分析做出可靠的数据。关键词：智能测控；压力传感器；单片机；红外传输AbstractWith the development of information technology and control technology, the demand for intelligent device is increasing rapidly, especially in single-chip based on ARM. The fastest development of control made the realization of intelligent detection and information processing in environment a hot topic. Because of its low-cost, small size, powerful function, the digital control system based on single-chip microcomputer used widely. In the pressure measurement and control aspects, a lot of pressure to the implementation of monitoring, such as monitoring and control of hydraulic, electronic scales and so on. This article discusses the intelligent monitoring of the environment and control system. The pressure on the environment monitoring parameters, first of all, through the pressure sensor to collect data, then the information collected transport to the operational amplifier. We can use the A/D conversion to get the digital signal. The signal is stored and processed in a AT89052, then, the data transport to the handheld terminals for the follow-up process. The infrared transmission will enable collection of data to handheld devices, making it a portable tool, that is, by that measure, the environment can be achieved at different times in different locations to carry out real-time monitoring of stress factors and make the appropriate action to deal with situations that may arise, so as to make reliable data analysis. Keywords:Intelligent Monitoring and Control; Pressure Sensor; Single-chip Microcomputer; Infrared Transmission目 录第一章 前言11.1概述11.2课题研究的意义11.3.压力监控的方法21.3.1电阻应变片传感器21.3.2电容式传感器31.3.3电感式传感器31.3.4智能传感器研究41.4信息处理过程61.4.1集成运算放大器61.4.2微处理机71.5方案设计7第二章 压力测量电路设计92.1传感器概述92.1.1传感器的静态特性：92.1.2 传感器的动态特性102.2信息采集电路设计112.2.1压力传感器选择112.2.2放大电路设计122.3 A/D转换电路设计132.3.1 ADC0809简介13第三章 核心电路设计163.1 AT89C52介绍163.2 红外数据传输子系统173.2.1 MAX3100引脚说明183.2.2 单片机与MAX3100的连接电路图193.2.3 红外数据传输流程图设计19第四章 总体电路图设计和PCB制图214.1总体电路图设计214.2电路图的PCB板设计21第五章 结论235.1论文工作总结235.2进一步的工作23参考文献24致谢25附录26第一章 前言1.1概述随着信息技术的发展,对环境的检测、控制、处理都要求智能化。该类需求要综合运用智能控制技术,传输技术，信息处理技术,尤其在一些比较恶劣的条件下，像矿井下的压力测控，冰山上的压力测控等，这类需求显的更为重要。考虑到现实环境中的因素，选定环境因素中的压力作为研究对象，一方面切合实际，能够很好的为生活服务:另一方面,有些条件下压力的要求比较敏感,对智能化的要求更高，更强。压力在环境因素中充当了不可磨灭的角色。所以采集数据进行分析显得十分必要.首先是数据的采集，数据采集可以有多种方式，例如采用传感器1采集环境中的影响因素的数据。传感器可以分为很多种，例如电阻应变片，压电式传感器,电容式传感器,电压式传感器等等,电阻应变片具有精度高，稳定性高的优点，压电式具有频带宽，灵敏度高,信噪比高，结构简单等优点,电容式具有高阻抗,小功率,动态响应快的优点。信息采集后要进行数据的传输，这就进入系统的第二块,数据传输模块。常数据传输分为长，中，短距离传输，对于长距离传输主要采用有线光缆或有线电缆,中短距离多采用有线电缆。鉴于要求设备能够随时移动，而且要求的距离也不是很长，只是要求在有限的范围内使用就可以了.此外,有线光缆不易弯曲，容易发生断裂情况，而且成本比较高,所以本文采用无线红外传输2，不仅能满足需求，而且成本低,容易架设,技术又比较成熟.数据采集进来以后，就要进行数据的处理、分析。1.2课题研究的意义随着人们生活水平的提高，人们的安全意识越来越高.力是物体与物体之间的一种相互作用，而压力作为比较常见的一种力,越来越受到人们的关注。如一个空纸箱能承受的压力，一瓶水能承受的压力，一块砖头产生的压力，都与人们生活息息相关,所以设计一个智能化的便携式可测量压力的系统就显得十分必要了。1.3.压力监控的方法力的测量需要通过力传感器间接完成，传感器是非电量转化为电量的元件。经典电量测量技术已经十分成熟，不仅灵敏度高，而且重复性好，数字化，智能化得到广泛应用。压力传感器是传感器技术中最成熟的技术之一，市场份额居于传感器之首。国外的压力传感器已系列化和标准化，压力范围从 0.069kPa至69 M Pa，精度达（1-5) x 10-4 FS，年稳定度 1 x 10-FS，重复性 5x 10-5 FS,滞后 1 x 10-5 FS,温度误差2 x 10-6 FS。过压保护范围大于传感器的量程 20倍以上。使用温度范围为-273-1000 摄氏度我国压力传感器的性能在90年代已有较大的提高1。非线性、重复性优于5 x 10-4 FS，多晶硅-蓝宝石压力传感器的工作温度可以达到-50 300摄氏度。下面简要介绍几种比较常用的传感器的工作原理。1.3.1电阻应变片传感器电阻应变片3的作用是把导体的机械形变转化为电阻变化，以便进行电测。电阻应变片的工作原理是金属的应变效应。金属丝的电阻随着他所受的机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应的变化的现象称为金属的电阻应变效应。采用惠斯登电桥的压力传感器，精确度高，稳定性好。将金属丝电阻应变片粘在弹簧片的表面，当弹簧受到压力发生形变时，金属丝也发生相应的形变使得金属丝的电阻发生变化。弹簧的形变越大，金属丝的电阻变化也就越明显。只需测出金属丝的电阻变化就可以相应的知道弹簧的受力情况。如图1-11所示的电路。图1-1 电阻应变片原理图1在R1上粘有金属丝电阻应变片，为受力时R1=R2=R3=R4，桥路平衡，U=0。当受力时，电阻应变片发生形变，电阻变化，使得桥路不平衡。1.3.2电容式传感器电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，通过电容传感元件，将被测物理量的变化转换为电容量的变化。电容式传感器不但广泛用于位移，振动，角度等机械的精密测量，而且逐步扩大应用在压力，差压，液面等方面的测量。电容式传感器的特点：（1）小功率，高阻抗。电容传感器电容量很小，一般为几十到几百微法，因此具有高阻抗输出；（2）小的静电引力和良好的动态特性。电容式传感器极板间的静电引力很小，工作时需要的作用能量极小和它有很小的可动质量，因而具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；（3）本身发热影响小，可进行非接触测量。缺点是输出特性的非线性较严重;分布电容的影响较大，这些分布电容不仅降低了转换效率，还将引起测量误差。电容式传感器所产生的电容量很微小(几皮法到几十皮法)，这样小的电容量不便于直接传输和记录，需要通过测量电路对它进行检测转换和放大。其工作原理为:一个平行板电容器，如果不考虑其边缘效应，则电容器的容量为，式中S是极板面积，d是极板间的距离, 是电容器极板间介质的介电常数, 是真空介电常数, 是相对介电常数.由电容器的计算公式可以看到,s,d, 中的一项或者几项有变化时,都会导致电容器电容量的变化,实际常用的是保持其中两个量都不变,而改变其中一个量。样就可以把电容量的变化和其中一个量的变化对应起来，从而测量电容量的变化就可以测量相对应量的变化。用的测量电路有桥式电路、二极管双T网络、充放电脉冲电路、运算放大器电路等。1.3.3电感式传感器电感式传感器是建立在电磁感应的基础上，利用双线圈电感或互感的改变来实现非电量测量的。它可以把输入的物理量如位移，振动，压力，流量等参数，转换为线圈的自感系数L和互感系数M的变化，而L和M的变化在电路中又转换为电压或电流的变化，即非电量转换为电量。因此它能实现信息的远距离传输，记录，显示和控制等方面的要求。其特点如下：（1）灵敏度高，分辨力高；（2）精度高，线性好，性能稳定，重复性好。图1-2 电感式传感器原理图3电感式传感器分为互感式和自感式，而压力测量经常使用的是自感式传感器。电感式传感器常用的有自感式和互感式两类，压力测量经常使用自感式传感器。图1-2是简单自感式的原理图3，当一个简单的单线圈作为敏感元件时，机械位移输入会改变线圈产生的磁路的磁阻，从而改变自感式装置的电感，电感的变化由合适的电路进行测量，就可从表头上指示输入值。磁路的磁阻变化可以通过空气间隙的变化来获得，也可以通过改变铁心材料的数量或类型来获得。自感式传感器实质上是一个带气隙的铁心线圈。按磁路几何参数变化:自感式传感器有变气隙式、变面积式与螺管式三种。1.3.4智能传感器研究 近年来微处理机得到迅猛发展和广泛应用，它在传感器技术中的应用，促使传感器技术产生一个飞跃。智能化传感器4就是微型计算机与传感器结合的成果。智能式传感器一般是一种带有微处理机的，兼有检测，判断与信息处理功能的传感器。智能传感器与传统传感器相比有很多优点：（1）它具有判断和信息处理能力，可对测量值进行各种修正和误差补偿，提高了精确度；（2）可实现多传感器多参数综合测量，扩大了测量范围；（3）具有自诊断，自校准功能，提高了可靠性（4）具有数字通信接口，能与计算机直接联机。智能传感器系统是一门现代综合技术，它将传感器、计算机和通讯技术有机地结合在一起构成系统，是当今世界正在迅速发展的高新技术，至今还没有形成规范化的定义。以往人们主要强调在工艺上将传感器与微处理器两者紧密结合，认为“传感器的敏感元件及其信号调理电路与微处理器集成在一块芯片上就是智能传感器”，然而，这样的提法没有突出智能传感器系统的主要特点，同时在实际应用中并不总是须将传感器与微处理器集成在一块芯片上才构成智能传感器系统4。智能传感器系统的主要特点是把计算机技术和现代通讯技术融入传感器系统中，它一方面使传感器在计算机的管理下更好地发挥信息检测功能，降低对元器件的要求，从而降低成本;另一方面在软件的支持下使传感器具有较强的信息处理和通讯能力，具备较高的智能，极大地提高传感器系统的性能。因此，有认为:智能传感器系统是指传感器(通过信号调理电路)与微处理器赋予智能的结合，兼有信息检测、信息处理及通讯功能的传感器系统。这些提法突破了传感器与微处理器结合必须在工艺上集成在一块芯片上的框框，而着重于两者赋予智能的结合，使传感器系统的功能由以往只起信息检测作用扩展到兼而具有信息处理功能。智能传感器是带微处理器、兼有信息检测和信息处理功能的传感器。其主要特征是将传感器的检测信息功能与微处理器的信息处理功能有机的融合在一起，具有一定的人工智能作用。智能传感概念和智能传感技术的产生与发展始终伴随着高科技产业的发展，比如运动对象的速度、位置、姿态等运动数据及温度、气压、加速度、空气成分等环境因素数据的采集，机器人的推广应用中以更高级、更智能化的传感器代替人工操作传感器系统;在环境测量中应用智能化的远程传感系统向有关人员及时通报环境危机等等，智能传感器在多方面激发了新一轮的技术革新。智能传感系统的层次结构如图1-3所示。顶层整体控制中央集中处理（数字系列处理）中间层（信息过程）中间控制底层调节与优化传感器信号合成与融合底层（信号过程）传感与信号规范化智能传感器分布并行过程（模拟）图1-3 智能传感器的层次结构图1.4信息处理过程信息处理过程主要包括两个方面的内容，一个方面是传感器采集到的信号可能比较弱，要经过放大器进行放大后才能传给微处理机进行信息的存储，显示，控制。另一个方面是微处理机对信息的处理，既智能化处理。1.4.1集成运算放大器运算放大器最初被用在模拟计算机系统中，它本质上是一个性能优良的高增益直流放大器，加上外部反馈网络可以完成诸如加、减、乘、除、积分和微分等运算功能，由此得名。运算放大器自问世以来经历了由电子管、晶体管到单片集成电路（即集成运算放大器）的发展过程，产品的性能价格比不断提高。目前，集成运算放大器已被广泛用于仪器仪表、自动控制、计算技术及电信无线电等领域。（1） 集成运算放大器的基本结构差动信号输入级增益级输出级输出输出级1.1(* 正文不少于10千字；或使用小四字体偏置电路图1-4集成运算放大器基本结构图集成运放一般包括差动输入级，中间放大增益级，输出和偏置电路，如图1-4。输人级一般为差动放大电路，它由两个特性相当接近的晶体管（或复合管、超R管、场效应管）组成，输人级决定了整个集成运算放大器的失调电压、失调电流、失调电压漂移 、失调电流漂移、输人阻抗、共模抑制比、共模输人电压范围、差模输人电压范围等。中间增益级是由一到两级直接藕合共发或组合电路放大器组成，此级的主要功能是电压放大6。（2） 集成运算放大器的差模信号定义为幅值相等、相位相反的一对输入信号。若设一端的差模输入电压信号为，则另一端的差模输人电压信号为。放大器的性能参数主要包括差动开环增益，共模增益，共模抑制比，输入失调和热漂移等。1.4.2微处理机 单片机由于体积小，功能强大，而且具有存储控制功能而得到广泛的应用，尤其在工业控制，仪器仪表，计算机外部设备与智能接口等方面。单片机又称微处理机，它是把中央处理器，存储器，中断系统，定是器/计数器，串行接口，输入/输出接口等功能部件集成在一块大规模集成电路芯片上的微型计算机。单片机种类繁多，性能各异，有四位单片机，八位单片机，十六位单片机和三十二位单片机，由于8位单片机资源丰富，性价比高，目前应用最广泛7。单片机的发展经历了由4位到32位的发展，发展历史虽然不长，但却在许多领域得到很广泛的应用，这是因为其卓越的性能和突出的特点：（1）体积小，成本低，使用灵活，易于产品化。使得能用单片机方便的组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电一体化。（2）单片机的硬件结构和指令系统都带有很强的控制色彩，可以用单片机有针对性的解决从简单到复杂的各类控制任务。而且抗干扰能力比较好，其适用温度范围宽，在各种恶劣的环境下都可以可靠的工作。（3）在单片机内部的各种功能部件不能满足需要时，均可在外部进行扩展（如扩展ROM，RAM，I/O接口，中断系统等）由于它与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来极大的方便和灵活性。常用的单片机有Intel公司生产的MCS-48,MCS-51,MCS-96,存储器采用哈佛结构,即程序存储器和数据存储器独立寻址.此外还有Motorola生产的MC68HC11系列,Microchip公司生产的PIC单片机系列等 。1.5方案设计 本研究主要是设计一个压力测控系统,包括压力信号采集，压力信号传输,信号处理和显示。设计过程本着系统最大化简单，产生的误差较小，使用的范围比较广的原则。本文将从以下几个方面开展工作：1. 信息采集,主要是通过传感器采集环境中的因素,即测压电路的实现；2. 微处理机的核心电路设计；3. 单片机通信接口的设计。整体设计流程如图1-5所示。图1-5设计流程图系统流程图A/D转换放大器压力传感器 个人PC终端显示微处理机 第二章 压力测量电路设计2.1传感器概述传感器是能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的部分，转换元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适用于传输和测量的电信号部分。传感器的输出-输入的关系特性是传感器的基本特性。输出-输入特性虽是传感器的外部特性，但与其内部参数有密切关系，因为不同的内部结构参数决定了他具有不同的内部特性。传感器测量的物理量基本上有两种形式：一种是稳态（静态或准静态）的形式，这种信号不随时间变化（或变化很缓慢），另一种是动态（周期变化或瞬态）的形式，这种信号是随时间变化而变化的，因此，存在所谓的静态特性和动态特性。一个高精度的传感器必须具有良好的静态和动态特性，这样才能完成信号的无失真转换。2.1.1传感器的静态特性：（1）线性度传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。从传感器的性能看，希望具有线性关系。但实际遇到的传感器大多都是非线性，在不考虑迟滞，蠕变，不稳定性等因素的情况下，其静态特性可用多项式代数方程2-1表示 （2-1）式中y输出信号 ; x输入信号;-无输入时的输出,即零位输出； -传感器的线性灵敏度；,-非线性项的待定系数,各项系数不同,决定了特性曲线的具体形式不相同。通过理论分析建立的传感器数学模型往往非常复杂,甚至难以实现。在实际使用中，为了标定和数据处理的方便,希望得到线性关系,因此引入各种非线性补偿环节,如采用补偿电路或用计算机软件进行线性化处理。在传感器输入量变化范围较小时,可用一条直线近似的代表实际曲线的一段,使传感器的输出-输入特性线性化,所采用的直线为拟合直线，常用方法有端点直线法，最小二乘法3等。(2)灵敏度灵敏度是指传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比，即特性曲线在某处的斜率。有公式2-2 (2-2) S灵敏度 对于线性传感器,它的灵敏度就是它的静态特性的斜率，而非线性传感器的灵敏度为一变量.实际中,由于有源传感器的输出与电源有关,所以其灵敏度表达式中还考虑电源的影响。(3)迟滞性在相同工作条件下作全量程范围校准时，正行程(输入量由小到大)和反行程(输入量由大到小)所得输出输入特性曲线往往不重合。即对应于同一大小的输入信号,传感器正反行程的输出信号大小不相等,即是迟滞现。.迟滞是用来描述传感器在正反行程期间特性曲线不重合的程度。迟滞的大小常用正反行程最大输出差值对满量程输出的百分比来表示,其表达式为2-3 (2-3)(4)重复性重复性是指在相同工作条件下,输入量按同一方向作全量程多次测试时,所得传感器特性曲线不一致的程度。2.1.2 传感器的动态特性传感器的动态特性是指传感器对激励（输入）的响应（输出）特性。一个动态特性好的传感器，其输出随时间变化的规律（变化曲线）将能同时再现输入随时间变化的规律（变化曲线），即具有相同的时间函数。但实际上，除了具有理想的比例特性的环节外，输出信号将不会与输入信号具有完全相同的实际函数，这就是动态误差。研究动态特性可以从时域和频域两个方面采用瞬态响应和频率响应法来分析。（1） 传感器数学模型4传感器实质上是一个信息转换和传递的通道。理想情况下，输入量随时间变化时，输出量能立即随之无失真的变化。但是实际的传感器总是存在着诸如弹性，惯性和阻尼等元件。此时，输出不仅与输入有关，而且还与输入量的变化速度，加速度等有关。在数学上常用常系数线性微分方程表示传感器输出量与输入量的关系，如： （2-4）式中，和，为与系统结构参数有关的常数。传递函数：在工程上采用拉普拉斯变换来研究线性微分方程。如果是时间变量的函数,并且当0时, =0,则其拉氏变换定义为2-5： (2-5)其中是复变量, =；传递函数就定义为2-6：=/ (2-6)2.2信息采集电路设计 信息采集电路主要包括传感器采集环境信息，放大电路对信息进行放大后输出。2.2.1压力传感器选择 压力传感器在结构上千差万别,要根据具体的测量目的，测量对象以及测量环境合理的选择传感器，是在惊醒某个量测量时的首要问题.传感器一旦确定,与之匹配的测量方法和测量设备也就可以确定了5.测量结果的成败很大程度上取决于传感器的选择是否合理。传感器选择的主要参数有线性度，频率响应特性，线性范围（输出与输入成正比的范围），稳定性，精度等。譬如压力计最高测量压力为 1 MPa，则可选用 1 MPa量程的压力传感器，并依据实际情况可选 1.5-2倍过压能力。一般压力传感器在规定的恒压源供电下，例如 10下满量程输出可达到 100m v。如果恒压源选定为5V，则满量程输出应为50mV。压力灵敏度为50mV/5V/1 M Pa= l0mV/V/MPa。可选择比较简单的稳压管（5V稳压）来给压力传感器和参考电压分压器供电。放大电路应将压力传感器的满量程输出50m V放大至 4V。因此放大电路的增益应为 80倍。压力传感器的零点输出经调整后一般可以达到士2mV以内。2.2.2放大电路设计（1）增益采用运算放大器进行信号放大，电路可以采用电路图2-18。图2-1信号放大电路8采用压阻桥式的传感器进行压力信号采集，热敏电阻进行温度误差补偿。当热敏电阻处在与应变片相同的温度条件下，当应变片的灵敏度随温度升高而下降时，热敏电阻的阻值也下降，使得电桥的输入电压随温度升高而增加，从而提高电桥的输出。由电路图可知，整个电路的输出为公式2-7： （2-7）式中是差模输入电压（即传感器的输出），为共模输入电压，近似等于传感器出对地电压。为电平平移，可由公式2-8求出。 （2-8）为了抑制共模输入电压的影响，要求故取，都为100千欧电阻，这样电平平移为200。放大器电压跟随作用，将分压器的电压分压值输入给放大器A2，去放大电路的增益为80，则可知道=2.56，由此，确定了电路的基本参数。（2） 零点漂移压力传感器在5V恒压源激励下，零点输出调整到2，经二级运放后变为160。了消除零点电压的影响，必须使向上移动200，并留有一定的余量。从传感器采集到的微弱信号经过二级运放放大后输出一个电压值，此电压经A/D转换后即可输入给单片机进行数据的存储，处理，显示等。2.3 A/D转换电路设计A/D转换电路即把模拟量转换为数字量输出的过程。本文采用AD0809作为转换元件，实现模数转换。 2.3.1 ADC0809简介ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。（1）主要特性：1）8路8位AD转换器，即分辨率8位。 2）具有转换控制端。 3）转换时间为100s。4）单个5V电源供电 。5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-4085摄氏度。 7）低功耗，约15mW。 （2）内部结构 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，内部结构如图2-2所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA转换器8、逐次逼近。 图2-2 ADC0809内部逻辑结构图3外部特性（引脚功能） ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图2-3所示。图2-3 ADC0809外部引脚图下面说明各引脚功能： IN0IN7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START：AD转换启动信号，输入，高电平有效。 EOC： AD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一5V。 GND：地。 ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。第三章 核心电路设计 3.1 AT89C52介绍电路的微处理机采用常用的8051系列单片机AT89C52，AT89C52是由美国ATMEL公司生产的高性能CMOSS位单片机，低电压，片内含有8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存储数据存储(RAM)，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内采用8位中央处理器和Flash存储单元，还有低功耗空闲和掉电模式，因其强大的功能，在许多较为复杂的控制应用场合中得到了广泛的应用。AT89C52可提供以下功能特性:可与MCS-51产品指令和引脚完全兼容，能进行1000次擦写周期，8k字节可重擦写Flash闪速存储器，256*8字节内部RAM，32个可编程1/0口线，3个16位定时/计数器，在0HZ-24HZ全静态操作，有8个中断源，可编程串行UART通道，三级加密程序存储器，一个6向量两级中断结构和一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52有低功耗空闲和掉电模式，在空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM定时和计数器，串行通信口及中断继续工作;掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并直到下一个硬件复位才允许其他所有部件工作7。图3-1为AT89C52的塑料双列直插封装图。图3-1 单片机AT89C52引脚排列图其中，均是双向的I/O口，但 口一般接受低八位地址，口接受高八位地址，口除做一般的I/O口外，还具有第二功能如表3-1。表3-1 P3口的第二功能表端口引脚第二功能P3.0串行输入口RXDP3.1串行输出口TXDP3.2外中断0P3.3外中断1P3.4定时/计数器T0P3.5定时/计数器T1P3.6外部数据存储器写选通P3.7外部数据存储器读选通3.2 红外数据传输子系统红外数据传输子系统是本系统的最后一个部分。红外通信具有控制简单、实施方便、传输可靠性高等特点而备受青睐。红外通信的实质就是将采集到的二进制数字信号进行调制和解调，利用红外信道进行传输;我们下面要用到的红外通信接口即是针对红外信道的调制解调器。由于51系列单片机的串口不支持红外数据传输功能，理论上，我们可以通过分立的器件自行搭建红外的发射和接受电路，但是对于一个实际应用的方案来说，可以采用更为简单和可靠的方法，即采用一个串口-红外的转换芯片，这样的一个芯片即可完成单片机串口-红外数据传输的转换功能，该芯片我们常见的有MAXIM公司生产的通用异步收发器(UART)芯片MAX3100，SPI接口与主微控制器进行通信，它不仅适合于速率高达230kPs的RS-232和RS-485数据链路，而且支持速率从2.4kps至 115.2kps的红外数据协会（IrDA)SIR格式9。3.2.1 MAX3100引脚说明图3-2 MAX3100引脚图10图3-2 MAX310010引脚功能说明： DOUT:SPI串行数据输出。数据由串行时钟的下降沿同步输出，当CS为高时为高阻态。SCLK:SPI串行时钟输入。CS: 片选端，CS=1时NOUT呈高阻态，IRQ、RTs、TX的输出不受CS的控制。IRQ:中断请求信号，低电平有效。SHDN:硬件关断端，SHDN为低电平时内部晶振电路关闭。XZ:晶振连接端，外接时钟时该端悬空。Xl:晶振连接端，外接时钟时从该端输入。CTS:输入端，低电平有效，用于RS-232。RTS:输出端，低电平有效，用于RS-232的RTS输出或RS-485使能。RX:异步串行数据输入(接收)。TX:异步串行数据输出(发送)。:正电源接入端(2.7V-5.5V)。GND:地。MAX3100的设计具有很大的灵活性，是性能完善的URAT。在MAX3100中，奇偶校验等完全由软件控制，只需往一个内部寄存器里写入控制字，即可设置UART的波特率、数据字长、校验使能和8字节接收FIFO使能;寄存器字节控制CTS/TRS硬件握手控制线;该芯片还具有软硬件调用的关断功能，可降低系统的功耗;在MAX3100中，可发出4种中断请求信号:奇偶校验中断、接受中断、帧错误/(待机接受)中断、发送中断，可根据需要，对中断屏蔽位(TM、RM、PM和RAM)进行设置，选择相应的中断方式;还可选择两种工作模式:普通URAT和红外通信IrDA定时模式，IrDA定时模式能够和其他具有SIR兼容的红外端口设备进行红外通信。3.2.2 单片机与MAX3100的连接电路图图3-311为单片机的1/0口与MAX3100的接口电路。单片机AT89C52用来控制MAX3100完成红外串行通信。红外通信芯片MAX3100在单片机的控制下实现单片机串口和红外通信之间的转换，采用SPI接口方式，从而实现高速串行数据收发。在电路中1.8432MHZ的晶振为MAX3100提供时钟频率。IRLEDI和IRLED2分别为接受和发送红外的LED发光二极管。单片机的PI.0-PI.3分别接MAX3100的DOUT、DIN、SCLK和CS，单片机的INTO与MAx3100的IRQ连接即可。图3-3 单片机与MAX3100连接图113.2.3 红外数据传输流程图设计MAX3100采用的是全双工通信，即DIN、DOUT引脚上同时有数据传送，在SCLK时钟的下降沿，将数据从DOUT引脚发送出去，当SCLK时钟在上升沿时，从D取引脚接受数据12。向MAX3100写入数据的时候，往DIN里写入的是一个16位的字，其中高八位设置的是:写入标志、允许TX输出、RTS引脚设定以及传送校验位设定;低八位是要传送的数据。从 MAX3100读出数据时，同样是往DIN里写入一个16位的字(0000H)，再从DOUT读入16位的字，其中的高八位为:接受/发送缓冲区的状态，数据错/溢出状态，接受/校验位状态和CTS的状态;低八位是接受到的数据。如图3-4所示是红外数据传输的一般流程图。图3-4 红外数据传输流程图开始YN结束CS为低电平循环次数16次时钟信号为高电平写DIN初始化CS为高电平启动一次读写第四章 总体电路图设计和PCB制图4.1总体电路图设计在前面已经就整个系统的各个部分的电路进行了计算，设计。但系统是一个完整的系统，要完成压力信号的采集，放大，存储，传输等功能，即要一个完整的电路系统来实现。将各个子系统连接后得到系统的总体电路设计为图4-1。图4-1 系统总电路图4.2电路图的PCB板设计系统总体电路图设计出来以后就要进行PCB板图的制作，可用PROTEL进行布图如图4-2和3D效果图4-3。图4-2 PCB板图图4-3 电路3D效果图第五章 结论 5.1论文工作总结本课题主要解决了环境中压力的检测，处理，传输至后台处理的全过程。选用压阻桥式压力传感器，不仅敏感度高，而且稳定性好：采集到的压力信号通过二级放大达到可输入给微处理机进行信息的存储处理，最后采用无线红外传输的方式传输给手持终端或PC机，可以进行后续的处理，红外传输采用常用芯片MAX3100。采用该芯片后，即可简单而且可靠的完成单片机串口到红外数据传输的转换功能，既简化了电路，又可以进行软件控制，实现充分的智能化。其次，本论文的压力采集系统在设计方案上采用了层次化、模块化的设计方法。本论文先进行分立模块的设计：（1）就压力信号采集设计了压力传感器和信号放大电路；（2）信息的处理控制单元微处理机；（3）数据的传输模块无线红外传输子系统。然后将各个分立的子系统进行整合得到整个系统的电路图并进行了PCB14布线设计，使得整个系统完善。5.2进一步的工作此次实验中，能将环境中的压力信号采集，处理，通过无线传输传给手持终端或PC机进行后续分析，处理，以便对环境进行智能化的预测。今后，可以将更多的传感器信息进行采集和综合处理，使系统功能更加丰富，应用更加广泛，更好的对环境因素进行检测。- 26 -参考文献1 孙以材，刘玉岭，孟庆浩. 压力传感器的设计、制造与应用. 北京：冶金工业出版社. 2004.2 水木行网. 红外数据通讯简介. http:/www.irxon.eom/knowledge.htm. 2004. 3 刘迎春, 叶湘滨. 传感器原理、设计、应用. 国防科技大学出版社. 2002.4