基于单片机的压力巡回检测系统

专科生毕业论文（设计）册作者姓名徐恒盼指导教师杨亚平所在学院职业技术学院专业（系）电子信息工程班级（届）2011届完成日期2011年5月12日河北师范大学专科毕业论文（设计）任务书编号2011246论文（设计）题目压力巡回检测系统学院职业技术学院专业电子信息工程班级2008级学生姓名徐恒盼学号2008030152指导教师杨亚平职称高级工程师1、论文（设计）研究目标及主要任务本设计主要涉及到微控制器和压力传感器的应用。二者的发展直接影响着压力检测方面的设计和应用。单片机控制下的巡回检测系统精确度高，但相对来说成本高，技术含量要求高，对应用于平常的一些要求不太高的地方就显得有点大材小用，为此，我们可以利用硬件设备研制一种操作简单的电路，这样不仅可以节约成本，还满足了我们对一些要求比较低的地方的压力测量的需求。本设计本着简单易懂，降低成本，并最终达到检测要求的原则进行设计2、论文（设计）的主要内容在本设计中，主要是对多点压力进行检测，利用一些简单的逻辑电路，进行一些操作，如压力的显示、巡回检测、超量程告警等等。研究内容主要分为数据采集、多路选择、模数转换几个方面。针对这几个方面，将研究模块化，在逻辑上按先后顺序对每个模块进行分别的研究，并对每一个模块进行独立的测试，在测试达到要求之后，再将所有模块有机的整合为一个整体，然后进行整体调整测试。最总完成整个设计方案。3、论文（设计）的基础条件及研究路线本设计介绍一种用集成电路实现的纯硬件多点温度巡回检测仪的电路设计原理该电路没有CPU不用编程用压阻式压力传感器，八路CMOS模拟开关CD4051，7107AD数模转换器，用LED数码管进行显示其特点为结构简单、可靠性好、成本低，杭干扰能力强，并具有一定通用性。4、主要参考文献1刘耀南，邱容昌电气绝缘测试技术机械工业出版社，1981GB2163一62塑料检查方法耐压强度测定法2王大扑等编译最新传感器手册实用电子文摘编辑部,成都成都科技大学出版社,1987153赖寿宏微型计算机控制技术M北京机械工业出版社20044张靖，刘少强检测技术与系统设计M北京中国电力出版社2002。5、计划进度阶段起止日期1选定毕业设计课题，对课题相关知识进行辅导。20111420111152综合整理相关知识，撰写开题报告。201121520113113对毕业设计系统进行初次验收,中期检查20113112011484对毕业设计论文初稿进行重新修改2011485145毕业论文定稿之前，第二次对论文进行验收答辩。2011514指导教师2011年月日教研室主任2011年月日注一式三份，学院（系）、指导教师、学生各一份河北师范大学专科生毕业论文（设计）开题报告书职业技术学院电子信息工程专业2011届学生姓名徐恒盼论文（设计）题目压力巡回监测系统指导教师杨亚平专业职称高级工程师所属教研室实验教研室研究方向仪器仪表与传感器课题论证在本设计中，主要是对多点压力进行检测，利用一些简单的逻辑电路，进行一些操作，如压力的显示、巡回检测、超量程告警等等。研究内容主要分为数据采集、多路选择、模数转换几个方面。针对这几个方面，将研究模块化，在逻辑上按先后顺序对每个模块进行分别的研究，并对每一个模块进行独立的测试，在测试达到要求之后，再将所有模块有机的整合为一个整体，然后进行整体调整测试。最总完成整个设计方案。该设计与软件编程调节相比，占用硬件资源较多，连线的复杂程度高，系统的性能较差；数码管的静态显示方式与比动态显示，亮度高；同时，在该系统中设置了超量程报警电路，当检测到当前压力超出了设定的范围后，报警电路就会被启动，减低不必要的损失。在本设计中，设定的压力值可以人为多次修改，不需要要重新编程下载，与软件编程设计较为简单；模数转换器带有对LED数码管的驱动，减少的电路，从而降低了电路的复杂程度，传感器块采集到的压力信号为模拟电压信号，经模数转换器后可以直接接到LED数码管上显示，这比智能化的软件设计速度要快。在设计过程当中，遇到很多问题，如初始阶段设计思路不清晰；压力超出设置值时，报警电路不报警；压阻式压力采集模块采集到的压力信号如何转变为电压信号，不清楚如何设置才能得转换的结果更准确等等，最后在老师的指导和同学的帮助下，都一一得以解决。该设计所得到的仪器是一个大众化的简廉检测仪，以满足不同档次的需求。与具有CPU的测压仪相比，具有结构简单、成本低廉等优点，适用于精度要求不高、测试点不多的检测环境方案设计本设计主要涉及到微控制器和压力传感器的应用。二者的发展直接影响着压力检测方面的设计和应用。单片机控制下的巡回检测系统精确度高，但相对来说成本高，技术含量要求高，对应用于平常的一些要求不太高的地方就显得有点大材小用，为此，我们可以利用硬件设备研制一种操作简单的电路，这样不仅可以节约成本，还满足了我们对一些要求比较低的地方的压力测量的需求。本设计本着简单易懂，降低成本，并最终达到检测要求的原则进行设计。本设计介绍一种用集成电路实现的纯硬件多点压力巡回检测仪的电路设计原理该电路没有CPU不用编程用压阻式压力传感器，八路CMOS模拟开关CD4051，7107AD数模转换器，用LED数码管进行显示其特点为结构简单、可靠性好、成本低，杭干扰能力强，并具有一定通用性。进度计划阶段起止日期1选定毕业设计课题，对课题相关知识进行辅导。20111420111152综合整理相关知识，撰写开题报告。201121520113113对毕业设计系统进行初次验收,中期答辩。20113112011484对毕业设计论文初稿进行重新修改2011485145毕业论文定稿之前，第二次对论文进行验收答辩。2011514指导教师意见指导教师签名年月日教研室意见教研室主任签名年月日河北师范大学专科生毕业论文（设计）文献综述包括国内外研究现状、发展趋势、存在问题、参考文献依据，对文献资料进行概括、分析。随着世界进入信息化时代，自动化、信息化成为世界各国发展重要方向之一。传感器作为自动化和信息系统的前端器件，是制造业自动化和信息化的基础；现代传感器技术集约了多种学科的尖端成果、是国际上发展最迅速的高新技术之一；是传统产业技术改造和升级的“功效倍增器”，成为衡量一个国家科技发展的重要指标。单片机是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态的嵌入式系统，它广泛应用在中、小型工控领域，是电子系统智能化的最重要的工具。压力传感器也从传统类型向集成化、微型化、多功能发展，且随着材料行业对传感器敏感材料进一步的开发，传感器新敏感材料不断推出，高新材料已广泛用于新型传感器制造研发中，如光纤传感器，光纤传感器等等，我国与国外先进国家相比，还处于落后状态。本设计主要涉及到微控制器和压力传感器的应用。二者的发展直接影响着压力检测方面的设计和应用。单片机控制下的巡回检测系统精确度高，但相对来说成本高，技术含量要求高，对应用于平常的一些要求不太高的地方就显得有点大材小用，为此，我们可以利用硬件设备研制一种操作简单的电路，这样不仅可以节约成本，还满足了我们对一些要求比较低的地方的压力测量的需求。本设计本着简单易懂，降低成本，并最终达到检测要求的原则进行设计随着我国工业、农业和科学技术的不断发展,压力传感器的应用领域越来越广泛,在各种应用领域都对压力传感器的技术性能指标提出了更高的要求,给压力传感器的研制和生产带来了许多需要解决的问题。例如在压力传感器温度补偿效果的检测和压力传感器静态特性检测中,通常做法是,分别在20的正常大气条件下和高低温环境中,用压力计对压力传感器进行逐一标定,经过数据处理,计算出热零点漂移和热灵敏度漂移等参数。检验周期长,不适应批量产品的检验要求。压力传感器检测系统的研制为解决这些问题提供了方便,实现了压力传感器的批量产品低温标定,提高了压力传感器检验工作效率,也为今后开展这方面的工作积累了经验。随着我国工业、农业和科学技术的不断发展,压力传感器的应用领域越来越广泛,在各种应用领域都对压力传感器的技术性能指标提出了更高的要求,给压力传感器的研制和生产带来了许多需要解决的问题。例如在压力传感器温度补偿效果的检测和压力传感器静态特性检测中,通常做法是,分别在20的正常大气条件下和高低温环境中,用压力计对压力传感器进行逐一标定,经过数据处理,计算出热零点漂移和热灵敏度漂移等参数。检验周期长,不适应批量产品的检验要求。压力传感器检测系统的研制为解决这些问题提供了方便,实现了压力传感器的批量产品低温标定,提高了压力传感器检验工作效率,也为今后开展这方面的工作积累了经验专科生毕业论文设计题目压力巡回检测系统作者姓名徐恒盼指导教师杨亚平所在学院职业技术学院专业（系）电子信息工程班级（届）2011届完成日期2011年5月12日目录压力巡回检测系统I第1章引言111本设计的意义112国内外现状分析113方案选择2第2章系统总体方案设计3第3章硬件部分设计431传感器4311电阻应变式传感器4312应变与应变力432常用CMOS模拟开关功能和原理1033JK触发器1234行波计数器1335运算放大器1436比较器1537报警设备1638LED显示电路的设计1739ICL710719310ICL7107与LED接线电路图25311整体电路图26第4章结束语27参考文献28致谢29河北师范大学专科生毕业论文I压力巡回检测系统职业技术学院电子信息工程专业指导教师杨亚平作者徐恒盼摘要本设计首先介绍了本设计的现实意义，然后分析了在国内外的现状。从整体方案上给出介绍，即先介绍系统整体方案，给出系统方框图，按模块化划分，逐个模块介绍，然后总体说明。第三部分是硬件部分设计，系统详细的介绍设计中的主控单元各个模块，包括传感器模块的设计，数模转换部分硬件设计，显示部分电路设计，报警电路的设计等等，最后给出整个系统的电路原理图。第四部分是部分的设计，其中涵盖了，A/D转换程序流程图、显示程序流程图、报警程序流程图等及相关流程图的文字说明。本设计的压力巡回检测系统是八位巡回检测，显示为数是3，最大显示值21为5V，最小分辨率为200MF。关键词硬件、传感器、数模转换、显示部分、报警电路、A/D转换河北师范大学专科生毕业论文1第1章引言11本设计的意义随着电子技术、计算机技术、通信技术的迅速发展，工业测控领域采用先进的技术对现场的工业生产参数进行检测，监测是实现工业自动化的重要标志。据不完全统计，在工业生产中被监测最多的参数应该是压力、流量、温度三大参数。无论在石油、化工、煤炭、水利等行业，还是电力、机械、航空、国防等部门，都离不开对这些参数的监测。当然除此之外，还有诸如液位、扭矩、密度、浓度、速度、位移、距离、电参数等众多物理参数的监测，可以说压力的测量是一个“永恒”的话题。压力测量的领域十分广泛，其实，不仅在工业领域，而且在民用领域、军用领域，压力的测量随处可见。随着我国工业、农业和科学技术的不断发展,压力传感器的应用领域越来越广泛,在各种应用领域都对压力传感器的技术性能指标提出了更高的要求,给压力传感器的研制和生产带来了许多需要解决的问题。例如在压力传感器温度补偿效果的检测和压力传感器静态特性检测中,通常做法是,分别在20的正常大气条件下和高低温环境中,用压力计对压力传感器进行逐一标定,经过数据处理,计算出热零点漂移和热灵敏度漂移等参数。检验周期长,不适应批量产品的检验要求。压力传感器检测系统的研制为解决这些问题提供了方便,实现了压力传感器的批量产品低温标定,提高了压力传感器检验工作效率,也为今后开展这方面的工作积累了经验。随着我国工业、农业和科学技术的不断发展,压力传感器的应用领域越来越广泛,在各种应用领域都对压力传感器的技术性能指标提出了更高的要求,给压力传感器的研制和生产带来了许多需要解决的问题。例如在压力传感器温度补偿效果的检测和压力传感器静态特性检测中,通常做法是,分别在20的正常大气条件下和高低温环境中,用压力计对压力传感器进行逐一标定,经过数据处理,计算出热零点漂移和热灵敏度漂移等参数。检验周期长,不适应批量产品的检验要求。压力传感器检测系统的研制为解决这些问题提供了方便,实现了压力传感器的批量产品低温标定,提高了压力传感器检验工作效率,也为今后开展这方面的工作积累了经验。12国内外现状分析河北师范大学专科生毕业论文2随着世界进入信息化时代，自动化、信息化成为世界各国发展重要方向之一。传感器作为自动化和信息系统的前端器件，是制造业自动化和信息化的基础；现代传感器技术集约了多种学科的尖端成果、是国际上发展最迅速的高新技术之一；是传统产业技术改造和升级的“功效倍增器”，成为衡量一个国家科技发展的重要指标。单片机是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态的嵌入式系统，它广泛应用在中、小型工控领域，是电子系统智能化的最重要的工具。压力传感器也从传统类型向集成化、微型化、多功能发展，且随着材料行业对传感器敏感材料进一步的开发，传感器新敏感材料不断推出，高新材料已广泛用于新型传感器制造研发中，如光纤传感器，光纤传感器等等，我国与国外先进国家相比，还处于落后状态。本设计主要涉及到微控制器和压力传感器的应用。二者的发展直接影响着压力检测方面的设计和应用。单片机控制下的巡回检测系统精确度高，但相对来说成本高，技术含量要求高，对应用于平常的一些要求不太高的地方就显得有点大材小用，为此，我们可以利用硬件设备研制一种操作简单的电路，这样不仅可以节约成本，还满足了我们对一些要求比较低的地方的压力测量的需求。本设计本着简单易懂，降低成本，并最终达到检测要求的原则进行设计。13方案选择软件设计测量精确度高，但成本相对与纯硬件系统来说相对较高，另外软件设计系统电路比较复杂，而硬件设计电路要简单很多，对于一些对测量结果要求不是很高的领域实用纯硬件系统相对来说经济效益要好一些，本设计鉴于简单、易操作、经济效益高并且对一些要求比较低的地方的压力测量的需求的目的采用纯硬件电路进行设计。河北师范大学专科生毕业论文3第2章系统总体方案设计图1总体方案设计流程图使用压力巡回检测系统，首先经过压力传感器的作用，使压力转换为电压表示。然后经过单八路模拟开关CD4051选择接通哪一路电压，得到的电压再经过放大器的放大，然后将放大后的电压接一比较器，比较器的输出端接报警设备。报警设备主要由一个发光二极管组成。在设置了预警压力后，由比较器输出端的电压决定发光二极管是否发光，从而起到警报作用。同时经放大后的电压经过3位半数字表头芯片ICL7107进行模拟数字的转换，最后送显示LED液晶数字显示表头进行显示，基本原理图如上图。比较器报警设备8路压力传感器显示器8路CMOS模拟开关CD4051放大器7107ADC模数转换器河北师范大学专科生毕业论文4第3章硬件部分设计31传感器电阻式传感器的基本原理是将被测的非电量转换成电阻值的变化，再经过测量电路变成电量输出电阻式传感器有测量力、压力、位移、应变、加速度等非电量参数的电阻应变片式传感器，测量气体浓度的汽敏电阻和测量相对湿度的湿敏电阻。电阻式传感器的特点是结构简单、性能稳定，灵敏度较高，即适合静态测量也适合动态测量。311电阻应变式传感器机械量传感器在结构一般包括三个组成部分敏感元件、传感元件及测量电路。敏感元件是直接感受被测机械量并将其变换成对应的其他物理的元件。如常用的弹簧膜片可把力和压力变换成位移，带质量块的悬梁可将振动加速度变化成位移等。传感元件是将敏感元件输出的非电量变换成相应的电量的元件。如应变片将应变变换成电阻值的变换，电容器将位移变换成电容量的变换等。测量电路将传感元件输出的电信号变换成便于显示、记录、控制和处理的有用电信号。如使用电桥电阻变换成电压信号，使用放大器将电信号放大等。312应变与应变力（1）应力截面积A（M）的物体受外力F（N）作用并处于平衡状态时，物体在单位面积上引起的内力称为应力，记做（PA），即F/A31弹性元件的应力状态有正应力和切应力两种（2）应变应变式表征物体受外力作用时产生相对变形大小的无量纲物理量。设物体原长度为L受力后产生变形。0，表示物体被拉伸；0，表示物体被压缩。LLL应变定义为L/河北师范大学专科生毕业论文5由切应力所产生的变形称为切应力。外力（PA）使焦点产生很小的移动（）切应变TAN/式中为外力引起的角变化，即切应变量为固定端至LLL力作用点之间的距离。（3）弹性模量弹性元件受力后所产生的应力和应变之比称为弹性模量。在物体受到拉力和压缩时正应力和正应变之比称为杨氏模量E（PA）。当物体受到切应力产生切应变时，切应力与切应变之比称为剪切模量G（PA）杨氏模量E和剪切模量G可分别写做E/G/（4）电阻应变片电阻应变片的工作原理电阻应变片称为应变片，是将待测应变转化成电阻变化的传感元件。电阻应变片由金属丝或半导体薄膜带制作。使用时将其粘贴在待测应变的弹性元件上，当弹性元件在力作用下产生应变时，应变片也产生相应的应变使其几何尺寸及电阻率发生变化，致使应变片电阻发生变化。设金属丝或半导体应变片由一根长度为L，截面积为A，电阻率为的细丝制成，在未受力它的电阻为R，则RL/A当应变片受到轴向拉力F作用被拉伸时，将拉伸L，横截面积相应减小A,电阻率因晶格变化等原因而改变，故引起电阻变化R，取对数再微分，得DR/RD/DL/LDA/ADL/L,DA/A2代入上式整理得DR/R12D/（32）式中为电阻丝的泊松比，表示横向收缩和纵向收缩的关系，0305。对一块半导体材料的某一轴向施加一定的载荷而产生应力时，它的电阻率会发生变化，这种无力现象称为电阻效应。硅的电阻效应因晶体的取向不同而不同。河北师范大学专科生毕业论文6E（33）RP式中为压阻系数为应力为半导体材料的电阻率。将式（33）代入式（32）可得12E12E）（34）R式中K为金属电阻丝的应变灵敏度系数，表示单位应变所引起的电阻相应变化。由式（34）可知，当应变片值和应变灵敏度系数一定时，阻值饿增量R正比于也能改变。K的大小由两个因素影响12表示由几何尺寸的相对变化所决定；E表示材料的电阻率由应变所引起的变化。电阻应变片的结构电阻应变片一般由电阻栅、基片、引线及覆盖层组成。电阻应变片按所用材料分为金属应变片和半导体应变片两类。（5）测量电路应变片测量应变是通过敏感栅的电阻相对变化而得到的。电阻相对变化很小，用一般测量电阻的仪表很难直接测出来，必须用专门的电路测量这种微弱的电阻变化。最常用的电路为惠斯通电桥电路。直流电桥工作原理四臂电桥电路如图1所示，电桥各臂的电阻分别为、；U为电桥1R234R的直流输入电源电压。假定电源为电压源，内阻为零，则流过负载电阻RL的电流为43432143214RRRUIL河北师范大学专科生毕业论文7图1电流输出形式图2电压输出形式当0时电桥平衡，则电桥平衡条件为LR或/132R4124R3当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输出阻抗很高，比电桥输出电阻大很多，所以可以把电桥输出端看成开路，如图1所示。电桥输出端的开路电压表达式为0UUR4321初始维持平衡条件是R1R3R2R4，因而输出电压为零，流经负载的电流为零。0当桥臂为电阻应变片且其电阻变化率，此时有不平衡电压输出。1R10U0UUR4321R431243设桥臂比为N/，可得2134024321NKURR4321常设计R,N1,即初始时采用同一型号的电阻应变片作为四个桥臂1234的电阻，使桥路平衡。当应变片工作时，则电桥输出电压为00U432143214K从而得出结论电桥的输出电压与应变成线性关系。河北师范大学专科生毕业论文8图3差动全桥图4差动半桥电桥电路的几种接桥方式如果在试件上粘贴一个工作应变片，即电桥一个臂的应变片工作，称为单臂工作电桥，如图1。设RR,则10UK4如果在试件上粘贴两个工作应变片，一个受拉，一个受压，然后接入电桥相邻两个臂，称为双臂对称工作电桥，又称差动半桥，如图2所示。设R1RR,RR,则20UKU24如果四个臂都接入工作应变片，如图2所示。设RR,1RR,RR,RR则2340UK测量电桥的电压输出灵敏度为KRUS/00等臂差动电桥形式KUS1，差动半桥的KUS1/2，单臂电桥时KUS1/4。等臂差动全桥形式的输出电压为单臂工作时的4倍，为差动时的2倍，所以大大提高了测量的灵敏度。差动电桥还具有温度补偿功能。交流电桥河北师范大学专科生毕业论文9交流电桥通常采用正弦交流电压进行供电，在频率较高的情况下需要考虑分布电容和分布电感的影响。交流电桥的平衡条件设交流电桥的电源电压为UM为电源电压的幅值，W为电源电压的角频率。在测量中，电桥的桥臂由应变片或固定无感精密电阻组成，电桥如图26所示。由于分布电容的影响（分布电感的影响很小，可以忽略不计），当四个桥臂的复阻抗分别为Z1,Z2,Z3,Z4时，此时交流电桥的输出1JWCR2JR31JCR41JWR电压为0UUZ4321式中电桥平衡的条件则为4231Z交流电桥的输出电压由于电桥电源是交流电压，因此它的是输出电压也是交流电压，电压的幅值和应变的大小成正比。可以通过电桥输出电压的幅值测量应变的大小，但无法通过输出电压来判断应变的方向。例如一个应变片的等臂电桥，即Z1Z2Z3Z4Z，单臂接入电阻应变片即Z1Z。当Z时，忽略分母中的影响，根据上式可以得到U40TKMSIN1对于一个相邻两个桥臂接入差动变化的应变片的等臂电桥，即平衡时有Z1Z2Z3Z4Z，当电阻应变片受力时复阻抗Z1ZZ，Z2ZZ，根据式上式得U0TKMSIN21采用等臂差动全桥形式，根据式上式得输出电压为Z0TMSIN河北师范大学专科生毕业论文10图5串联补偿电阻的接法图6采用补偿应变片进行温度补偿本设计中传感器铭FM100103N，KF2MV/V，现用该荷重传感器称重。由荷重传感器计算公式UIO032常用CMOS模拟开关功能和原理单八路模拟开关CD4051引脚功能见图2。CD4051相当于一个单刀八掷开关,开关接通哪一通道,由输入的3位地址码ABC来决定。其真值表见表1。“INH”是禁止端,当“INH”1时,各通道均不接通。此外,CD4051还设有另外一个电源端VEE,以作为电平位移时使用,从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关,并使这种多路开关可传输峰峰值达15V的交流信号。例如,若模拟开关的供电电源VDD5V,VSS0V,当VEE5V时,只要对此模拟开关施加05V的数字控制信号,就可控制幅度范围为5V5V的模拟信号。河北师范大学专科生毕业论文11图7CD4051的封装河北师范大学专科生毕业论文12表1CD4051输入与接通状态输入状态INTCBA接通通道00000000110010200113010040101501106011171均不接通33JK触发器JK触发器是组成计数器的理想记忆元件。在RS触发器前面增加两个与门，并从输出Q和Q到输入与门的输入端作交叉反馈，即可得到JK触发器。表2JK触发器的动作状态JKQ动作00保持原状自锁状态010复位101置位11原状态的反码翻转JK触发器的工作过程1J0，K0，触发器保持闭锁状态。2J0，K1，触发器仍处于复位状态Q0，Q1。河北师范大学专科生毕业论文133J1，K0，触发器就仍处于置位状态Q1，Q0。4J1，K1，触发器翻转图8JK触发器34行波计数器工工作作原原理理第1个时钟脉冲促使其最低有效位LEASTSIGNIFICANTBIT,LSB加1，由0变1。第2个时钟脉冲促使最低有效位由1变0，同时推动第2位，使其由0变1。同理，第2位由1变0时又去推动第3位，使其由0变1，这样有如水波前进一样逐位进位下去。下图采用JK触发器组成行波计数器工作原理J，K输入端都是悬浮，各位都处于准备翻转的状态时钟脉冲边缘（下降沿）一到，最右边的触发器就会翻转初值QQ2Q1Q0000第1时钟后沿到Q001第2时钟后沿到Q010河北师范大学专科生毕业论文14第3时钟后沿到Q011第4时钟后沿到Q100第7时钟后沿到Q111第8时钟后沿到Q000图9行波计数器35运算放大器图10反相比例放大器设流经R4，R6的电流分别为I4，I6。由虚断的概念可知，I4I6，所以得出河北师范大学专科生毕业论文15（35）6342RU为了提供一个合适的静态偏置，以及减小输入级偏置电流引起的运算误差，故在其同向端接入一个平衡电阻36546/R要使U3满足100MV，又因为U210MV，由式（35）可得6342所以我们可取5RK650RK54RK36比较器电压比较器是集成运放非线性应用电路,常用于各种电子设备中它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。图11电压比较器由电压比较器组成，如图11所示。UREF为报警时压力设定电压5V，R7,R8用于稳定输入电压。R9用于改善比较器的迟滞特性，用来控制输入电流的大小。这些电阻决定了系统的精度。由比较器的虚短和虚断概念得3489REFUR河北师范大学专科生毕业论文16经过调试，可取750R8910RK37报警设备发光二极管为其核心设备,其发热量小，耗电量也少，节能。由低压电源供给，供电电压大大约为624V之间。当的值小于的值时，输出为低电平，三极管截止，发光二极管无响应。3UREF4U当的电压值大于时，输出为高电平，三极管导通，此时发光二极管发光，F产生警报图12LED灯图13LED灯河北师范大学专科生毕业论文17图9报警设备电路38LED显示电路的设计在应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED数码管是一种较好的选择。LED数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，接口简单易行。LED数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。图15中A为05INLED数码管的外形和引脚图，其中七只发光二极管分别对应AG笔段构成“”字形另一只发光二极管DP作为小数点。因此这种LED显示器称为七段数码管或八段数数码。LED数码管按电路中的连接方式可以分为共阴型和共型两大类，如图15中B、C所示。共阳型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端COM，公共端COM接高电平，AG、DP各笔段通过限流电阻接控制端。某笔段控制端低电平时，该笔段发光，高电平时不发光。控制某几段笔段发光，就能显示出某个数码或字符。共阴型是将各数码发光二极管的负极连在一起，作为公共端COM接地，某笔段通过限流电阻接高电平时发光。LED数码管按其外形尺寸有多种形式，使用较多的是05IN和08IN；按显示颜河北师范大学专科生毕业论文17色也有多种形式，主要有红色和绿色；按亮度强弱可分为高亮和普亮，指通过同样的电流显示亮度不一样，这是因发光二极管的材料不一样而引起的LED数码管的使用与发光二极管相同，根据其材料不同正向压降一般为152V额定电流为10MA，最大电流为40MA。静态显示时取10MA为宜，动态扫描显示可加大，可脉冲电流，但一般不超过40MA。数码管及其结构B共阴极结构河北师范大学专科生毕业论文17C共阳极结构图15LED数码管LED数码管编码方式当LED数码管与单片机相联时，一般将LED数码管的各笔段引脚A、B、G、DP按某一顺序接到MCS51型单片机某一个并行I/O口D0、D1、D7，当该I/O口输出某一特定数据时，就能使LED数码管显示出某个字符。例如要使共阳极LED数码管显示“0”，则A、B、C、D、E、F各笔段引脚为低电平，G和DP为高电平。LED数码管编码方式有多种，按小数点计否可分为七段码和八段码；按共阴共阳可分为共阴字段码和共阳字段码，不计小数点的共阴字段码与共阳字段码互为反码；按A、B、G、DP编码顺序是高位在前，还是低位在前，又可分为顺序字段码和逆序字段码。甚至在某些特殊情况下将A、B、G、DP顺序打乱编码。表3为共阴和共阳LED数码管几种八段编码表。这里采用共阴极数码管的编码方式。表3共阴和共阳LED数码管几种八段编码共阴顺序小数点暗共阴逆序小数点暗共阳顺序共阳顺序河北师范大学专科生毕业论文17DPGFEDCBA16进制ABCDEFGDP16进制小数点亮小数点暗0001111113FH11111100FCH40HC0H10000011006H0110000060H79HF9H2010110115BH11011010DAH24HA4H3010011114FH11110010F2H30HB0H40110011066H0110011066H19H99H5011011016DH10110110B6H12H92H6011111017DH10111110BEH02H82H70000011107H11100000E0H78HF8H8011111117FH11111110FEH00H80H9011011116FH11110110F6H10H90H39ICL710713位双积分型A/D转换器ICL7107的功能与特点2ICL7107是3位双积分型A/D转换器，属于CMOS大规模集成电路，它的2最大显示值为1999，最小分辨率为100UV，转换精度为0051个字。能直接驱动共阳极LED数码管，不需要另加驱动器件，使整机线路简化，采用5V两组电源供电，并将第21脚的GND接第30脚的IN。在芯片内部从V与COM之间有一个稳定性很高的28V基准电源，通过电阻分压器可获得所需的基准电压VREF。能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。输入阻抗高，对输入信号无衰减作用。整机组装方便，无需外加有源器件，配上电阻、电容和LED共阳极数码管，就能构成一只直流数字电压表头。噪音低，温漂小，具有良好的可靠性，寿命长。芯片本身功耗小于15MW（不包括LED）。不设有一专门的小数点驱动信号。使用时可将LED共阳极数数码管公共阳极河北师范大学专科生毕业论文20接V可以方便的进行功能检查。图16ICL7107的封装河北师范大学专科生毕业论文212ICL7107引脚功能及主要电气参数双积分型A/D转换器ICL7107是一种间接A/D转换器。它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。RC组成包括积分器、比较器、计数器，控制逻辑和时钟信号源。积分器是A/D转换器的心脏，在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基准电压进行两次积分。比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路的控制信一号。时钟信号源的标准周期TC作为测量时间间隔的标准时间。它是由内部的两个反向器以及外部的RC组成V和V分别为电源的正极和负极，AUGU,ATGT,AHGH分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号，依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。BCK千位笔画驱动信号。接千位LEO显示器的相应的笔画电极。PM液晶显示器背面公共电极的驱动端，简称背电极。OSCLOSC3时钟振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定FOSL045/RC河北师范大学专科生毕业论文21COM模拟信号公共端，简称“模拟地”，使用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。TEST测试端，该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑地”或“数字地”。VREFVREF基准电压正负端。CREF外接基准电容端。INT27是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件IN和IN模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。AZ积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAZ。如果应用在200MV满刻度的场合是使用047F，而2V满刻度是0047F。BUF缓冲放大器输出端，接积分电阻RINT。其输出级的无功电流IDLINGCURRENT是100A，而缓冲器与积分器能够供给20A的驱动电流，从此脚接一个RINT至积分电容器，其值在满刻度200MV时选用47K，而2V满刻度则使用470K。表ICL7107的电气参数ICL7107VTOGND6V温度范围0TO70PDIP封装电源电压ICL7107VTOGND9V热电阻MQFP封装QJA/W50模拟输入电压VTOV最大结温80河北师范大学专科生毕业论文21参考输入电压VTOV最高储存温度范围150时钟输入GNDTOV65TO150河北师范大学专科生毕业论文24表ICL7107引脚河北师范大学专科生毕业论文26310ICL7107与LED接线电路图VBUFF28CAZ29VIN31VIN30ACOM32VINT27CREF34CREF33VREF36VREF35V1V26D12C13B14A15F16G17E18D29C210B211A212F213G225E214D315B316C324A323F317G322E318AB419POL20GND21OSC140OSC239OSC338TEST37U1TC71072U22U22U22U2R110KR210K10K10KRV41K2U2河北师范大学专科生毕业论文26311整体电路图U2UREFU3U3CLRVBUF28CAZ29VIN31VIN30ACOM32VINT27CREF34CREF3V6REF35V1V26D12C3B14A5F16G7E8D29C10B2A12F213G25E4D315B316C24A3F317G2E8AB419POL20GND1OSC140239OSC38TEST37U1TC7107047U02U01U01U20K47K1MK10K10K10K10PFX013X114X215X312X41X55X62X74A1B10C9INH6X3U24051R632141R4R5R1010KLEDVCR7R832141R9J3Q5CLK1K2Q6S4JKJ3Q5CLK1K2Q6S4JKJ3Q5CLK1K2Q6S4JK河北师范大学专科生毕业论文28第4章结束语在本设计中，主要是对多点压力进行检测，利用一些简单的逻辑电路，进行一些操作，如压力的显示、巡回检测、超量程告警等等。研究内容主要分为数据采集、多路选择、模数转换几个方面。针对这几个方面，将研究模块化，在逻辑上按先后顺序对每个模块进行分别的研究，并对每一个模块进行独立的测试，在测试达到要求之后，再将所有模块有机的整合为一个整体，然后进行整体调整测试。最总完成整个设计方案。该设计与软件编程调节相比，占用硬件资源较多，连线的复杂程度高，系统的性能较差；数码管的静态显示方式与比动态显示，亮度高；同时，在该系统中设置了超量程报警电路，当检测到当前压力超出了设定的范围后，报警电路就会被启动，减低不必要的损失。在本设计中，设定的压力值可以人为多次修改，不需要要重新编程下载，与软件编程设计较为简单；模数转换器带有对LED数码管的驱动，减少的电路，从而降低了电路的复杂程度，传感器块采集到的压力信号为模拟电压信号，经模数转换器后可以直接接到LED数码管上显示，这比智能化的软件设计速度要快。在设计过程当中，遇到很多问题，如初始阶段设计思路不清晰；压力超出设置值时，报警电路不报警；压阻式压力采集模块采集到的压力信号如何转变为电压信号，不清楚如何设置才能得转换的结果更准确等等，最后在老师的指导和同学的帮助下，都一一得以解决。该设计所得到的仪器是一个大众化的简廉检测仪，以满足不同档次的需求。与具有CPU的测温仪相比，具有结构简单、成本低廉等优点，适用于精度要求不高、测试点不多的检测环境，本文介绍一种用集成电路实现的纯硬件多点温度巡回检测仪的电路设计原理该电路没有CPU不用编程用压阻式压力传感器，八路CMOS模拟开关CD4051，7107AD数模转换器，用LED数码管进行显示其特点为结构简单、可靠性好、成本低，杭干扰能力强，并具有一定通用性。河北师范大学专科生毕业论文28参考文献1刘耀南，邱容昌电气绝缘测试技术机械工业出版社，1981GB2163一62塑料检查方法耐压强度测定法2何立民单片机应用系统设计北京航空航天大学出版社3李华MCS51系列单片机实用接口技术北京航空航天大学出版社4李朝青单片机原理及接口技术第三版M北京北京航空航天