力传感器自动检测系统的设计学位论文

1、摘要本文介绍一种基于单片机的自动压力标定系统， 它具有结构简单、 精度高、 价格便宜、操作方便等特点，可以标定正压力和负压力两种传感器，对于提高 压力传感器生产效率有着重要意义。近年来，随着标定技术不断发展与提高， 结合现代电子技术与计算机的广泛应用，对压力资料的录取精度也相应提高， 为适应电子压力传感器的标定技术要求，确保压力传感器标定所录取资料的准 确性，因此有必要研究温度对压力计标定装置的影响。经过充分调研并查阅大 量有关资料， 以及对现有的压力计标定装置进行了分析对比， 选用标准液压源， 本文首先研究了压力传感器标定的发展历史，并对温度补偿标定装置的发展概 况作了充分的研究，分析了现有

2、的压力传感器标定装置的优缺点，提出了一 种以新型的标准液压源为主要部件的电子压力传感器自动标定装置，提高了工 作效率。为了达到设计要求，本文重点研究了压力自动控制系统原理，并对压 力控制系统进行数学建模与仿真的研究。采用斩波运放 ICL7650 高精度放大器 OP07 来保证压力传感器的信号放大， 采用低噪声可编程增益稳定的 CS5534 芯 片作为核心转换器。着重研究了压力传感器的温度补偿技术并进行了相关的调 研。对于温度控制系统，研究了温度测量的相关技术，以及温度信号的采集与 输出电路 .在实际应用中表明本文所研究的压力传感器标定装置能够完成对压 力传感器的精确标定。关键词 ：力传感器 单

3、片机 自动标定AbstractThis paper introduces a microcomputer-based automated pressurecalibration system, which has a simple structure, high precision, low cost,easy to operate, can be positive pressure and n egative pressure calibrati onof two sen sors, pressure sen sors for impro ving the product ion effic

4、ie ncy is ofgreat significanee. In recent years, with the development and calibrationtech no logy continues to improve, comb ined with moder n electr onictech no logy and exte nsive applicati on of computers, the admissi on of theprecisi on of pressure data have in creased, as un dergro und pressure

5、 gaugecalibration device must also be updated to improve to meet the electronicpressure sensor Calibration requirements to ensure that the admissionpressure sensor calibration accuracy of the information, it is necessary tostudy the temperature effect on the pressure gauge calibrati on device. After

6、full investigation and access to a lot of the information, and the existingpressure gauge calibration device were analyzed and compared, usesta ndard hydraulic source, this paper studied the history of developme nt ofpressure sensor calibration, temperature compensation and calibrationdevice made th

7、e development of profiles the full study, analysis of theexisti ng adva ntages and disadva ntages of pressure sen sor calibrati on device,a hydraulic source to the new standard as the main components of theelectro nic pressure sen sor automatic calibratio n device to in crease workefficiency. In ord

8、er to meet the design requirements, this paper focuses onthe pressure control system theory, and the pressure control system,mathematical modeling and simulation. High precision pressure sensoramplifier OP07 to ensure the signal amplification, low noise programmablegain stable CS5534 chip as the cor

9、e conv erter. Focus of the pressure sen sortemperature compe nsati on tech no logy, and on the related research. Thetemperature con trol system of temperature measureme nt tech no logiesrelated to the acquisition and temperature signals and output circuit. Inpractice, studies have show n that the pr

10、essure sen sor calibrati on device to complete its precise calibration of pressure sensors目录摘要错误！未定义书签Abstract 错误！ 未定义书签第 1 章 绪论 51.1 研究背景和研究意义 61.2 发展状况 6第 2 章 整体方案的设计 72.1 系统硬件设计 错误！未定义书签。2.1.1 系统框图原理 82.2 AT89S52简介错误！未定义书签。2.2.1 AT89S52片内外模块功能 错误！未定义书签。2.2.2 AT89S52单片机的特点错误！未定义书签。第 3 章 硬件电路设计 83.

11、1 压力传感器选择 错误！未定义书签。3.1.1 压力传感器的介绍 错误！未定义书签。3.1.2 压力信号放大电路 错误！未定义书签。3.2 温度补偿分析 错误！未定义书签。3.3 看门狗技术 错误！未定义书签。3.4 RS232串口通信模块 错误！未定义书签。341 RS232串口通信协议错误！未定义书签。3.4.2 RS232驱动器MAX232错误！未定义书签。3.5 5V 直流电源设计 错误！未定义书签。3.6 USB 接口电路设计 错误！未定义书签。3.7 电源电路的设计 错误！未定义书签。第 4 章 软件设计 错误！未定义书签。4.1 主程序设计 错误！未定义书签。4.2 子程序设计

12、 错 误！未定义书签。4.2.1 液晶显示程序的软件设计 错误！未定义书签。4.2.2 USB 数据存储系统软件设计 错误！未定义书签。4.3 中断程序设计 错误！未定义书签。4.4 I2C 通信 错误！未定义书签。4.4.1 I2C总线错误！未定义书签。结 论 错误！未定义书签。致 谢 错误！未定义书签。参考文献 错误！未定义书签。附录 1 错误！未定义书签。附录 2 错误！未定义书签。附录 3 错误！未定义书签。第 1 章 绪论随着计算机、电子信息技术的迅速发展。 针对压力测量设备生产和维护过 程中，对关键部件压力传感器标定处于手工操作状态、效率低、操作人员不易 掌控、标定结果处置复杂的现

13、状，开发了针对压力传感器的自动标定技术。该 技术将计算机控制、智能化、曲线拟合和误差分析引入到压力传感器的标定过 程中，大幅度提高了标定的效率和可靠性。经此技术标定过的压力探头，在使用中具有互换性，减轻了数据后处理工作的难度1.1 研究背景和研究意义力传感器是最常用的传感器之一， 被广泛的应用于航空 . 航天、石油化工等 各个领域。随着现代工业的发展，对于力传感器的需求量越来越大，传统传感 器的生产方法已逐渐不能满足，需求，各个传感器生产厂家纷纷上马自动生产 线，以提高生产效率，降低成本，提高市场竞争力 。现在，传感器的测量方法大都采用手工操作，特别是压力传感器，基本上 采用手动油压或气压标定

14、，近几年也从国外引进了部分高端压力传感器标定方 法，首先由PC输出指令给单片机，把指令发送给开关电磁阀控分标定设备， 但价格昂贵，很难推广。制系统的加压和减压（排气）。本文介绍一种应用了计算机和单片机的自向或反向加压过程。压力进人 气缸后单片机采集标准压力传感器的动压力标定系统，它的价格十分低廉，使 用方便，精度也很高。数据同时控制比例电磁阀使之在测量范围以内保证系统 的工作。并且一次可以标定同种型号压力传感器 128 个，这大大减少了时间和 精力，并且有很大的经济效益。有很大的发展前景。1.2 发展状况压力传感器标定装置的发展是和压力传感器的技术进步密不可分的。 早 在上世纪六十年代随着第一

15、代压力计的出现，便有了压力传感器标定的历史。 初期的压力计标定装置，是由简单的二等活塞压力计为标准压力源，它的精确 度等级为 0.05 级，精度较低，只能标定 0.1 级以下的压力计。机械式压力传感 器的标定基本上都是使用这种标定装置，但是因为这种二等活塞压力计的操作 都是靠着人工手动操作的，人为误差较大，而且压力传感器卡片也是靠人工读 取的，所以这一套设备造成压力传感器检定和标定的工作量繁重， 精度也不高。 为了克服对于机械式压力传感器标定卡片的读数人为误差较大的问题，在卡片 读取上出现了“读卡仪”提高了数据的读取精度，在数据计算上，还运用了计 算机编程的相应软件，减少了人为误差。这表明压力

16、传感器标定装置已经在向 着自动化方向发展了。由于电子技术的快速发展，目前机械压力传感器都已被 淘汰，大部分应用的仪器均为电子压力传感器，对于电子压力传感器的标定是对其精度的标定。电子压力传感器标定装置作为压力标定的一个分支，其特点 在于检定压力高，要求标定精度高 ;被检仪器不能直读，直观性差，需要软件回 放;对标定温度敏感，需要做多温度点的全性能检定 ;检定过程复杂，包括一系 列加压和减压过程。检定后，把测量压力与标准压力对比，进行线性回归或者 二次、三次函数回归，对压力传感器的检定系数重新刻度，完成标定过程。因 此，新一代电子压力传感器标定装置主要以标定精度高、自动化程度高为主要 发展方向，

17、在结构设计上追求人机交互界面简单易懂、操作方便、体积小等特 点，这是今后电子压力计标定装置发展的主导力量。第 2 章 整体方案的设计本系统是一个基于 STC12C5A60S2单片机的压力传感器自动压力检测系 统，它具有结构简单、精度高、价格便宜、操作方便等特点，可以标定正压力 和负压力两种传感器，对于提高压力传感器生产效率有着重要意义。2.1 系统硬件设计本设计总体流程图如图 2-12.1.1系统框图原理本设计利用普通PC机作为上位机，与单片机采用 CH341T接口进行通 讯，完成对传感器的监测和显示，单片机选用 STC12C5A60S2该设备具有运行 可靠、安全，价格便宜等特点。首先PC输出

18、指令给微控器单片机，把指令发送给开关力传感器控制系统 的加压和减压，控制自动16列8行程的正向或反向加压过程。压力进入气缸后， 单片机采集标准压力传感器的数据。第3章硬件电路设计3.1压力传感器选择本节主要介绍了压力传感器的型号、以及差分放大器的使用和选择。为 更好的对压力标定系统的理解3.1.2压力传感器介绍由于本系统对动态特性的要求较高，因此传感器选取极为重要。根据国 内外元件的对比，选取美国KELLER公司1OFL系列压阻式压力传感器为系统 压力测量器件。10FL系列压阻式压力传感器压力测量范围从 O.OIMPa到60MPa,主要应用于 水平技术、气体力学、水力学、航空电子设备等领域。表

19、 2一1是该产品主要 性能指标。电器原理如图2 一 9所示。表戈一1 10 FLS列压阻式压力传感器主灵性寵指标压力范围O.OIMPa60MPa规搐尺寸019tunxl5rano信号范围；0,01MPa-0T lMPa： 4000nV/UPa范围,60MPa; 600-lOOOnV/MPatyp. 0t 25%FS温度范凰or-sor零点温应系数0. osov/r灵飙度温sft30kHz图2-9压力应变片连接图该测量电桥为等臂全桥，其中 R1, R4为拉应变，R2, R3为压应变，且应变电 阻增加或减小量相等。全桥又称差动全桥，输出灵敏度为单臂工作的4倍。这样，当压力头受到液压压力而变形时，粘贴在另一面的电阻应变片也随同变形， 并引起电阻值变化，这时上图测量电路中电桥平衡被破坏，产生输出电压。输 出电压值就间接地代表了压力变化值。3.1.2压力信号放大电路被测压力经金属应变片转换得到的电信号的幅度往往很小，很难进行A/D转换，因此需对这些模拟信号进行放大处理。为使电路简单又便于调试， 一般都采用集成运算放大器（简称运放）。在数据采集系统中，来自传感器的微弱信号往往要用漂 移和失调极小的高精度放大器进行放大46 4v1，如oP 一