一种基于单片机的压力检测系统

1、一种基于单片机的压力检测系统【摘要】压力传感器是现代工业社会最常用的传感器之一，被广泛的应用于航空航天、石油化工，汽车制造等领域。随着现代工业的发展，对-f'ff,h传感器的需求量越来越大。要蒹也越来越高。传统的传感器生产嬲l生能已逐渐不能满足需求，各个传感器生产厂商开始研制生产新型传感器，并增加自动化生产线，提高生产效率，降低成本，采提高市场竞争力和适应现代工业的应用。【关键词】压力；传感器；单片机1引言：压力传感器是现代工业社会最常用的传感器之一，被广泛的应用于航空航天、石油化工，汽车制造等领域。随着现代工业的发展，对于压力传感器的需求量越来越大，要求也越来越高，传统的传感器生产及

2、性能已逐渐不能满足需求，各个传感器生产厂商开始研制生产新型传感器并增加自动化生产线，提高生产效率，刚医成本，以提高市场力和适应现代工业的应用。传统的传感器的测量方法大都采用手工操作，特别是压力传感器，基本上都是采用手动油压或气压标定。尽管近几年也从国外引进了部分标定设备，但价格昂贵，不易推广。本系统应用MC孓51型单片机，设计出的智能压力检测系统，成本低廉，使用方便，精度也比较高。2系统硬件设计压力传感器测量压力，并将测量的信号输入放大器，然后送至AD转换器，AD转换器将输入的模拟信号转换为数宇信号送至单片机。单片机根据已编制好的程序，对压阻元件非线性测量误差进行修正并对修正后的数据进行处理。

3、同时该系统兼具有键盘输入，LED显示与超限报警功能。图1系统结构图 21传感器的选择采用美国ICSensors公司生产的ICSl220低压型硅压力传感器。双列直插式封装，内部桥路由外部恒流源供电，输出毫伏信号与压力成正比，线性度为005一o1。其内部有一个用于平衡放大器增益、温度系数为20*10-6的电阻，使传感器互换误差控制在1以内。传感器内部电路虽然已设置了温度补偿措施，但当环境温度在254-25范围内变化时，温度漂移仍较大，按满量程计算，量程漂移为03，零漂01，需进一步采取措施进行补偿。22放大器在本系统中，需要测量传感器送出的微弱信号，采用仅表放大器AD620来放大传感器输出信号。A

4、D620输入采用超B处理技术，具有低输入偏置电流、低噪音、高精度、较高建立时间、体积小、低功耗等特性共模抑制比可达1 30dB，对于信号的采集范围大非常适合作为前置放大器，适用于精确地数据采集系统和多路转换应用系统，使用非常广泛。AD620特别适合压力感测方面的应用，如血压测量、一般压力传感器的电桥电路信号放大等。23 AD转换器采用美国AD公司的ADl674，这是一款完整的12位并行模数转换单片集成电路。该芯片内部自带采样保持器(SHA)、10V基准压源、时钟源以及可和微处理器总线直接接口的暂存，三态输出缓冲器。结构紧凑，集成度高，工作性能(尤其是高低温稳定性)高，而且可以使计板面积大大减小

5、，因而可降低成本并提高系统的可靠性。采样频率为100kHz；转换时间为10us：具有±12LSB的积分非线性(1NL)以及1 2位无漏码的差分非线I生(DN L)；满量程校准误差为0125。使用温度范围：ADl674JK为优70q(C级)竞争ADl674MB为一4a一+85(I级)；ADl674T芙卜_七5一+125(M级)。24单片机采用MC争_51单片机为核心控制器件，MC争_51单片机功能强、功耗低，片内数据存储器(RAM)256B，程序存储器4kB(Flash)，因而编程和修改方便，使用非常广泛。状态输出连接至INT0，使软件可以以中断方式接收数据，转换结束时，STATUS输

6、出为低，可启动MCS一51的外部中断。25数字调节器本系统选用常见的PID调节，它能有效地减小系数的超调和稳态误差。PID调节的位置式控制方程：Ua（t）=KpX(t)+TD*dt(t)/dt+1/T*X(t)dt式中：Ua(t)为PID控制器的输出量。即执行机构的输出量，为一个采样周期内通电的周波数；X(t)为t时刻给定恒温值e。与实际炉温e之差。将其离散化，得：Ua(k)=Ua(k-1)+Kpx(k)-x(k-1)+(T/T1)*X(k)+Tp/T*X(k)-2X(k-1)+X(k-2)式中：T-采样周期；T0-微分时间常数；Tt 积分时间常数；Kp-比例系数；X(k)为本次采样时。与之差

7、。令：K2=Kp*(T/Tt);Kd=Kp*(Td/T);则有：Ua(k)=Ua(k-1)- Kpx(k)-x(k-1) +K2*X(k)+Kd*X(k)-2X(k-1)+X(k-2)式中：Kp为调节器的比例系数；K2为调节器的积分系数；K0为调节器的微分系数。3系统软件设计本系统应用软件采用MCS一51汇编：苦言编程，采用了模块化、结构化的设计方法，整个程序由主程序(图2所示)和秒中断子程序(图3所示)组成。程序结构清晰，主程序和秒中断子程序流程图分别如下： 图二：主程序流程图1)报据秒中断的设置标志，完成上下限及断线的LED显示报警和蜂呜器报警，还有LED显示；2)响应键盘操作，配合LED

8、显示构成人机界面，完成日期、时间、压力、位移的显示和设置。图三：秒中断子程序秒中断是软件的核心，在响应DSl 2887产生的每秒一次的硬件秒中断时，秒中断服务程序完成如下功能：1)进行数据采样、滤波、存储：2)对采样进来的数据，利用PID进行调节。4 系统需注意的问题：1)由于压力传感器输出的信号是毫伏级，因此把微弱信号送到压力变送器的这段导线要尽量短目采用屏蔽线：2)压力变送器电路中的增益调节电阻R要选取适当。否则不能保证输出最大值20mA：3)由于施工现场噪声干扰大，传感器输出信号微弱，硬件上处理并不能完全保证显示数据的稳定，因此软件上要采取多次采样取算术平均值的方法。本系统采取的方法是采样12次，去掉最大值和最小值，并取算术平均值。5结束语本系统中所介绍的智能压力传感器，具有成本低、体积小、精度和可靠性高及使用方便等优点，同时可与微机远程通信，以组成更大范围