基于51單片機為核心的智能壓力傳感器設(shè)計

　　0 引言

　　對目前所有兼容lntel 8031指令系統(tǒng)的單片機，統(tǒng)l稱為51單片機。Intel的8031單片機是51單片機的始祖。8031單片機是目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機之一。隨著Flash rom技術(shù)的發(fā)展，它也得到了不斷的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于工業(yè)測控系統(tǒng)中ATMEL公司的AT89系列，是8031單片機中最有代表性的型號。51單片機是基礎(chǔ)入門的一個單片機，也是應(yīng)用最廣泛的一種，在目前乃至今后很長的一段時問內(nèi)。51系列的兼容機型都將占有大量的市場。

　　控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計思想和設(shè)計方法，因51單片機的應(yīng)用從根本上得到了改變?，F(xiàn)在正在用單片機通過軟件的方法，來實現(xiàn)采用硬件電路實現(xiàn)的大部分控制功能，智能化的數(shù)字計算控制、模糊控制和自適應(yīng)控制可通過單片機來實現(xiàn)，從而改變自動控制中的PID調(diào)節(jié)。隨著單片機的廣泛應(yīng)用，以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的微控制技術(shù)將不斷發(fā)展完善。

　　壓力傳感器，英文名稱是pressure transducer，它是指能感受壓力，并能將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。壓力傳感器在工業(yè)實踐中很常用，各種工業(yè)自控環(huán)境中應(yīng)用很廣，涉及的行業(yè)也很多，像水利水電、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、石化、電力、船舶、管道等行業(yè)都有涉及到。

　　1 智能壓力傳感器的特點

　　(1)測量范圍和功能都得到了擴展，符合參數(shù)的測量及各種不同要求的測量都可以實現(xiàn)。

　　(2)靈敏度和測量精度得到了提高，微弱信號測量，各種校正和補償都可以進行，也可以存取測量數(shù)據(jù)。

　　(3)測量的穩(wěn)定性和可能性得到提高，并不受外界干擾，對測量有選擇性地進行，智能壓力傳感器高性能化。

　　(4)能夠自我診斷，對故障部位能準(zhǔn)確鎖定，故障狀態(tài)迅速識別。也能實現(xiàn)用硬件不能實現(xiàn)的功能。

　　(5)輸出形式和數(shù)字通信接口等很多，具有多樣性。

　　智能壓力傳感器或是壓力傳感器智能化，是都具有檢測和信息處理功能的傳感器。

　　2 智能壓力傳感器的采集和處理數(shù)據(jù)功能

　　對壓力傳感器輸出信號進行預(yù)處理，這是壓力傳感器智能化之前必須要做的。由于具有種類繁多的被檢測信號，輸出信號也有模擬量、數(shù)字量和開關(guān)量等，MD轉(zhuǎn)換的輸入量并不是只由壓力傳感器輸出壓力傳感器輸出信號組成的，還必須要對電路將傳感器輸出信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的電壓信號或周期信號進行預(yù)處理。

　　(1)采集數(shù)據(jù)。壓力傳感器信號經(jīng)過與處理成為A/D變換器所需要的點模擬信號，依賴于模擬轉(zhuǎn)換器(MD)的模擬典雅的數(shù)字化將輸入信號變換為數(shù)字信號，這些變化通過采樣、量化和編碼獲得。

　　(2)數(shù)據(jù)處理。A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換壓力傳感器的數(shù)據(jù)輸出信號，要根據(jù)需要加工處理所獲得的數(shù)字信號，如標(biāo)度變換、非線性補償、溫度補償和數(shù)字濾波等這些軟件處理，否則是不能直接輸入微處理機供應(yīng)用程序使用。

　　以下幾方面都是數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容：① 收集數(shù)據(jù)，對所需要的信息匯總;②轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，把所需要的信息轉(zhuǎn)換成適用于微處理機使用的方式：③ 分組數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)有效分組，這種分組是按有關(guān)信息進行的;④ 組織數(shù)據(jù)，為了便于處理和對誤差進行修正，要對數(shù)據(jù)進行整理或是用其它方法安排;⑤ 計算數(shù)據(jù)，為得到進一步的信息，要對數(shù)據(jù)進行各種算術(shù)和邏輯運算;⑥存儲數(shù)據(jù)，對原始數(shù)據(jù)和計算結(jié)果要保存好，以便以后使用;⑦搜索數(shù)據(jù)。將結(jié)果通過提供有用格式的信息，按用戶的要求輸出。

　　3 以51單片機為核心智能壓力傳感器的設(shè)計

　　總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、敏感元件設(shè)計、傳感器工藝設(shè)計和軟件設(shè)計等是智能壓力傳感器設(shè)計的主要過程，是根據(jù)對智能壓力傳感器提出的技術(shù)指標(biāo)進行設(shè)計的。本篇文章作者從對智能壓力傳感器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和軟件設(shè)計這兩方面作了介紹。

　　(1)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。半導(dǎo)體敏元件、放大器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、雙積分A/D轉(zhuǎn)換器、單片機、接口電路、IEEE～488標(biāo)準(zhǔn)接口、存儲器以及部分外圍電路組合在一起形成了智能壓力傳感器。

　　(2)軟件設(shè)計。控制程序、數(shù)據(jù)處理程序和輔助程序是以51單片機為核心智能壓力傳感器軟件構(gòu)成的三個方面。

　　圖1 硅壓力傳感器的電路圖