基于51單片機(jī)為核心的智能壓力傳感器設(shè)計
0 引言
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/272075.htm對目前所有兼容lntel 8031指令系統(tǒng)的單片機(jī),統(tǒng)l稱為51單片機(jī)。Intel的8031單片機(jī)是51單片機(jī)的始祖。8031單片機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)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(jī)中最有代表性的型號。51單片機(jī)是基礎(chǔ)入門的一個單片機(jī),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(jī)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(jī)的應(yīng)用從根本上得到了改變?,F(xiàn)在正在用單片機(jī)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(jī)來實現(xiàn),從而改變自動控制中的PID調(diào)節(jié)。隨著單片機(jī)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(diǎn)
(1)測量范圍和功能都得到了擴(kuò)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(bǔ)償都可以進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)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(bǔ)償、溫度補(bǔ)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(jī)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(jī)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(jìn)行的;④ 組織數(shù)據(jù),為了便于處理和對誤差進(jìn)行修正,要對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理或是用其它方法安排;⑤ 計算數(shù)據(jù),為得到進(jìn)一步的信息,要對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)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(jī)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(jìn)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(jī)、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??刂瞥绦颉?shù)據(jù)處理程序和輔助程序是以51單片機(jī)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
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