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1、基于传感器MPX4115的智能压力检测系统设计与仿真 摘要 数字式气压计被广泛应用于当前工业领域、国防领域、医疗领域以及日常生活中。本设计中就介绍了一种气压的实时显示设备。它利用软、硬件基础知识，通过单片机与气压传感器的结合，使得在液晶显示器上显示出当前大气压值。本文详细的描述了基于mpx4115气压计的多功能应用以及软硬件实现的过程。 本设计是基于气压传感器mpx4115的精密数字气压设计系统。通过气压传感器mpx4115获得与大气相对应的模拟电压值，并经过电压/频率（V/F）装换模块装换为数字脉冲，通过单片机接受脉冲数，依据电压与频率的线性关系式计算出相对应的实际气压值，最后在单片机的控制
2、下由液晶显示电路显示出实际气压值。总体目标是实现系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。关键词：mpx4115；气压传感器；单片机；液晶显示；V/F装换器AbstractDigital pressure gauge is widely used in the industrial field, national defense field, medical field and in daily life. This design introduced real-time display equip- ment for pressure. It makes use of soft, hardwar
3、e based on knowledge, through a com- bination of single chip microcomputer and pressure sensor, which shows the current high pressure in the liquid crystal display. This paper describes the process of application of multifunctional mpx4115 barometer of the hardware and software based on.本设计是基于气压传感器m
4、px4115的精密数字气压设计系统。通过气压传感器mpx4115获得与大气相对应的模拟电压值，并经过电压/频率（V/F）装换模块装换为数字脉冲，通过单片机接受脉冲数，依据电压与频率的线性关系式计算出相对应的实际气压值，最后在单片机的控制下由液晶显示电路显示出实际气压值。总体目标是实现系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。This design is digital precision pressure design system of pressure sensor based on mpx4115. Mpx4115 pressure sensor through the received a
5、nalog voltage corresponding to the atmospheric value, and through the voltage / frequency (V/F) loaded module loaded into digital pulse, pulse number through the microcontroller, based on the linear relationship between the voltage and frequency to calculate the actual pressure value corresponding t
6、o the rear, under the control of MCU by liquid crystal display the circuit shows the actual pressure values. The overall goal is to achieve system reliability, stability, security and economy.Keywords mpx4115 Gs pressure transducer Single chip microcomputer Liquid crystal display Voltage / frequency
7、 conversion目录摘要IAbstractII目录III1绪论11.1 课题设计原理及要求11.2 技术概况及发展趋势11.2.1 传感器的技术性能11.2.2 传感器的发展趋势21.3 数字气压计系统的设计意义42 系统总体设计62.1 设计整体思想62.2 系统总体框图62.3 系统各功能模块的设计思想73 硬件电路设计83.1 数据采集模块83.1.1 数据采集模块的芯片选择83.1.2 数据采集的仿真原理图93.1.3 气压传感器MPX4115的原理103.2 数据转换模块113.2.1 数据转换芯片选择113.2.2 数据转换电路部分电路原理图123.2.3 ADC0832的原
8、理133.3 数据处理模块143.3.1 数据处理模块的芯片选择143.3.2 单片机部分的原理图143.3.3 AT89C52引脚及功能153.4 数据显示模块183.4.1 显示模块的芯片选择183.4.2 显示器LCD部分的原理图193.4.3 LCD1602原理193.5 电源模块、数据下载模块及报警模块224 仿真工具介绍244.1单片机C语言244.2 Keil软件介绍254.3 Proteus软件介绍254.3 Protel99介绍265 软件系统设计285.1 程序流程图285.2气压值计算296 系统的调试与仿真306.1 系统仿真电路图306.2 系统仿真结果32总结35致
9、谢36参考文献37附件1 系统整体框图38附件2 系统Protel图391 电路原理图392 PCB 版图40附件3 程序代码411绪论1.1 课题设计原理及要求数字式气压计是利用压敏元件将待测气压直接变换为易检测、传输的电流或电压信号，再经过后续电路处理并显示的一种设备。本设计是基于MPX4115压力传感器设计的。它是一种测量大气压力的传感器，一般把作用于单位面积上空气柱的重量称为大气压力，简称气压。气象研究表明，在空间垂直上方气压随着高度的增加而降低，这种变化的幅度在近表面和高空时又有所不同，近地表时气压随着高度增加而降低的幅度最大，越到高空这种变化越缓慢。气压还会受空气中的气流影响，若空
10、气中有下降气流，气压会增加；若空气中有上升气流，气压会减小。本课题利用单片机控制实现气压计的功能并有以下要求：采用MPX4115压力传感器，气压测量范围在15115kPA压力信号，精度为0.1。必须采用液晶显示器LCD1602，显示测量压力值。如果超出极限范围则需要报警。以C语言为开发工具，进行设计及仿真。1.2 技术概况及发展趋势 基于传感器在本设计中的重要作用，下面介绍一下传感器的技术性能以及发展趋势。1.2.1 传感器的技术性能差动技术：差动技术是传感器中普遍采用的技术。它的应用可显著地减小温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度的影响，抵消了共模误差，减小非线性误差等。不少于传感器由
11、于采用了差动技术，还可以使灵敏度增大。平均技术：在传感器中普遍采用平均技术可产生平均效应，其原理是利用若干个传感器单元同时感受测量，其输出则是这些单元输出的平均值，若将每个单元可能带来的误差均可看作随机误差且服从正太分布，根据误差理论，总的误差将减小。可见，在传感器中利用平均技术不仅可使传感器误差减小，且可增大信号量，即增大传感器灵敏度。补偿与修正技术:补偿与修正技术在传感器中得到广泛的应用。这种技术的应用大致是针对下列两种情况。一种是针对传感器本身特性，另一种是针对传感器的工作条件或外界环境的。对于传感器特性，可以找出误差的变化规律，或者测出其大小和方向，采用适当的方法加以补偿或修正。针对传
12、感器工作条件或外界环境进行误差补偿，也可提高传感器精度的有力技术措施。不少传感器对温度敏感，由于温度变化引起的误差十分可观。为了解决这个问题，必要时可以控制温度，搞恒温装置，但往往费用太高，或使用现场不允许。而在传感器内引入温度误差补偿又常常是可行的。这时应找出温度对测量值影响的规律，然后引入温度补偿措施。 稳定性处理：传感器作为长期测量或反复使用的器件，其稳定性显得特别重要，其重要性甚至胜过精度指标，尤其是对那些很难或无法定期鉴定的场合。造成传感器性能不稳定的原因有:随着时间的推移和环境条件的变化，构成传感器的各种材料与元器件性能将发生变化。为了提高传感器性能的稳定性，应该材料、元器件或传感
13、器整体进行必要的稳定性处理。如结构材料的时效处理、冰冷处理、永磁材料的时间老化、温度老化、机械老化及交流稳磁处理，电气元件的老化筛选等。1.2.2 传感器的发展趋势 传感器的发展就如同其他产品的发展一样，不仅取决于专业的技术水平、材料的使用，还取决于工艺等很多方面。对于新型工艺的使用：在发展新型传感器中，离不开新工艺的采用。新工艺的含义范围很广，这里主要指与发展新兴传感器联系特别密切的微细加工技术。该技术又称为微机械加工技术，是今年来随着集成电路工艺发展起来的，它是离子束、电子束、分子束、激光束和化学刻蚀等用于微电子加工的技术，目前已越来越多地用于传感器领域，例如溅射、蒸馏、等离子体刻蚀、化学
14、气体淀积、外延、扩散、腐蚀、光刻等。迄今已有大量采用上述工艺制成的传感器。目前，各类集成化传感器已有许多系列的产品，有些已得到广泛应用。集成化已经成为传感器技术发展的一个重要方向。随着集成化技术的发展，各类混合集成和单片机集成式压力传感器相继出现，有的已经成为商品。集成化压力传感器有压阻式、电容式、等类型，其中压阻式集成化传感器发展快、应用广。自从压阻效应发现后，有人把4个力敏电阻构成的全桥坐在硅膜上，就成为一个集成化压力传感器。国内在80年代就研发出把压敏电阻、电桥、电压放大器和温度补偿电路集成在一起的单块压力传感器，其性能与国外同类产品相当。由于采用了集成工艺，将压敏部分和集成电路分为几个
15、芯片，然后混合集成为一体。提高了输出性能及可靠性，有较强的抗干扰能力，完全消除了二次仪表带来的误差。传感器的多功能化也是其发展方向之一。所谓多功能化的典型实例，美国某大学传感器研究发展中心研制的单片硅多维力传感器可以同时测量3个线速度、3个离心加速度(角速度)和3个角加速度。主要元件是由4个正确设计安装在一个基板上的悬臂梁组成的单片硅结构，9个正确布置在各个悬臂梁上的压阻敏感元件。多功能化不仅可以降低生产成本，减小体积，而且可以有效的提高传感器的稳定性、可靠性等性能指标把多个功能不同的传感元件集成在一起，除可同时进行多种参数的测量外，还可对这些参数的测量结果进行综合处理和评价，可反映出被测系统的整体状态。由上还可以看出，集成化对固态传感器带来了许多新的机会，同时它也是多功能化的基础。传感器与微处理机相结合，使之不仅具有检测功能，还具有信息处理、逻辑判断、自诊断、以及“思维”等人工智能，就称之为传感器的智能化。借助于半导体集成化技术把传感器部分与信号预处理电路、输入输出接口、微处理器等制作在同一块芯片上，即成为大规模集成智能传感器。可以说智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术相结合的产物，它的实现将取决于传感机器与
