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1、毕业设计说明书设计题目： 数字式压力流量单片机测控系统 压力部分院（系） 专业年级 学生姓名 学号 指导教师 职称 设计地点 日 期 2012年5月5日 数字式压力流量单片机测控系统压力部分摘 要： 流体的压力和流量是工业生产过程中的重要参数，通过一个管道流体压力和流量测控系统，能同时检测压力和流量这两种物理量，可以大大提高检测效率和检测的准确性，使仪表的调校和维护也变得简单。利用 MCS-51系列单片机设计一个流体压力和流量测控系统，使系统具有压力和流量两个通道的信息输入和处理功能。本文介绍了基于单片机的压力测量通道，它以AT89C51为核心，通过扩散硅压力传感器对压力信号进行采集，再经过运
2、算放大器进行信号放大，送至8位AD转换器，将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，送至单片机进行处理，用LED显示数值，最终实现压力的测量。关键词：压力；AT89C51单片机；压力传感器；流体Abstract: Fluid pressure and flow rate are important parameters in the industrial production process，a fluid pressure and flow measurement and control system can detect pressure and flow of these two phy
3、sical quantities，can greatly improve the detection efficiency and accuracy of detection，so that the tuning of the instrument and maintenance easierThe design is based on measurement and display of AT89C51 single-chip，through the pressure sensors converting the pressure into electrical signalsAfter u
4、sing operational amplifier，the signal is amplified，and transferred to the 8-bit A/D converterThen the analog signal is converted into digital signals which can be identified by single-chip and then converted by single-chip into the information which can be displayed on LED monitor，and eventually ach
5、ieve the pressure measurementKey words: pressure； AT89C51 single-chip；pressure sensor； A/D converter； fluid目 录第一章 绪论.11.1 研究背景11.2 测量压力的意义2第二章 硬件设计.32.1 总体设计方案32.2 压力传感器42.3 信号放大电路72.4 A/D转换器92.5 AT89C51单片机一三2.6键盘设计142.7 显示器一五第三章 软件设计.一八3.1软件主程序一八3.2 A/D转换器的程序设计一八3.3 单片机与键盘的接口程序设计203.4 LED数码管显示程序设计2
6、1第四章 总结.23参考文献.24致谢.26附件A 硬件电路图.27附录B 程序清单28第一章 绪论1.1 研究背景近年来，随着微型计算机的发展，计算机的使用在人们的工作和日常生活中越来越普遍。工业过程控制是计算机的一个重要应用领域。其中由单片机构成的嵌入式系统已经越来越受到人们的关注。现在可以毫不夸张地说，没有微型计算机的仪器不能称为先进的仪器，没有微型计算机的控制系统不能称其为现代控制系统的时代已经到来。压力测量对实时监测和安全生产具有重要的意义。在工业生产中，为了高效、安全生产，必须有效控制生产过程中的诸如压力、流量、温度等主要参数。由于压力控制在生产过程中起着决定性的安全作用，因此有必
7、要准确测量压力。为了测到不同环境下的压力值，压力测量仪表按工作原理分为液柱式、弹性式、负荷式和电测式等类型。 液压式压力测量仪表常称为液柱式压力计，它是以一定高度的液柱所产生的压力，与被测压力相平衡的原理测量压力的。大多是一根直的或弯成 U形的玻璃管，其中充以工作液体。常用的工作液体为蒸馏水、水银和酒精。因玻璃管强度不高，并受读数限制，因此所测压力一般不超过0.3兆帕。它的特点是灵敏度高，因此主要用作实验室中的低压基准仪表，以校验工作用压力测量仪表。由于工作液体的重度在环境温度、重力加速度改变时会发生变化，对测量的结果常需要进行温度和重力加速度等方面的修正。 弹性式压力测量仪表是利用各种不同形
8、状的弹性元件，在压力下产生变形的原理制成的压力测量仪表。弹性式压力测量仪表按采用的弹性元件不同，可分为弹簧管压力表、膜片压力表、膜盒压力表和波纹管压力表等；按功能不同分为指示式压力表、电接点压力表和远传压力表等。这类仪表的特点是结构简单，结实耐用，测量范围宽，是压力测量仪表中应用最多的一种。 负荷式压力测量仪表常称为负荷式压力计，它是直接按压力的定义制作的，常见的有活塞式压力计、浮球式压力计和钟罩式压力计。由于活塞和砝码均可精确加工和测量，因此这类压力计的误差很小，主要作为压力基准仪表使用，测量范围从数十帕至2500兆帕。 电测式压力测量仪表是利用金属或半导体的物理特性，直接将压力转换为电压、
9、电流信号或频率信号输出，或是通过电阻应变片等，将弹性体的形变转换为电压、电流信号输出。代表性产品有压电式、压阻式、振频式、电容式和应变式等压力传感器所构成的电测式压力测量仪表。精确度可达0.02级，测量范围从数十帕至700兆帕不等。 压阻式压力传感器是利用半导体材料硅在受压后，电阻率改变与所受压力有一定关系的原理制做的。用集成电路工艺在单晶硅膜片的特定晶向上扩散一组等值应变电阻，将电阻接成电桥形式。当压力发生变化时，单晶硅产生应变，应变使电阻值发生与被测压力成比例的变化，电桥失去平衡，输出一电压信号至显示仪表显示。随着硅、微机械加工技术、超大集成电路技术和材料制备与特性研究工作的进展，使得压力
10、传感器在光纤传感器的批量生产、高温硅压阻及压电结传感器的应用成为可能，在生物医学、微型机械等领域，压力传感器有着广泛的应用前景。 从世界范围来看，压力传感器的发展日渐趋于小型化、智能化、集成化、广泛化、标准化，主要集中在两个方面：一是利用微机械加工技术和十分成熟的集成化技术，使得压力传感器的体积尽可能的小，以适应一些特殊场合的需要，或便于与计算机连接而开发智能化压力传感器。二是利用新兴的半导体材料，如SiC，多孔硅等，或是对惠斯通电路加以改进，在电桥结构推陈出新，如：双惠斯通电桥电路、八臂电桥电路等。1.2 测量压力的意义压力是过程生产中四大重要参数之一，它在检测生产过程能否完全可靠正常运行的
11、重要参数指标，尤其在化工生产过程中压力这一参数更显得尤为重要。在化工生产过程中，压力即影响物料平衡，也影响化学反应速度，是标志生产过程能否正常进行的重要参数。安全生产的需要，从确保安全生产的角度，压力检测也是非常重要的。如：确保压力容器内的压力在安全指标之内，确保易燃易爆介质的压力不超标。在其他工业生产中压力检测于控制也非常重要。常可见到一些工业装置上都有压力表。如：汽包压力，当压力过高容易爆炸，压力低动力不足；还有炉膛压力；一般维持在0mmH2O，高了炉门缝冒烟尘，低了膛内出现负压降低温度。若维持在10 mmH2O，节能20%。压力也是间接测量物位的手段，用孔板测量流量仅能产生差压，而这个差
12、压靠压力检测的方法来测取才能最终求出流量。液面的高度可以靠测取压力的大小来表示。总之，压力检测是一般成产过程所不可缺少的环节，只有按工艺要求保持压力的稳定，才能维持生产的正常进行。所以压力准确测量在实际过程是非常重要的。第二章 硬件设计2.1 总体设计方案 利用 MCS-51系列单片机设计一个流体压力和流量测控系统，使系统具有压力和流量两个通道的信息输入和处理功能。本次设计是以单片机组成的压力测量，系统中必须有前向通道作为电信号的输入通道，用来采集输入信息。压力的测量，需要传感器，利用传感器将压力转换成电信号后，再经放大并经A/D转换为数字量后才能由计算机进行有效处理。然后通过键盘控制LED显
13、示的两个物理参数。它的原理图如图1.1所示。单片机流量传感器放大电路A/D转换器压力传感器LED显示器按键图2.1 原理方框图压力是工业生产中的重要参数之一，为了保证生产正常运行，必须对压力进行测量和控制，但需说明的是，这里所说的压力，实际上是物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力。在压力测量中，常用绝对压力、表压力、负压力或真空度之分。所谓绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号pj表示。用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力，用符号pq表示。用来测量大气气压力的仪表叫气压表。绝对压力与大气压力之差，称为表压力，用符号pb表示
14、，即pb=pj-pq。当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值，称为真空度，用符号pz表示。压力是工业生产中的重要参数，如高压容器的压力超过额定值时便是不安全的，必须进行测量和控制。在某些工业生产过程中，压力还直接影响产品的质量和生产效率，如生产合成氨时，氮和氢不仅须在一定的压力下合成，而且压力的大小直接影响产量高低。此外，在一定的条件下，测量压力还可间接得出温度、流量和液位等参数。1643年，意大利人托里拆利首先测定标准的大气压力值为760毫米汞柱，奠定了液柱式压力测量仪表的基础。一八47年，法国人波登制成波登管压力表，由于结构简单、实用，很快在工业中获得广泛应用，一直是常用的压力测量仪表。二十世纪上半叶出现了远传压力表和电接点压力表，从而解决了压力测量值的远距离传送和压力的报警、控制等问题。60年代以后，为适应工业控制、航空工业和医学测试等方面的要求，压力测量仪表日益向体积轻巧、耐高温、耐冲击、耐振动和数字显示等方向发展。2.2 压力传感器2.2.1 压力传感器的选择压力传感器是由各种压力敏感元件将被测压力信号转换
