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1、摘要1关键词1ABSTRACT1Key Words 1前言21传感器相关概述21. 1什么是传感器21.2压力传感器31.2.1压力传感器的分类31.2.2压力传感器的原理31.3实际应用中压力传感器的选取原则41.3. 1根据测量对彖与测量环境41.3.2线性失真41.3.3灵敏度41.3.4 精度41.3.5其它因素41.4本系统采用的传感器52放大电路62.1放大电路的作用62. 2常见的放大电路方案62. 3该系统使用的放大电路73模数传换73. 1常见的模数转换器73.1.1并行比较模数转换器73.1.2逐次逼近型模数转换器83. 1.3积分型模数转换器83. 1.4压频变换型模数传
2、换器83.2并行比较模数转换器ADC0809相关原理及性能83. 3 ADC0809与上位机的连接93. 3. 1微机原理实验扩展板上的ADC0809接线93. 3. 2 ADC0809与单片机的连接94基于微机原理实验扩展板的压力检测104.1微机原理实验扩展板简介104. 2压力检测环境简介104.3测试程序的编写114.3压力检测125 8051单片机125. 1 8051单片机简介135. 1. 1 8051单片机的发展135. 1. 2 8051单片机的基本组成135.2 8051单片机最小系统165.3单片机与其他部件的连接176 LED数码显示模块186.1 LED数码管显示原理
3、及结构186.2 7段LED数码管断码186. 3 LED显示器方式196. 3. 1 LED数码管静态显示方式196. 3. 2 LED动态显示方式197压力检测系统的仿真设计207. 1仿真的软件基础207. 1. 1 Proteus 简介207. 1.2 Keil C51 简介207.2仿真的输入217.3仿真电路图的连接217.3仿真流程简介227.4仿真测试237.5仿真核心代码分析248压力传感系统的应用扩展258.1应用扩展可行性分析258.2基于单片机的电子秤258.3脉搏计数器269 PC串口通信279. 1串行通信可行性分析279. 1. 1 Proteus仿真串行通信的可
4、行性分析279.1.2 PC上实现串行通信的可行性分析289. 1.3实物电路的可行性分析289.2 Proteus的串行通信的仿真实现289.3 PC上串行通信软件的实现299.4 PC串行通信软件+Proteus联合调试实现3010设计总结31参考文献32致 谢33附录34基于C51压力传感系统的设计与研究摘要压力传感器在人们的日常生活中正在被广泛的使用。虽然因为用途的不同，压力传 感器的类型也不大一样，但基木原理确是一样的。而木设计的主要任务就是探讨压力传 感器的一种基本应用原理，制作出-个简单却精准的压力测量系统。这种测量系统的主 要流程是压力作用于传感器，产生相应的电信号变化，电信号
5、通过放大和模数转换变成 数字信号，最后再用单片机处理，并将结果送到LED数码管进行显示或者与PC通过串 口进行通信。这种应用原理不仅可以根据不同的传感器，应用到不同的领域。而且基于 嵌入式原理，采用了单片机作为处理中心，使其应用范围扩大，测量过程变得精简，还 能比较容易进行功能的扩展。关键词压力传感器；模数转换；单片机；LED数码管；串行通信The Design and Research of Pressure Sensor System Based onC51ABSTRACT：In peoples daily lives,pressure sensors are being widely u
6、sed. Although for different purposes, the type of pressure sensor is not quite the same, but the basic principle is really the same.The main task of this design is to Investigate a basic application principles of the pressure sensor,and make a simple but accurate pressure measurement system. The mai
7、n process of this measurement system is this: the pressure acting on the sensor, producing a corresponding electrical signal changes,the electrical signal through the amplification and analog-digital conversion into digital signals, finally used the single chip processing, and sent to the LED digita
8、l tube to display ,or transport data to PC by serial port. This principle not only applied depending on the sensor, but also could use to different areas.And because it is based on the embedded principles,with the SCM as a processing center, it is easy to expand its applications, the measurement pro
9、cess be streamlined and simplified, but also relatively easy to expand functionality development.Key Wordspressure sensor； ADC； MCU； LED digital tube； Serial Communication-1-Z-1刖吞本设计的口的是获取一种压力传感器的基本使用原理，并制作一个压力传感器的压 力检测系统。根据实际情况，系统的实现主要是分为两个部分。第一部分是利用传感器实验扩展板上而的压力传感器，将压力传感器感受到的压力 信号转换成电压信号。由于压力传感器电压
10、输出一般是依据传感器上而电阻值对压力敏 感，而产生电压的变化，这些电压的变化是极为弱小的，无法直接用模数转换器进行转 换后来体现，所以，需要对输出电压进行放大。放大后的电压最大的输出为5Vo对于 放大后的电压，就可以进行模数转换的处理了，这里采用的模数转换芯片为ADC0809, 将05V的输入电压转换成0-255 Z间的整数。这个部分的检测主要通过与实验箱配套 的TPC-USB汇编集成软件开发环境进行测试。第二部分是采用的是Proteus+Keil C51联合仿真测试。其依据的是第一阶段实验箱 上而经过放大电路处理Z后的05V的输出电压。这部分需要依赖两个软件，Proteus和 Keil C5
11、k Proteus是一个优秀的单片机仿真软件，可以十分逼真的对单片机系统，以及 外围电路进行相关的仿真。Keil C51则是如今被广泛使用的单片机编程软件。在仿真过 程中，所依据的放大电路的输出电压首先进入模数转换器，转换成数字信号之后，通过 八根数据线输入到单片机的P1端口，单片机对数据进行处理Z后，再将数据输出显示, 显示系统为一块四位的共阴LED数码管芯片。当然，对模数转换器的控制也由单片机 完成。单片机所执行的程序由Keil C51进行编写。Keil C51支持汇编和C语言编程。为 了增加代码的可读性，以及降低编程的难度，在系统开发的过程中，选用C语言作为编 程语言。编写的程序生成了.
12、hex文件Z后，再把这个.hex文件加载到单片机上而，单片 机就可以根据程序，进行相关的处理操作。另外，根据不同的需求，在LED数码管可以显示数据Z后，在尝试着用虚拟串口 来模仿单片机与PC的通信，并设计一个串行通信软件来接受单片机所发送的数据，把 数据转换成压力值后通过多种方式来进行显示。该系统的第一部分的开发过程以实物进行实验操作，具冇实际应用性。第二部分虽 然采用的是仿真手段，但也是具有很高的真实性。仿真过程小单片机加载.hex文件就相 当于再实际应用Z中将.hex文件烧录到单片机中的flash中。单片机和模数转换器，以 及LED数码管都是一些比较精准的硬件，仿真效果与实物连接效果不会有
13、什么差距。 所以，这个开发思路具冇较高的真实性。1传感器相关概述1.1什么是传感器传感器是一种比较特殊的物理装置，或者说是一种物理器官，它能探知外界的温度, 压力和湿度等一些物理条件，甚至某些物质的化学组成，并将感受到的相关信息通过电压等方式表示岀来，再传递给其他装置（楚宏，1991）。通常根据其基本的感知功能， 传感器可以分为热敏元件、气敏元件、磁敏元件、色敏元件、湿敏元件、力敏元件、声 敏元件、光敏元件、放射线敏感元件和味敏元件等十大类。1.2压力传感器压力传感器，也就是上而介绍的力敏传感器，是在工业实践之中，应用得最为广泛 的一大类传感器。口前，它被广泛的应用于各种工业自控环境，包括水利
14、水电、智能建 筑、铁路交通、自动控制、航天、军事、石油化工、电力、管道、船舶、机床等众多行 业之中。1.2.1压力传感器的分类压力传感器根据其构成的不同，可以分为压阻式压力传感器、电感式压力传感器、 电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是 压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。另外，陶瓷 压力传感器，蓝宝石压力传感器，压电压力传感器等传感器也因为其某些特殊的物理特 性，应用得也比较的广泛。陶瓷压力传感器有良好的抗腐蚀，抗高温性；蓝宝石压力传 感器，具有较高的弹性个绝缘特性，对温度的变化不敏感；压电压力传感器可以承受高 温和相当高
15、的湿度（方敏等，2008）o1.2.2压力传感器的原理对于压力传感器的原理，不同的压力传感器原理也不大相同。对于应用得最为广泛 的压阻式压力传感器，其核心元件是一种电阻应变片。电阻应变片是一种可将被测件上 的应变变化转换成为电信号的敏感器件。通常是将应变片通过某些特殊的粘和剂紧密的 粘合在产生力学应变的基体Z上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生 形变，使应变片的阻值发生改变，从而使电阻上的电压发生变化（土瑞升，1991）。这 种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过 后续的电压放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU ）显示或执 行机构。陶瓷压力传感器，压力直接是作用在一个陶瓷膜片上面，使陶瓷膜片产生微小的形 变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敬电阻 的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信 号（Li C and Mehran M. 2008 ）。蓝宝石压力传感器由由双膜片构成：钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异 质外延性应变灵敬电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量
