压力传感器实验

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1、目录第1章 摘要2第2章 引言2第3章 总体设计33.1 理论分析33.2 过程分析3第4章 硬件电路设计44.1 传感器电路模块44.2 传感器电路分解54.3 A/D变换电路模块64.4 AT89C51 芯片介绍104.5 LCD1602 液晶显示11第5章机器人脚底力传感器实验数据采集、显示及程序165.1数据采集165.2程序设计17参考文献 25小组心得体会 25第1章 摘要1.传感器的相关背景及应用简介：近年来，随着微型计算机的发展，传感器在人们的工作和日常生活中应用越来越普遍。压 力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少 的条件。实现智能

2、化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。压力传感器是工业 实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水 电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行 业。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，因此有必要准确测量压力。本文介绍一种以AT89C51单片机为核心，用 ADC0808 实现压力模拟信号的 AD 转换，完成压力传感器实验。简要介绍了压力传感器电路的工 作原理和

3、弱信号传感器电路以及A/D变换电路的工作原理，并详细介绍了该传感器的参数设计 和制作过程，论证了其可行性，完成了整个实验对于压力的采样和显示。与其它类型传感器相比，电阻应变式传感器有以下特点：测量范围广，精度高，输出特性 的线性好，工作性能稳定、可靠，能在恶劣的化境条件下工作。由于应变式传感器具有以上优 点，所以它在测试技术中获得十分广泛的应用。第2章 引言电阻应变式传感器按其用途不同，可分为应变测力传感器、应变压力传感器、应变式加速 度传感器等。我们主要研究压力传感器， 这种传感器主要用于对气体、液体的动态和静态的压 力的测量。如对内燃机管道和动力设备管道进出、出气孔流液的压力、发动机喷口的

4、压力等的 测量。这种传感器主要采用膜片、薄板、筒式等组成的弹性元件。传感器所用的应变片电阻值 国内标准有：60、120、350、和600。等各种阻值，其中以120为最常用。利用全桥测量原 理，通过对电路输出电压和标准压强的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量的变化改为 压力的变化，即可以测出一定范围内的压力值。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变 式传感器。本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。而运算放 大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对 输入信号电平的进行各种转换处理的要求。ADC0808的A/D转换作用是把模

5、拟信号转变成数字 信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，用LCD1602液晶显示出测量结果。第 3章 总体设计3.1 理论分析该压力传感器实验，采用筒式压力传感器，输出信号通过AD转换器实现模拟到数字的转换, 再经过8051芯片，在LED数码管显示所要的结果。总的电路构建框图如下。图3.1基于AT89C51单片机为核心压力传感器实验构建框图3.2 过程分析该压力传感器实验，首先采用筒式压力传感器，满足由电阻变化引起的电压变化与压强变 化成线性关系，当材料选定后，材料的面积成为定值，则与压力成线性关系。输出信号经过差 动放大电路,放大滤波电路，将微弱的噪声信号经过一定倍数的放大和

6、滤波，满足ADC0809 A/D 转换器的要求，然后将模拟信号转化成所需的数字信号由单片机采集数字信号存储到单片机地 址单元40H （ADResult）,采集数据经8051单片机工程量代换处理，将结果存储到50H （整数 部分）和51H （小数部分），调用LCD液晶显示程序显示采样测量值，然后再通过对结果的观 察验证实验的正确性。第4章硬件电路设计4.1传感器电路模块压力传感器的工作原理，本质上是惠斯通电桥，这里采用的是最常见的电阻应变片式的压 力传感器。它得到广泛应用的原因是温度特性好，减小温度变化带来的误差。膜片上的压力使 得电桥不平衡，从而产生一个差动的输出信号，这种结构的基本特性之一是

7、它的差动输出电压 U与偏置电压U成正比关系，这种关系隐含压力测量精度直接决定偏置电源的容限值，当四 个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出同时，它也能提供一种温度 补偿最通用的方法。本实验研究压力传感器电路如图一所示，为压力传感器的电路，其由三部 分组成：（1）电桥电路部分（含电源）；（2）差动放大电路；（3）放大电路部分（含滤波）。图一 Proteus设计的压力传感器电路1kQR2RV110kQ1kQR3R5R4120QU1R7120QR64.2传感器电路分解:图二应变片全桥电路如图二示，R4、R5、R6、R7为应变片，组成应变片全桥，R2、R3分别与R4、R5并联构成温

8、度补偿电路，RV1为电桥的的调节变阻器，保持初始状态的零输出。图三 差动放大电路RLM324-2(1)： A = 19VR20RLM324-2(2)： A = 16VR14LM324-2(3)：为延时电路其中C1、C2、C3作用是滤波最终放大倍数： 130 倍左右4.3 A/D 变换电路模块ADC芯片型号很多，在精度、速度和价格方面千差万别、，较为常见的ADC主要有逐次逼近型、双积分型和电压频率变换型三种。这里我们选用逐次逼近型，即ADC0808。它由单一+5V电源供电，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可对0V5V的输入模拟电压信号分分时进行转换，完成一次转换约需100卩S。片内具有多路开

9、关的地址译码器和锁存电路、高阻抗斩波器、稳定的比较器，256R电阻T型网络和树状电子开关以及逐次逼近寄存器。输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接接 到单片机数据总线上。通过适当的外接电路，ADC0808可对05V的双极性模拟信号进行转 换。ADC0808是28脚双列直插式封装，引脚图如图421所示。各引脚功能说明如下:2-1 -2-8: 8位数字量输出引脚，由最低引脚到最高引脚。INOIN7:8路模拟量输入引脚。VCC： +5V工作电压。GND：地。REF（ +）：参考电压正端。REF（ ）：参考电压负端。START： A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。以上两个信号用于

10、启动A/D转换。EOC：转换结束信号输出引脚。开始转换时为低电平，转换结束时为高电平。OE：输出允许控制端。用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端。ADDA、ADDB、ADDC：地址输入线。经译码后可选通IN0IN7 8通道的一个通道进行转换。U3IN0CLOCK*IN1STARTIN2IN3EOCIN4IN5OUT1IN6OUT2IN7OUT3OUT4ADD AOUT5ADD BOUT6ADD COUT7ALEOUT8VREF(+)VREF(-)OE-0a-3ADC0808121626272821 2&191881517图4.2.1 ADC0808引脚图口 D =21AD513H

11、D斗18口 DIS8IEAD 114口 DE17GND1 6UCC122I N-0I N-7I N EI N-2I N- 1I N-3I n斗I N-En wbz-l2 -EOC2 -2 -A D D - A2 -A D P - B2 A D D - C2 -1 Sb 2-8ALEr af (-)ENABLESTARTr ef ( 4)CLOCK265283725AS24A 123a22210R8tl)EOCD IJ E3U36： A 74LSB22U30： F1UCC1 R94 F2.TA/D_CS实验电路及接线如下图示:连线连接孔1连接孔21IN0压力传感器输出2AD_CSCS2图4.2.

12、2接线框图匚|口 匚 k i n图4.2.3实验电路连线图A/D转换器的结构及连线图如上图所示，AD0809的工作过程如下：首先用指令选择0809 的一个模拟输入通道，当执行M0VXDPTR,A时，产生一个启动信号给START引脚送入脉冲，开 始对选中通道转换。当转换结束后发出结束信号，置E0C引脚信号为高电平，该信号可以作为 中断申请信号，当读允许信号到，OE端有高电平，则可以读出转换的数字量，利用MOVX A,DPTR 把该通道转换结果读到累加器A中。转换电压为05V，调节桥路中的电位器，使其输出电压 为05V，可以在较小范围内波动，当满量程输出时对应八个1的输出，由于前边计算的电压 变化

13、和电阻变化成正比关系，而且电阻变化和应变成正比，进而得出的压力和电压是成正比的。 传感器桥路输出的电压经过比例变换后转换成二进制码的形式送入P0 口。其程序框图如下：图五 主程序流程图 图六 中断子程序4.4 8051芯片介绍本实验采用8051单片机，其管脚图如下:fl . cFl . 1 12403*3Pl . 2 -33SPl . 3437El . 4 -536Pl . E -635Fl . 6 -734Fl . 7833EST/VnQ0OC51 32E矍j /P3. CIO31TXIi /P3. 1 1130IhITO/P3. 2 1229Itrri /P3. 3 132QTO/F3. 4 一1427TI/F3. E 一152GWR/F3. e 一1625RT/F3.7 一1724KTM.1 IS23STAL 1922Yee 2021r c cF-0.0PO. 1F-0.2PO. 3-PO.4PO. 5PO. G-FO. 7EA/VrrALE/FE-LICj一PS