【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目： 數(shù)字式壓力流量單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng) ——壓力部分院（系） 專業(yè)年級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 職稱 設(shè)計(jì)地點(diǎn) 日 期 2012年5月5日 33 / 36數(shù)字式壓力流量單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)——壓力部分摘 要： 流體的壓力和流量是工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)，通過一個(gè)管道流體壓力和流量測(cè)控系統(tǒng)，能同時(shí)檢測(cè)壓力和流量這兩種物理量，可以大大提高檢測(cè)效率和檢測(cè)的準(zhǔn)確性，使儀表的調(diào)校和維護(hù)也變得簡單。利用 MCS51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)流體壓力和流量測(cè)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有壓力和流量兩個(gè)通道的信息輸入和處理功能。本文介紹了基于單片機(jī)的壓力測(cè)量通道，它以AT89C51為核心，通過擴(kuò)散硅壓力傳感器對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行采集，再經(jīng)過運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)放大，送至8位A／D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，送至單片機(jī)進(jìn)行處理，用LED顯示數(shù)值，最終實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量。關(guān)鍵詞：壓力；AT89C51單片機(jī)；壓力傳感器；流體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 physical quantities，can greatly improve the detection efficiency and accuracy of detection，so that the tuning of the instrument and maintenance easier．The design is based on measurement and display of AT89C51 singlechip，through the pressure sensors converting the pressure into electrical signals．After using operational amplifier，the signal is amplified，and transferred to the 8bit A/D converter．Then the analog signal is converted into digital signals which can be identified by singlechip and then converted by singlechip into the information which can be displayed on LED monitor，and eventually achieve the pressure measurement．Key words: pressure； AT89C51 singlechip；pressure sensor； A/D converter； fluid目 錄第一章 緒論 …………………………………………………………………………………...1 研究背景 1 測(cè)量壓力的意義 2第二章 硬件設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………………...3 總體設(shè)計(jì)方案 3 壓力傳感器 4 信號(hào)放大電路 7 A/D轉(zhuǎn)換器 9 AT89C51單片機(jī) 13 14 顯示器 15第三章 軟件設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………….18 18 A/D轉(zhuǎn)換器的程序設(shè)計(jì) 18 單片機(jī)與鍵盤的接口程序設(shè)計(jì) 20 LED數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì) 21第四章 總結(jié) ………………………………………………………………………………….23參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………………...24致謝 …………………………………………………………………………………………...26附件A 硬件電路圖 ………………………………………………………………………...27附錄B 程序清單 ……………………………………………………………………………28第一章 緒論 研究背景近年來，隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的使用在人們的工作和日常生活中越來越普遍。工業(yè)過程控制是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。其中由單片機(jī)構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注?，F(xiàn)在可以毫不夸張地說，沒有微型計(jì)算機(jī)的儀器不能稱為先進(jìn)的儀器，沒有微型計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)不能稱其為現(xiàn)代控制系統(tǒng)的時(shí)代已經(jīng)到來。壓力測(cè)量對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和安全生產(chǎn)具有重要的意義。在工業(yè)生產(chǎn)中，為了高效、安全生產(chǎn)，必須有效控制生產(chǎn)過程中的諸如壓力、流量、溫度等主要參數(shù)。由于壓力控制在生產(chǎn)過程中起著決定性的安全作用，因此有必要準(zhǔn)確測(cè)量壓力。為了測(cè)到不同環(huán)境下的壓力值，壓力測(cè)量儀表按工作原理分為液柱式、彈性式、負(fù)荷式和電測(cè)式等類型。 液壓式壓力測(cè)量儀表常稱為液柱式壓力計(jì)，它是以一定高度的液柱所產(chǎn)生的壓力，與被測(cè)壓力相平衡的原理測(cè)量壓力的。大多是一根直的或彎成 U形的玻璃管，其中充以工作液體。常用的工作液體為蒸餾水、水銀和酒精。因玻璃管強(qiáng)度不高，并受讀數(shù)限制。它的特點(diǎn)是靈敏度高，因此主要用作實(shí)驗(yàn)室中的低壓基準(zhǔn)儀表，以校驗(yàn)工作用壓力測(cè)量儀表。由于工作液體的重度在環(huán)境溫度、重力加速度改變時(shí)會(huì)發(fā)生變化，對(duì)測(cè)量的結(jié)果常需要進(jìn)行溫度和重力加速度等方面的修正。 彈性式壓力測(cè)量儀表是利用各種不同形狀的彈性元件，在壓力下產(chǎn)生變形的原理制成的壓力測(cè)量儀表。彈性式壓力測(cè)量儀表按采用的彈性元件不同，可分為彈簧管壓力表、膜片壓力表、膜盒壓力表和波紋管壓力表等；按功能不同分為指示式壓力表、電接點(diǎn)壓力表和遠(yuǎn)傳壓力表等。這類儀表的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)實(shí)耐用，測(cè)量范圍寬，是壓力測(cè)量儀表中應(yīng)用最多的一種。 負(fù)荷式壓力測(cè)量儀表常稱為負(fù)荷式壓力計(jì)，它是直接按壓力的定義制作的，常見的有活塞式壓力計(jì)、浮球式壓力計(jì)和鐘罩式壓力計(jì)。由于活塞和砝碼均可精確加工和測(cè)量，因此這類壓力計(jì)的誤差很小，主要作為壓力基準(zhǔn)儀表使用，測(cè)量范圍從數(shù)十帕至2500兆帕。 電測(cè)式壓力測(cè)量儀表是利用金屬或半導(dǎo)體的物理特性，直接將壓力轉(zhuǎn)換為電壓、電流信號(hào)或頻率信號(hào)輸出，或是通過電阻應(yīng)變片等，將彈性體的形變轉(zhuǎn)換為電壓、電流信號(hào)輸出。代表性產(chǎn)品有壓電式、壓阻式、振頻式、電容式和應(yīng)變式等壓力傳感器所構(gòu)成的電測(cè)式壓力測(cè)量儀表。，測(cè)量范圍從數(shù)十帕至700兆帕不等。 壓阻式壓力傳感器是利用半導(dǎo)體材料硅在受壓后，電阻率改變與所受壓力有一定關(guān)系的原理制做的。用集成電路工藝在單晶硅膜片的特定晶向上擴(kuò)散一組等值應(yīng)變電阻，將電阻接成電橋形式。當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，應(yīng)變使電阻值發(fā)生與被測(cè)壓力成比例的變化，電橋失去平衡，輸出一電壓信號(hào)至顯示儀表顯示。隨著硅、微機(jī)械加工技術(shù)、超大集成電路技術(shù)和材料制備與特性研究工作的進(jìn)展，使得壓力傳感器在光纖傳感器的批量生產(chǎn)、高溫硅壓阻及壓電結(jié)傳感器的應(yīng)用成為可能，在生物醫(yī)學(xué)、微型機(jī)械等領(lǐng)域，壓力傳感器有著廣泛的應(yīng)用前景。 從世界范圍來看，壓力傳感器的發(fā)展日漸趨于小型化、智能化、集成化、廣泛化、標(biāo)準(zhǔn)化，主要集中在兩個(gè)方面：一是利用微機(jī)械加工技術(shù)和十分成熟的集成化技術(shù)，使得壓力傳感器的體積盡可能的小，以適應(yīng)一些特殊場合的需要，或便于與計(jì)算機(jī)連接而開發(fā)智能化壓力傳感器。二是利用新興的半導(dǎo)體材料，如SiC，多孔硅等，或是對(duì)惠斯通電路加以改進(jìn)，在電橋結(jié)構(gòu)推陳出新，如：雙惠斯通電橋電路、八臂電橋電路等。 測(cè)量壓力的意義壓力是過程生產(chǎn)中四大重要參數(shù)之一，它在檢測(cè)生產(chǎn)過程能否完全可靠正常運(yùn)行的重要參數(shù)指標(biāo)，尤其在化工生產(chǎn)過程中壓力這一參數(shù)更顯得尤為重要。在化工生產(chǎn)過程中，壓力即影響物料平衡，也影響化學(xué)反應(yīng)速度，是標(biāo)志生產(chǎn)過程能否正常進(jìn)行的重要參數(shù)。安全生產(chǎn)的需要，從確保安全生產(chǎn)的角度，壓力檢測(cè)也是非常重要的。如：確保壓力容器內(nèi)的壓力在安全指標(biāo)之內(nèi)，確保易燃易爆介質(zhì)的壓力不超標(biāo)。在其他工業(yè)生產(chǎn)中壓力檢測(cè)于控制也非常重要。常可見到一些工業(yè)裝置上都有壓力表。如：汽包壓力，當(dāng)壓力過高容易爆炸，壓力低動(dòng)力不足；還有爐膛壓力；一般維持在0mmH2O，高了爐門縫冒煙塵，低了膛內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓降低溫度。若維持在10 mmH2O，節(jié)能20%。壓力也是間接測(cè)量物位的手段，用孔板測(cè)量流量僅能產(chǎn)生差壓，而這個(gè)差壓靠壓力檢測(cè)的方法來測(cè)取才能最終求出流量。液面的高度可以靠測(cè)取壓力的大小來表示。總之，壓力檢測(cè)是一般成產(chǎn)過程所不可缺少的環(huán)節(jié)，只有按工藝要求保持壓力的穩(wěn)定，才能維持生產(chǎn)的正常進(jìn)行。所以壓力準(zhǔn)確測(cè)量在實(shí)際過程是非常重要的。第二章 硬件設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)方案 利用 MCS51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)流體壓力和流量測(cè)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有壓力和流量兩個(gè)通道的信息輸入和處理功能。本次設(shè)計(jì)是以單片機(jī)組成的壓力測(cè)量，系統(tǒng)中必須有前向通道作為電信號(hào)的輸入通道，用來采集輸入信息。壓力的測(cè)量，需要傳感器，利用傳感器將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，再經(jīng)放大并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后才能由計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效處理。然后通過鍵盤控制LED顯示的兩個(gè)物理參數(shù)。單片機(jī)流量傳感器放大電路A/D轉(zhuǎn)換器壓力傳感器LED顯示器按鍵 原理方框圖壓力是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，為了保證生產(chǎn)正常運(yùn)行，必須對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)量和控制，但需說明的是，這里所說的壓力，實(shí)際上是物理概念中的壓強(qiáng)，即垂直作用在單位面積上的力。在壓力測(cè)量中，常用絕對(duì)壓力、表壓力、負(fù)壓力或真空度之分。所謂絕對(duì)壓力是指被測(cè)介質(zhì)作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號(hào)pj表示。用來測(cè)量絕對(duì)壓力的儀表稱為絕對(duì)壓力表。地面上的空氣柱所產(chǎn)生的平均壓力稱為大氣壓力，用符號(hào)pq表示。用來測(cè)量大氣氣壓力的儀表叫氣壓表。絕對(duì)壓力與大氣壓力之差，稱為表壓力，用符號(hào)pb表示，即pb=pjpq。當(dāng)絕對(duì)壓力值小于大氣壓力值時(shí)，表壓力為負(fù)值（即負(fù)壓力），此負(fù)