【正文】 檢 測(cè) 模 塊調(diào) 零執(zhí) 行 功 能更 新 數(shù) 據(jù) 及 顯示閾 值 重 設(shè)讀 取 A D 采 樣 模塊手 動(dòng) 存 儲(chǔ) 數(shù) 據(jù) 統(tǒng) 計(jì) 分 析 歷 史 數(shù) 據(jù) 查 詢(xún)L C D 初 始 化顯 示 功 能 界 面讀 取 ， 解 析 鍵碼 圖 系統(tǒng)主程序構(gòu)架框圖 初始化完畢后，延時(shí)等待所有模塊準(zhǔn)備好，向液晶顯示器發(fā)送數(shù)據(jù)，顯示初始的人機(jī)界面。程序執(zhí)行時(shí)，首先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，這部分包括參數(shù)初始化、 IO 初始化和器件初始化三個(gè)操作。 //矩陣鍵盤(pán)第一列接口 sbit COL2=P3^5。 //LED 發(fā)光二極管接口 sbit ROW1=P3^3。 //字庫(kù) IC 的 SCK 接口 sbit Rom_CS=P2^1。 //LCD 的 rs 接口 sbit lcd_reset=P2^ //LCD 的 reset 接口 sbit lcd_cs1=P2^ 。 //串行數(shù)據(jù)輸出端口 sbit A/DSK = P1^4。包括功能選擇按鍵，參數(shù)設(shè)置按鍵和工作啟停等功能控制。 I/O 端口分配 STC89C51RC 共有 40 只引腳， P0~P3 四個(gè)引腳組各有 8 只引腳。 為了克服 C 語(yǔ)言編程及匯編語(yǔ)言編程各自的缺點(diǎn)，混合編程方式完美的結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，做到了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。就前兩種編程方式相比， C 語(yǔ)言更加通俗易懂 ，容易上手， C 語(yǔ)言屬于高級(jí)語(yǔ)言，并且有著編譯器的強(qiáng)大支持與自動(dòng)優(yōu)化，使得編程者在軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候不用花費(fèi)太多時(shí)間去研究單片機(jī)底層硬件資源。 圖 Keil μVision4 開(kāi)發(fā)界面 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)。 C51 編譯器可以更加貼近 CPU 本身。系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)對(duì)各路電壓、電流采樣及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與 分析，并實(shí)時(shí)顯示。通電后電源指示燈點(diǎn)亮，系統(tǒng)開(kāi)始工作；斷電后電源指示燈熄滅，系統(tǒng)停止運(yùn)行。 xx 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 第 18 頁(yè) 共 61 頁(yè) 圖 4*3 矩陣鍵盤(pán)電路 聲光報(bào)警模塊 報(bào)警電路選用 8550 PNP 型三極管，基極為低電平時(shí)導(dǎo)通，當(dāng)測(cè)量重量超過(guò)量程時(shí)，beep 和 alert 給出低電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器鳴響，報(bào)警燈亮。矩陣鍵盤(pán)行掃描信號(hào)為 ROW1~ROW3，列掃描信號(hào)為 COL1~COL4。那么，得到了漢字的內(nèi)碼后，還僅是一組數(shù)字，若要在屏幕上顯示，就涉及到文字的字模，字模雖然也是一組數(shù)字，但它的意義卻與數(shù)字的意義有了根本的變化，它是用數(shù)字的各位信息來(lái)記載英文或漢字的形狀，如英文的 39。 表 LCD12864 的引腳說(shuō)明 管腳號(hào) 管腳符號(hào) 名稱(chēng) 管腳功能描述 1 ROMIN 字庫(kù) IC 接口 串行數(shù)據(jù)輸出 2 ROMOUT 字庫(kù) IC 接口 串行數(shù)據(jù)輸入 3 ROMSCK 字庫(kù) IC 接口 串行時(shí)鐘輸入 4 ROMCS 字庫(kù) IC 接口 片選輸入 5 LEDA 背光電源 背光電源正極， 同 VDD 電壓（ 5V 或 ） 6 VSS 接地 0V 7 VDD 電路電源 5V 或 可選 8 SCK I/O 串行時(shí)鐘 9 SDA I/O 串行數(shù)據(jù) 10 RS 寄存器選擇信號(hào) H：數(shù)據(jù)寄存器 0：指令寄存器 11 RST 復(fù)位 低電平復(fù)位，復(fù)位后，回到高電平，液晶工作 12 CS 片選 低電平片選 點(diǎn)陣 LCD 的顯示原理 在數(shù)字電路中，所有的數(shù)據(jù)都是以 0 和 1 保存的，對(duì) LCD 控制器進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)操作，可以得到不同的結(jié)果。采用點(diǎn)陣型液晶顯示器 (LCD)，可顯示 128*64 點(diǎn)陣或 8 個(gè) 4 行漢字，點(diǎn)尺寸為 *(WXH)mm，內(nèi)置ST7920 接口型液晶顯示控制器，內(nèi)帶 GB2312 碼簡(jiǎn)體中文字庫(kù)（ 16*16 點(diǎn)陣），可與 MCU單片機(jī)直接連接，具有 8 位并行及串行的連接方式，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)儀器儀表及電子設(shè)備。 CS_ZK、 SCK_ZK、SO_ZK 和 SI_ZK 為字庫(kù)和單片機(jī)接口的控制線。 人機(jī)交互模塊 矩陣鍵盤(pán)和液晶顯示電路是壓力檢測(cè)系統(tǒng)與用戶(hù)交互的接口，用戶(hù)通過(guò)顯示來(lái)觀察壓力大小及經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析處理后的系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，再根據(jù)觀察到的值，通過(guò)鍵盤(pán)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制。當(dāng) PD_SCK 為低電平時(shí)，芯片處于正常工作狀態(tài)。DOUT 在 4 個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期后才會(huì)從高電平變低電平，輸出有效數(shù)據(jù)。當(dāng) DOUT 從高電平變低電平后， PD_SCK xx 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 第 14 頁(yè) 共 61 頁(yè) 應(yīng)輸入 25 至 27 個(gè)不等的時(shí)鐘脈沖（圖二）。有關(guān)引腳說(shuō)明如下表 所示： xx 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 第 13 頁(yè) 共 61 頁(yè) 表 HX711 引腳說(shuō)明 管腳號(hào) 名稱(chēng) 性能 描述 1 VSUP 電源 穩(wěn)壓電路供電電源： ~ 2 BASE 模擬輸出 穩(wěn)壓電路控制輸出（不用穩(wěn)壓電路時(shí)為無(wú)連接） 3 AVDD 電源 模擬電源： ~ 4 VFB 模擬輸入 穩(wěn)壓電 路控制輸入（不用穩(wěn)壓電路時(shí)為應(yīng)接地） 5 AGND 地 模擬地 6 VBG 模擬輸出 參考電源輸出 7 INA 模擬輸入 通道 A負(fù)輸入端 8 INA+ 模擬輸入 通道 A正輸入端 9 INB 模擬輸入 通道 B 負(fù)輸入端 10 INB+ 模擬輸入 通道 B 正輸入端 11 PD_SCK 數(shù)字輸入 斷電控制（高電平有效）和串口時(shí)鐘輸入 12 DOUT 數(shù)字輸出 串口數(shù)據(jù)輸出 13 XO 數(shù)字輸入輸出 晶振輸入（不用晶振時(shí)無(wú)連接） 14 XI 數(shù)字輸入 外部時(shí)鐘或晶振輸入， 0：使用片內(nèi)振蕩器 15 RATE 數(shù)字輸入 輸出數(shù)據(jù)速率控制， 0:10HZ； 1:80HZ 16 DVDD 電源 數(shù)字電源： ~ 正常情況下 HX711 與單片機(jī)的接口應(yīng)為 2 條數(shù)據(jù)線，分別是 PD_SCK、 DOUT。通道 B 則為固定的 32 增益 ，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。輸入選擇開(kāi)關(guān)可任意選取通道 A 或通道 B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。與同類(lèi)型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類(lèi)型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 這里 A/D 轉(zhuǎn)換芯片可選 ADC083 ADC080 HX711 等； A/D 轉(zhuǎn)換芯片種類(lèi) 很多，最常見(jiàn)的屬于串行和并行接口模式，接口模式是選擇器件的一項(xiàng)重要指標(biāo)。能夠完成這一任務(wù)的器件稱(chēng)之為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng) A/D 轉(zhuǎn)換器。 由壓力傳感器的測(cè)量原理 可知，電阻應(yīng)變片組成的傳感器是把機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的相對(duì)變化率 ΔR/R，而應(yīng)變電阻的變化一般都很微小，例如傳感器的應(yīng)變片電阻值200Ω，靈敏系數(shù) K 為 3，彈性體在額定載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?1000ε，則應(yīng)變電阻相對(duì)變化率為： ΔR/R = Kε= 3100010－ 6 = （ 31） 由式 31 可以看出電阻變化 ΔR只有 ，其電阻變化率只有 %。 電阻應(yīng)變片主要由四部分組成。電橋失去平衡，產(chǎn)生不平衡電壓，不平衡電壓與作用在傳感器上的載菏 P 成正比，從而將非電量轉(zhuǎn)化成電量輸出 [7]。 圖 測(cè)量電橋原理圖 （ 2） 電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量原理 電阻應(yīng)變式壓力傳感器主要由彈性元件、電阻應(yīng)變片等組成。因此，我們可以把測(cè)量結(jié)果經(jīng)過(guò)某些電路將電阻變化或形變量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，以此來(lái)提高測(cè)量效率和精確度 [6]。 電阻應(yīng)變式傳感器具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即如果有外力存在，那么 金屬會(huì)發(fā)生微弱的形變，從而改變其電阻值。但壓電傳感器只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。壓力傳感器在 壓力檢測(cè)系統(tǒng)中 是一個(gè)重要的元件，因此，在選擇壓力傳感器時(shí)需要考慮其量程和參數(shù)，還要考慮它的性?xún)r(jià)比和兼容性等等。 數(shù)據(jù)采集模塊 使用型號(hào)為 CZLA、量程為 10kg 的電阻應(yīng)變式壓力傳感器，對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行壓力采集并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，輸出電壓信號(hào)通常很小，此時(shí)需要 利用 HX711 轉(zhuǎn)換模塊中的可編程放大器進(jìn)行放大 。 RST 腳上只要保持 10ms以上高電平，系統(tǒng)就會(huì)有效復(fù)位。其主要功能使單xx 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 第 8 頁(yè) 共 61 頁(yè) 片機(jī)從 0000H 單元開(kāi)始執(zhí)行程序。 本系統(tǒng)采用了 12 MHZ 的晶振。 一般的晶振的負(fù)載電容為 15pF 或 ， 如果再考慮元件引腳的等效輸入電容 ，則兩個(gè) 22pF 的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇 。陶瓷封裝電容可以進(jìn)一步提高溫度穩(wěn)定性 STC89C51RC 內(nèi)部有一個(gè)高 增益反相放大器用于構(gòu)成振蕩器。如同木桶原理。地址 80H 到 FFH 為特殊功能寄存器區(qū)，用于計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器，串行通信，累加器以及一些特殊的控制寄存器。當(dāng)訪問(wèn)外部 存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 用于地址低位字節(jié)的鎖存。 ? EA（第 31 腳）：當(dāng) EA 為低電平時(shí)，不管內(nèi)部是否有程序存儲(chǔ)器（ 8031 型號(hào)單片機(jī)沒(méi)有內(nèi)部存儲(chǔ)器），單片機(jī)只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表 所示，值得強(qiáng)調(diào)的是， P3 口每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。 xx 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 第 6 頁(yè) 共 61 頁(yè) ? I/O 口引腳 P2（第 21 腳 ~28 腳）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。 圖 單片機(jī)引腳圖 單片機(jī)各引腳介紹： ? I/O 口引腳 P0（第 32 腳 ~39 腳）：雙向 8 位三態(tài) I/O 口。 單片機(jī)選型 世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從 8 位到 16 位再到 32 位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有很多與主流 C51 系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，相輔相成，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。輸出給單片機(jī)，然后運(yùn)算處理，判斷檢測(cè)到的壓力和閾值，如若該壓力大于閾值，則系統(tǒng)將顯示出此時(shí)壓力值，并發(fā)出報(bào)警提示；小于則在液晶上正常顯示當(dāng)前壓力值。用戶(hù)可以根據(jù)需要通過(guò)按鍵操作，在 ~ 區(qū)間內(nèi)修改閾值大小。輸出數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)進(jìn)行處理分析。借助按鍵開(kāi)關(guān)操作可控制電源的通斷，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的良性運(yùn)作。 聲光報(bào)警模塊。用單片機(jī)作為信息處理單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采樣及數(shù)據(jù)分析運(yùn) 算，并發(fā)出控制指令。另外系統(tǒng)配有鍵盤(pán)，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)存儲(chǔ)、預(yù)警值設(shè)定、系統(tǒng)復(fù)位，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的有關(guān)功能。 課題任務(wù) 該設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)壓力檢測(cè)系統(tǒng)的智能檢測(cè)，如實(shí)時(shí)壓力測(cè)量、手動(dòng)存儲(chǔ)壓力值、壓力預(yù)警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等。因此，研究開(kāi)發(fā)高性能的智能壓力傳感器系統(tǒng)有利于促進(jìn)信息技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，對(duì)提高設(shè)備性能及自動(dòng)化水平具有重要意義。 21 世紀(jì)提出了科學(xué)技術(shù)就是第一生產(chǎn)力的口號(hào)，各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)在這一浪潮下取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展和進(jìn)步，傳感器技術(shù)也越來(lái)越受到各方面的重視，雖然在某些領(lǐng)域我國(guó)已趕上或者接近世界先進(jìn)水平。世界上很多國(guó)家十分重視發(fā)展傳感器技術(shù)，傳感器技術(shù)可以應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng) 業(yè)、國(guó)防、科技等各個(gè)領(lǐng)域，有著極其廣闊的前景。通過(guò) 測(cè)取壓力的大 小也可以知曉 液面的高度。壓力是生產(chǎn)過(guò)程中四大重要參數(shù)之一， 實(shí)時(shí) 檢測(cè) 壓力可以判斷 生產(chǎn)過(guò)程 中 機(jī)器 是否 安全可靠 的 運(yùn)行 [2]。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量和自動(dòng)化技術(shù)的重要技術(shù)之一。可以毫不夸張的說(shuō)，高端先進(jìn)儀器 是其 構(gòu)造 中 含有微型計(jì)算機(jī) 系統(tǒng) ，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的產(chǎn)生促使現(xiàn)代控制系統(tǒng)時(shí)代的到來(lái)。 A/D converter。 該系統(tǒng)的壓力檢測(cè)范圍 為 010Kg，測(cè)量精度可以達(dá)到 10g， 具有高精度，低成本，易攜帶的特點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)根據(jù)壓力傳感器零點(diǎn)補(bǔ)償與非線性補(bǔ)償原理，設(shè)計(jì)出了測(cè)量壓力傳感器的硬件 電路 。初始化后可以重設(shè)閾值，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)存儲(chǔ)八個(gè)以?xún)?nèi)的數(shù)據(jù)，并可以查詢(xún)歷史記錄，對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并且在實(shí)時(shí)壓力檢測(cè)的過(guò)程中，預(yù)警電路一直監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行。 本課題設(shè)計(jì)的壓力檢測(cè)系統(tǒng)具有壓力測(cè) 量、超重報(bào)警、壓力存儲(chǔ)及歷史數(shù)據(jù)查閱和壓力值數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。 關(guān)鍵詞 ： 壓力傳感器； A/D 轉(zhuǎn)換器； LCD12864 II Design of pressure detection system based on MCU 51 Abstract： Using pressure sensor converts the pressure signal into electrical signal, after amplification, using high precision A/D conversion device that converts analog signals into digital signals in this design, then through single chip microputer processing into the information that LCD can identify, at last displaying and outputting information. After initialization the system can reset the threshold, a