【正文】 檢 測 模 塊調 零執(zhí) 行 功 能更 新 數(shù) 據(jù) 及 顯示閾 值 重 設讀 取 A D 采 樣 模塊手 動 存 儲 數(shù) 據(jù) 統(tǒng) 計 分 析 歷 史 數(shù) 據(jù) 查 詢L C D 初 始 化顯 示 功 能 界 面讀 取 ， 解 析 鍵碼 圖 系統(tǒng)主程序構架框圖 初始化完畢后，延時等待所有模塊準備好，向液晶顯示器發(fā)送數(shù)據(jù)，顯示初始的人機界面。程序執(zhí)行時，首先對整個系統(tǒng)進行初始化，這部分包括參數(shù)初始化、 IO 初始化和器件初始化三個操作。 //矩陣鍵盤第一列接口 sbit COL2=P3^5。 //LED 發(fā)光二極管接口 sbit ROW1=P3^3。 //字庫 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 四個引腳組各有 8 只引腳。 為了克服 C 語言編程及匯編語言編程各自的缺點，混合編程方式完美的結合了兩者的優(yōu)點，做到了優(yōu)勢互補。就前兩種編程方式相比， C 語言更加通俗易懂 ，容易上手， C 語言屬于高級語言，并且有著編譯器的強大支持與自動優(yōu)化，使得編程者在軟件設計的時候不用花費太多時間去研究單片機底層硬件資源。 圖 Keil μVision4 開發(fā)界面 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)。 C51 編譯器可以更加貼近 CPU 本身。系統(tǒng)工作時，單片機對各路電壓、電流采樣及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與 分析，并實時顯示。通電后電源指示燈點亮，系統(tǒng)開始工作；斷電后電源指示燈熄滅，系統(tǒng)停止運行。 xx 本科生畢業(yè)設計（論 文） 第 18 頁 共 61 頁 圖 4*3 矩陣鍵盤電路 聲光報警模塊 報警電路選用 8550 PNP 型三極管，基極為低電平時導通，當測量重量超過量程時，beep 和 alert 給出低電平信號，驅動蜂鳴器鳴響，報警燈亮。矩陣鍵盤行掃描信號為 ROW1~ROW3，列掃描信號為 COL1~COL4。那么，得到了漢字的內碼后，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)字的各位信息來記載英文或漢字的形狀，如英文的 39。 表 LCD12864 的引腳說明 管腳號 管腳符號 名稱 管腳功能描述 1 ROMIN 字庫 IC 接口 串行數(shù)據(jù)輸出 2 ROMOUT 字庫 IC 接口 串行數(shù)據(jù)輸入 3 ROMSCK 字庫 IC 接口 串行時鐘輸入 4 ROMCS 字庫 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 串行時鐘 9 SDA I/O 串行數(shù)據(jù) 10 RS 寄存器選擇信號 H：數(shù)據(jù)寄存器 0：指令寄存器 11 RST 復位 低電平復位，復位后，回到高電平，液晶工作 12 CS 片選 低電平片選 點陣 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 LCD 控制器進行不同的數(shù)據(jù)操作，可以得到不同的結果。采用點陣型液晶顯示器 (LCD)，可顯示 128*64 點陣或 8 個 4 行漢字，點尺寸為 *(WXH)mm，內置ST7920 接口型液晶顯示控制器，內帶 GB2312 碼簡體中文字庫（ 16*16 點陣），可與 MCU單片機直接連接，具有 8 位并行及串行的連接方式，廣泛應用于各類儀器儀表及電子設備。 CS_ZK、 SCK_ZK、SO_ZK 和 SI_ZK 為字庫和單片機接口的控制線。 人機交互模塊 矩陣鍵盤和液晶顯示電路是壓力檢測系統(tǒng)與用戶交互的接口，用戶通過顯示來觀察壓力大小及經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析處理后的系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，再根據(jù)觀察到的值，通過鍵盤對單片機進行控制。當 PD_SCK 為低電平時，芯片處于正常工作狀態(tài)。DOUT 在 4 個數(shù)據(jù)輸出周期后才會從高電平變低電平，輸出有效數(shù)據(jù)。當 DOUT 從高電平變低電平后， PD_SCK xx 本科生畢業(yè)設計（論 文） 第 14 頁 共 61 頁 應輸入 25 至 27 個不等的時鐘脈沖（圖二）。有關引腳說明如下表 所示： xx 本科生畢業(yè)設計（論 文） 第 13 頁 共 61 頁 表 HX711 引腳說明 管腳號 名稱 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)壓電路時為無連接） 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)壓電路時為應接地） 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（不用晶振時無連接） 14 XI 數(shù)字輸入 外部時鐘或晶振輸入， 0：使用片內振蕩器 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 與單片機的接口應為 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。輸入選擇開關可任意選取通道 A 或通道 B，與其內部的低噪聲可編程放大器相連。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應速度快、抗干擾能力強等優(yōu)點。 這里 A/D 轉換芯片可選 ADC083 ADC080 HX711 等； A/D 轉換芯片種類 很多，最常見的屬于串行和并行接口模式，接口模式是選擇器件的一項重要指標。能夠完成這一任務的器件稱之為模數(shù)轉換器，簡稱 A/D 轉換器。 由壓力傳感器的測量原理 可知，電阻應變片組成的傳感器是把機械應變轉換成電阻的相對變化率 ΔR/R，而應變電阻的變化一般都很微小，例如傳感器的應變片電阻值200Ω，靈敏系數(shù) K 為 3，彈性體在額定載荷作用下產(chǎn)生的應變?yōu)?1000ε，則應變電阻相對變化率為： 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，從而將非電量轉化成電量輸出 [7]。 圖 測量電橋原理圖 （ 2） 電阻應變式傳感器測量原理 電阻應變式壓力傳感器主要由彈性元件、電阻應變片等組成。因此，我們可以把測量結果經(jīng)過某些電路將電阻變化或形變量轉化為電信號，以此來提高測量效率和精確度 [6]。 電阻應變式傳感器具有金屬的應變效應，即如果有外力存在，那么 金屬會發(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態(tài)測量。壓力傳感器在 壓力檢測系統(tǒng)中 是一個重要的元件，因此，在選擇壓力傳感器時需要考慮其量程和參數(shù)，還要考慮它的性價比和兼容性等等。 數(shù)據(jù)采集模塊 使用型號為 CZLA、量程為 10kg 的電阻應變式壓力傳感器，對被測物體進行壓力采集并將其轉換成電壓信號，輸出電壓信號通常很小，此時需要 利用 HX711 轉換模塊中的可編程放大器進行放大 。 RST 腳上只要保持 10ms以上高電平，系統(tǒng)就會有效復位。其主要功能使單xx 本科生畢業(yè)設計（論 文） 第 8 頁 共 61 頁 片機從 0000H 單元開始執(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 22pF 的電容構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一步提高溫度穩(wěn)定性 STC89C51RC 內部有一個高 增益反相放大器用于構成振蕩器。如同木桶原理。地址 80H 到 FFH 為特殊功能寄存器區(qū)，用于計數(shù)器 /定時器，串行通信，累加器以及一些特殊的控制寄存器。當訪問外部 存儲器時， ALE 用于地址低位字節(jié)的鎖存。 ? EA（第 31 腳）：當 EA 為低電平時，不管內部是否有程序存儲器（ 8031 型號單片機沒有內部存儲器），單片機只訪問外部程序存儲器。作為第二功能使用時，各引腳的定義如表 所示，值得強調的是， P3 口每一條引腳均可獨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)設計（論 文） 第 6 頁 共 61 頁 ? I/O 口引腳 P2（第 21 腳 ~28 腳）： 8 位準雙向 I/O 口。 圖 單片機引腳圖 單片機各引腳介紹： ? I/O 口引腳 P0（第 32 腳 ~39 腳）：雙向 8 位三態(tài) I/O 口。 單片機選型 世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從 8 位到 16 位再到 32 位，數(shù)不勝數(shù)，應有盡有，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，為單片機的應用提供廣闊的天地。輸出給單片機，然后運算處理，判斷檢測到的壓力和閾值，如若該壓力大于閾值，則系統(tǒng)將顯示出此時壓力值，并發(fā)出報警提示；小于則在液晶上正常顯示當前壓力值。用戶可以根據(jù)需要通過按鍵操作，在 ~ 區(qū)間內修改閾值大小。輸出數(shù)字信號給單片機進行處理分析。借助按鍵開關操作可控制電源的通斷，實現(xiàn)系統(tǒng)的良性運作。 聲光報警模塊。用單片機作為信息處理單元，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采樣及數(shù)據(jù)分析運 算，并發(fā)出控制指令。另外系統(tǒng)配有鍵盤，可以實現(xiàn)手動存儲、預警值設定、系統(tǒng)復位，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的有關功能。 課題任務 該設計能夠實現(xiàn)壓力檢測系統(tǒng)的智能檢測，如實時壓力測量、手動存儲壓力值、壓力預警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等。因此，研究開發(fā)高性能的智能壓力傳感器系統(tǒng)有利于促進信息技術及自動化技術的發(fā)展，對提高設備性能及自動化水平具有重要意義。 21 世紀提出了科學技術就是第一生產(chǎn)力的口號，各項科學技術在這一浪潮下取得了突飛猛進的發(fā)展和進步，傳感器技術也越來越受到各方面的重視，雖然在某些領域我國已趕上或者接近世界先進水平。世界上很多國家十分重視發(fā)展傳感器技術，傳感器技術可以應用在工業(yè)、農(nóng) 業(yè)、國防、科技等各個領域，有著極其廣闊的前景。通過 測取壓力的大 小也可以知曉 液面的高度。壓力是生產(chǎn)過程中四大重要參數(shù)之一， 實時 檢測 壓力可以判斷 生產(chǎn)過程 中 機器 是否 安全可靠 的 運行 [2]。傳感器技術是現(xiàn)代測量和自動化技術的重要技術之一。可以毫不夸張的說，高端先進儀器 是其 構造 中 含有微型計算機 系統(tǒng) ，微型計算機控制系統(tǒng)的產(chǎn)生促使現(xiàn)代控制系統(tǒng)時代的到來。 A/D converter。 該系統(tǒng)的壓力檢測范圍 為 010Kg，測量精度可以達到 10g， 具有高精度，低成本，易攜帶的特點。 本設計根據(jù)壓力傳感器零點補償與非線性補償原理，設計出了測量壓力傳感器的硬件 電路 。初始化后可以重設閾值，系統(tǒng)能夠實現(xiàn)手動存儲八個以內的數(shù)據(jù)，并可以查詢歷史記錄，對存儲的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并且在實時壓力檢測的過程中，預警電路一直監(jiān)視系統(tǒng)的運行。 本課題設計的壓力檢測系統(tǒng)具有壓力測 量、超重報警、壓力存儲及歷史數(shù)據(jù)查閱和壓力值數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。 關鍵詞 ： 壓力傳感器； A/D 轉換器； 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