【正文】 chieve storing within eight data manually, and can query the history records, the statistic analysis the stored data and in the process of realtime pressure detection, early warning circuit has been monitoring the operation of the system. This paper according to the principle of zero pensation and nonlinear pensation for pressure sensor, designing measuring pressure sensor hardware. Singlechip implementation has the characteristics of high precision, strong function. Because of its stability errors still exist in the measurement. The topic functions for pressure detection system are overweight alarm, storage, statistical analysis of historical data access and pressure value. The measurement range of the system is from 0 to 10 kg, measurement accuracy can reach to 10 g. It has the advantage of high precision, low cost, easy to carry. Measurement results display with LCD 12864 , Contrast to the traditional pressure test system, it has higher accuracy and intuitive. In addition, the system circuit is simple, low cost, long service life and wide scope of application. Key words： Pressure sensor。人們?cè)絹?lái)越關(guān)注由單片機(jī)構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)。 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外開發(fā)和研究的熱點(diǎn)是 具有數(shù)據(jù)處理能力，能夠進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)誤差補(bǔ)償、自動(dòng)抽樣、以及標(biāo)度變換功能的智能壓力傳感器檢測(cè) 系統(tǒng)。其中良好 的 控制壓力 ，可以保障 生產(chǎn)過(guò)程中的安全，因此準(zhǔn)確 地 測(cè)量壓力 顯得尤為重要 。 在 一些工業(yè)裝置上 都時(shí)?？梢砸姷?有壓力表 ，實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)壓力大小，如若失常則報(bào)警，很好的保證了生產(chǎn)的安全運(yùn)作。傳感器從探索宇宙到海洋的開發(fā)，從生產(chǎn)過(guò)程的控制到現(xiàn)代科技文明中都有使用，使用面幾乎涵蓋了任何一項(xiàng)現(xiàn)代科技產(chǎn)物。我國(guó)在傳感器的研究上也已經(jīng)有二十多年的歷史并取得了很大的成就。如何生產(chǎn)高性能、小體積、低成本的智能壓力傳感器系統(tǒng)還需進(jìn)一步開發(fā)和研究。通過(guò)壓力傳感器將 被測(cè) 物體的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大器進(jìn)行信號(hào)放大，送至 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，然后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)單片機(jī)轉(zhuǎn)換成 LCD 顯示器可以識(shí)別的信息，最后顯示輸出。壓力傳感器采集被測(cè)物體的壓力信號(hào)，傳輸給單片機(jī)進(jìn)行分析處理。 信號(hào)處理模塊。通過(guò) 4*3 矩陣鍵盤對(duì)單片機(jī)下達(dá)指令實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制；顯示采用 12864 液晶模塊，可以提供豐富、直觀、友好的信息界面。 系統(tǒng)通過(guò) USB 電源供電，單片機(jī)程序也可通過(guò) USB 線串行下載。 xx 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 第 4 頁(yè) 共 61 頁(yè) 實(shí)時(shí)壓力測(cè)量顯示方案 本裝置中系統(tǒng)壓力的檢測(cè)，采用量程為 10kg 的高精度電阻應(yīng)變式壓力傳感器，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再傳送給 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 HX711。 實(shí)時(shí)壓力監(jiān)控預(yù)警方案 為了實(shí)時(shí)監(jiān)控壓力大小，預(yù)先在程序中設(shè)定閾值為 ，系統(tǒng)開啟后默認(rèn)的閾值即為 。被測(cè)物體的壓力，經(jīng)過(guò)傳感器變?yōu)槟M信號(hào)，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 HX711 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。單片機(jī)也稱作單片微電腦或單片微型計(jì)算機(jī)，它是把中央處理器（ CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ ROM）、輸入 /輸出端口（ I/O）等主要計(jì)算機(jī)功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。引腳圖如下圖 所示。由于此端口沒(méi)有高阻態(tài)，所以無(wú)法輸入進(jìn)行鎖存，所以并不是真正意義上的雙向 I/O。 P3 口不僅可以作為一般的數(shù)據(jù)總線使用，這 8 個(gè)引腳還有各自的特殊功能，屬于復(fù)用雙功能口。 ? 外部晶振引腳 XTAL1 與 XTAL2（第 19 腳 ,18 腳）：接外部晶振 時(shí)，將振蕩信號(hào)輸入給單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生器。 ? ALE（第 30 腳）：當(dāng)不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 引腳周期性的輸入正脈沖信號(hào)，可以作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘，頻率為振蕩器頻率的 1/6。 RAM空間大小為 128 字節(jié)，地址范圍從 00H 到 FFH。理論上來(lái)說(shuō)，振蕩頻率越高表示單片機(jī)運(yùn)行速度越快，但同時(shí)對(duì)存儲(chǔ)器的速度和印刷電路板的要求也就越高。并聯(lián)諧振電路對(duì)電容的值沒(méi)有嚴(yán)格要求，但會(huì)影響振蕩器的穩(wěn)定、振蕩器頻率高低、起振快速性等。 這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容。 ATMEL公司只是建議在晶振的兩引腳處接入兩個(gè) 10pf50pf 的瓷片電容接地來(lái)削減偕波對(duì)電路的穩(wěn)定性的影響 ， 所以晶振所配的電容在 10pf50pf 之間都可以的 。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。外部復(fù)位電路是為提供兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平而設(shè)計(jì)的。單片機(jī)的復(fù)位需要至少持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平的時(shí)間，所以在剛開始上電的時(shí)候圖 中的電容 C1 充電，所以在單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 上會(huì)出現(xiàn)大于 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平，使單片機(jī)復(fù)位。 圖 數(shù)據(jù)采集模塊圖 xx 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 第 9 頁(yè) 共 61 頁(yè) 壓力傳感器 （ 1）壓力傳感器的選擇 在本設(shè)計(jì)中，我們需要使用壓力傳感器來(lái)對(duì)物品重量進(jìn)行測(cè)量。 壓電傳感器是利用某些電介質(zhì)受力后產(chǎn)生的 壓電效應(yīng) 制成的傳感器 [5]。 電阻應(yīng)變式傳感器具有悠久的歷史。 電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換為 △ R/R 后，因?yàn)閴毫鞲衅髟诠ぷ鲿r(shí)應(yīng)變片的形變量很小，導(dǎo)致電阻變化很微弱，測(cè)量得到的結(jié)果未必準(zhǔn)確，并且由于結(jié)果數(shù)值很小，導(dǎo)致我們處理起來(lái)將會(huì)十分困難。 R R R3 和 R4 組成惠更斯電橋，將兩對(duì)電阻應(yīng)變片的阻值變化轉(zhuǎn)變成輸出電壓，其工作原理如圖 所示。 圖 電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)外界施加一個(gè)垂直正壓力 P 作用于金屬橫梁上時(shí)，橫梁產(chǎn)生形變，電阻應(yīng)變片R R3 受壓彎拉伸，阻值增加； R R4 受壓縮，阻值減小。通常是將應(yīng)變片通過(guò)特殊的方式使其緊密的粘合在應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)， 電阻 應(yīng)變片也跟著產(chǎn)生形變，應(yīng)變片的阻值也改變，從而使加在 電阻 上的電壓發(fā)生變化 [7]。對(duì)放大環(huán)節(jié)的要求是增益可調(diào)的（ 70～ 150 倍），根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況增益設(shè)為 100 倍即可。 我們采用結(jié)合 HX711芯片的放大電路，圖 如下 所示 ： 圖 HX711 芯片 放大電路 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換 模擬量輸入通道的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 目前，世界上有多種類型的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ，有傳統(tǒng)的并行、串行、逐次逼近型、積分型 ADC，也有近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的 ∑Δ 型和流水線型 ADC，多種類型的 ADC 各有其優(yōu)缺點(diǎn)并能滿足不同的應(yīng)用要求。 根據(jù)系統(tǒng)的精度要求以及 綜合的分析比較 ，本設(shè)計(jì)采用了 24 位 A/D轉(zhuǎn)換器 HX711，芯片封裝如下圖 所示。該芯片與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)和程序編寫非常簡(jiǎn)單，所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無(wú)需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。40mV。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡(jiǎn)化了開機(jī)的初始化過(guò)程。當(dāng)數(shù)據(jù)輸出管腳 DOUT 為高電平時(shí)，表明 A/D 轉(zhuǎn)換器還未準(zhǔn)備好輸出數(shù)據(jù)，此時(shí)串口時(shí)鐘輸入信號(hào) PD_SCK 應(yīng)為低電平。 當(dāng)A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入通道或增益改變時(shí)， A/D 轉(zhuǎn)換器需要 4 個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期才能穩(wěn)定。管腳 PD_SCK 用來(lái)控制 HX711 的斷電。 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)。 LCD_CS、 LCD_RES、LCD_RS、 LCD_SDA、 LCD_SCK 為液晶模塊與單片機(jī)接口的控制線。 JLX12864G086可以顯示 128列 *64行點(diǎn)陣單 色圖片，或顯示 8個(gè) /行 *4行 16*16點(diǎn)陣的漢字，或顯示 16 個(gè) /行 *8 行 8*8 點(diǎn)陣的英文、數(shù)字、符號(hào)。 主要技術(shù)參數(shù)與顯示特性： ? 電源： VDD ～ +5V（內(nèi)置升壓電路，無(wú)需負(fù)壓）； ? 顯示內(nèi)容： 128 列 64 行； ? LCD 類型： STN； ? 多種功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等。而剩下的低 128 位則留給英文字符使用，即英文的內(nèi)碼。 “ 存儲(chǔ) ” 鍵用來(lái)手動(dòng)存儲(chǔ)有用的壓力值； “ 清空 ” 鍵用來(lái)清空存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)，則相應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到的值均為 0； “ 調(diào)零 ” 鍵用來(lái)將壓力傳感器調(diào)零，讓當(dāng)前壓力值顯示為 ； “ 修改閾值 ” 鍵用來(lái)修改系統(tǒng)預(yù)設(shè)的閾值 ，可以任意在0~ 之內(nèi)設(shè)計(jì)閾值； “ 返回 ” 鍵可以使當(dāng)前操作返回到上一級(jí)； “ 確認(rèn) ” 鍵用來(lái)將所中的功能確定，傳送給系統(tǒng)，執(zhí)行相應(yīng)程序。該低電平信號(hào)可以定位至按下鍵的位置。借助按鍵開關(guān)操作可控制電源的通 斷，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的良性運(yùn)作。軟件的主要部分由主程序、 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)子程序、 LCD 顯示子程序、歷史查詢子程序、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析子程序、中斷和延時(shí)子程序等組成。 Keil μVision4 是德國(guó) Keil Software公司出品的 51 系列 C 語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用傳統(tǒng) C 語(yǔ)言的語(yǔ)法來(lái)開發(fā)， C 語(yǔ)言在可維護(hù)性、結(jié)構(gòu)性以及可讀性有著明顯的優(yōu)勢(shì)，可以大大的提高工作效率和項(xiàng)目開發(fā)周期，Keil C51 為 8051 單片機(jī)的軟件開發(fā)提供了 C 語(yǔ)言環(huán)境，同時(shí)還有著匯編代碼高效和快速的特點(diǎn)。 Keil μVision4 IDE 開發(fā)界面圖如圖 所示。 編寫單片機(jī)程序有三種常見的方式， C 語(yǔ)言編程、匯編語(yǔ)言編程及混合編程。而直接使用匯編語(yǔ)言編寫程序，在匯編級(jí)別上，具體執(zhí)行哪條匯編指令，具體使用哪個(gè)寄存器完全是透明的，所以在性能要求特別高的場(chǎng)合下，如果有豐富的匯編經(jīng)驗(yàn)，一般都是使用匯編語(yǔ)言編寫 單片機(jī)程序。 通過(guò)對(duì)編譯選項(xiàng)的設(shè)置， Keil 軟件可以在編譯鏈接后自動(dòng)生成 HEX16 進(jìn)制文件，方便單片機(jī)程序的直接燒寫。 ? P34~P37 和 P13 是用于 4*3 矩陣鍵盤按鍵。 程序中所有端口定義及功能如下： sbit A/DDO = P1^5。 //LCD 的 sid 接口 sbit lcd_rs=P2^5。 //字庫(kù) IC 的 SO 接口 sbit Rom_SCK=P2^0。 //報(bào)警電 路蜂鳴器接口 sbit alert = P1^1。 //矩陣鍵盤第三行接口 sbit COL1=P3^4。 //矩陣鍵盤第四列接口 軟件主程序構(gòu)架 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要由五大模塊構(gòu)成，軟件程序主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)這些功能模塊的控制，以及最終對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算得出性能測(cè)量結(jié)果。程序流程圖如圖 所示。 主要功能子程序的設(shè)計(jì) 先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，初始化模塊主要對(duì)單片機(jī)的堆棧指針，中斷寄存器，全局變量定義，賦初值和定時(shí)器的初始化。 A/D 子程序設(shè)計(jì) 通過(guò)壓力傳感器輸出后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)信號(hào)放大器的處理后，由 A/D 轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。然后再發(fā)送一個(gè)時(shí)鐘讀取采樣值，并將數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)器的設(shè)定空間，再將存儲(chǔ)空間的指針移位。 時(shí) 鐘 中 斷 入 口≥ 4 0 0C o u n t e r 累 加置 稱 重 位返 回YN 圖 中斷流程圖 查詢歷史數(shù)據(jù)子程序設(shè)計(jì) 預(yù)先手動(dòng)存儲(chǔ)八個(gè)以內(nèi)的壓力值（超過(guò)閾值亦可），當(dāng)存儲(chǔ)第九個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)將第一位存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)擠掉，后面存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)均依次向前移一位。 xx 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 第 26 頁(yè) 共 61 頁(yè) 開 始判 斷 是 否 有 為 0顯 示 “ 無(wú) 歷 史 ” 讀 取 顯 示結(jié) 束NY 圖 查詢歷史數(shù)據(jù)流程圖 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析子程序設(shè)計(jì) 預(yù)先手動(dòng)存儲(chǔ)八個(gè)以內(nèi)的壓力值（超過(guò)閾值亦可），當(dāng)存儲(chǔ)第九個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)將第一位存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)擠掉，后面存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)均依次向前移一位。如下圖 所示。開始先對(duì)液晶顯示初始化，功能主要是對(duì)液晶的背光時(shí)間，背光等級(jí)，字符顯示格式，漢字顯示格式，和界面的初始化等。 xx 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 第 30 頁(yè) 共 61 頁(yè) 開 始列 掃 描行 掃 描判 斷 是 否 有 鍵 按 下取 相 應(yīng) 鍵 碼結(jié) 束NY 圖 按鍵驅(qū)動(dòng)流程圖 矩陣鍵盤的處理方法比較簡(jiǎn)單，單片機(jī)上電后引腳默認(rèn)電平為高點(diǎn)平。 unsigned ch