【文章內(nèi)容簡介】 圖 34 PRC801 壓力傳感器 量程范圍： 0~200Kpa， 0~100Mpa 測量精度： %， % 輸出電壓 =50MV 供電： 9~36VDC 響應(yīng)時間： 10ms 適用范圍：液壓及其控制系統(tǒng)，液位測量及控制 所以，本次設(shè)計上，磁傳感器不符合任務(wù)要求，我的任務(wù)要求即 0~1000kpa 氣壓信號。 經(jīng)過詳細(xì)考慮，本次設(shè)計采用的氣壓傳感器是無錫邁姆斯科技有限公司的 MPS20N1000DS 型絕對壓力傳感器。 9 圖 35 MPS20N1000DS 型絕對壓力傳感器 其特點如下： 尺寸小 工作溫度： 40176。 C ~ 125176。 C 量 程： 0 ~ 1000KPa 線 性 度： % 成本低，可靠性高 其主要適用范圍是：醫(yī)療領(lǐng)域、胎壓計、車載氣泵、汽車傳感器、空氣制動開關(guān)、便攜式壓力計等。 壓力傳感器的各個參數(shù)測量結(jié)果為 mv 輸出信號 4120mv，其對應(yīng)的壓強(qiáng)為01000kpa 此處，由于本次設(shè)計采用的是 ADC0809,而 ADC0809 輸入信號范圍為 05v，傳感器輸出信號太小，所以要將輸出信號擴(kuò)大五十倍 ，變?yōu)? 。 溫度傳感器模塊 溫度是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實驗中一個非常重要的參數(shù)，物體的許多物理特性和化學(xué)特性都與溫度有關(guān)，許多生產(chǎn)過程都 是在一定的溫度范圍進(jìn)行的，需要測量溫度和控制溫度，因此溫度測量的場合極其廣泛，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得測溫技術(shù)迅速發(fā)展，測溫范圍不斷拓寬，測溫精度不斷提高。 圖 36 AD590電流輸出型兩端溫度傳感器 10 AD590電流輸出型兩端溫度傳感器是 AD公司利用 PN結(jié)構(gòu)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器 .（熱敏器件） AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下： 流過器件的電流（ mA）等于器 件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：mA/K 式中： 流過器件（ AD590）的電流，單位為 mA； T— 熱力學(xué)溫度，單位為 K。 AD590 的測溫范圍為 55℃～ +150℃。 AD590 的電源電壓范圍為 4V～ 30V。電源電壓可在 4V~6V 范圍變化，電流 變化 1mA，相當(dāng)于溫度變化 1K。 AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。 輸出電阻為 710MW。 精度高。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五檔，其中 M 檔精度最高，在 55℃～ +150℃ 范圍內(nèi)，非線性誤差為177。 ℃。 AD590 溫度感測器是一種已經(jīng) IC化的溫度感測器 ,它會將溫度轉(zhuǎn)換為電流 ,在 8051 的各種課本中?？吹剿?,相當(dāng)常用到。 其規(guī)格如下： 1）溫度每增加 1℃ ,它會增加 1μ A輸出電流。 2）可量測范圍 55℃至 150℃。 3）供應(yīng)電壓范圍 +4V 至 30V。 有以上可知 AD590 輸出信號為電流信號，這樣的話，要想讓此信號采集到單片機(jī)里面，還需要重新設(shè)計信號調(diào)理電路，如果應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，增加了生產(chǎn)環(huán)節(jié)，加大了生產(chǎn)投入，生產(chǎn)效率卻會降低了，而且，使用起來沒有那種直接壓力輸出的 較為直觀。 DSl820 數(shù)字溫度計提供 9 位 (二進(jìn)制 )溫度讀數(shù)，指示器件的溫度信息經(jīng)過單線接口送入 DSl820或從 DSl820送出，因此從主機(jī) CPU到 DSl820僅需一條線 (和地線 )。 DSl820 的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源，因為每一個DSl820 在出廠時已經(jīng)給定了唯一的序號，因此任意多個 DSl820 可以存放在同一條單線總線上，這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件， DS18B20 測量范圍從 55176。 C 到 +125176。 C,增量值為 176。 C,可在 1s 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，工作電源為 35V/DC （可以數(shù)據(jù)線寄生電源），在使用中不需要任何外圍元件，測量結(jié)果以 9~12 位數(shù)字量方式串行傳送，適用于汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 11 圖 37 DS18B20 上圖。左負(fù)右正，一旦接反就會立刻發(fā)熱，有可能燒毀！接反是導(dǎo)致該傳感器總是顯示 85℃的原因。面對著扁平的那一面，左負(fù)右正。 處于密閉容器的氣體，當(dāng)溫度升高時，其內(nèi)部的壓力隨之升高，因而泄漏測試時，溫度的變化不可避免地影響壓力變化。這種影響的范圍大致在溫度每變化1℃時，引起 的壓力變化為 %的測量壓力值，隨測試壓力的提高，溫度的影響會變得明顯。 在通常的測量條件下，由于測試時間較短，溫度的影響不會十分顯著，但若溫度的影響不容忽略，則應(yīng)采取相應(yīng)措施。在其它的條件難以改變時，可考慮采用如下方法： （ 1）降低測試壓力或者采用真空法測試，以降低溫度的影響； （ 2）采用帶溫度補償功能的儀器，即對高溫工件進(jìn)行大量檢測，記錄△ P、△ t 值，作出△ P△ t 曲線，根據(jù)曲線作出△ Pleak (不合格限度 ) △ t 曲線，再將數(shù)值輸入溫度補償程序。為使溫度補償準(zhǔn)確可靠，這些工作 必須在現(xiàn)場生產(chǎn)條件下進(jìn)行。 由溫度引起的壓差變化關(guān)系式： ?P=00 TTP ?? P0 為初始平衡壓力 ?P為測試終止時與初始狀態(tài)下的壓差 T0 為初始溫度 12 圖 38 溫度與壓力的變化曲線關(guān)系圖 本次設(shè)計中由于考慮到溫度對氣壓的影響，溫度的升高會引起氣壓的變大，所以溫度傳感器采用的是數(shù)字式 DS18B20 傳感器，它具有感應(yīng)靈敏，成本低，精度高等特點， 在這次設(shè)計中也起到很明顯的消除誤差的作用。 數(shù)據(jù)采集模塊 氣壓采集模塊 本次畢業(yè)設(shè)計，選用了典型的 ADC0809 數(shù)據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片， 它是 CMOS 單片型逐次逼近式 A／ D轉(zhuǎn)換器，由 8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8位開關(guān)樹型 D／ A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近。 (a)ADC0809實物圖 （ b） ADC0809 管腳圖 圖 39 ADC0809 其主要特性如下： 1） 8 路 8 位 A／ D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率 8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 3）轉(zhuǎn)換時間為 100μ s。 13 4）單個＋ 5V 電源供電。 5）模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85攝氏度。 7）低功耗，約 15mw。 在 AD 采集過程中，由于傳感器的一些條件限制，只得先用模擬電壓信號來代替 。由于只用到一路信號，也可將 A . 三個位選控制端直接接地，省去單片機(jī)端口的占用。氣壓值采集模塊仿真如下圖，以 IN0 口為模擬氣壓值輸入口，OUT1—— OUT7 口作為八位二進(jìn)制數(shù)字輸出口， OUT1—— OUT7 口連接 AT89S52 的P1口，以此將采集到的數(shù)字信號傳入單片機(jī)，進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。 首先，選擇 AD 轉(zhuǎn)換通道，因為用的只是一路模擬通道采集，所以 a0=0， a1=0，a2=0。當(dāng)然如果只是使用一路通道采集的話，也可以將通道選擇的三個端口都接地，這樣的話減少了單片機(jī)端口的使用，硬件電路也會更加的清晰 。 其次，設(shè)置 ADC0809 的時鐘信號，這個是給轉(zhuǎn)換芯片提供的工作時鐘，可以直接外加一個晶振，也可以通過編程，使用單片機(jī)內(nèi)部的時鐘信號，這樣的話就省去了晶振，在生產(chǎn)方面，也會節(jié)約成本。 然后，設(shè)置 AD芯片輸出口接單片機(jī)的 P1口，接著進(jìn)行信號的采集， ADstart() 輸出一個高低脈沖，開啟 AD 轉(zhuǎn)換， 圖 310 氣壓數(shù)據(jù)采集模塊電路圖 溫度采集模塊 由于 DS18B20 為數(shù)字型溫度傳感器，其輸出信號為數(shù)字信號，不需要在進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，可以直接通過 DQ 端將信 號輸入到單片機(jī)使用。 當(dāng)然，采集溫度數(shù)據(jù)的時候，要設(shè)置好輸出數(shù)據(jù)的分辨率，在本次設(shè)計中，采用的是 12位數(shù)字輸出信號，對應(yīng)的精度為 ℃ 。 通過啟動命令 ds1820wr(0x44)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集采集到 12為二進(jìn)制的數(shù) 14 字信號，為了將采集的數(shù)字信號分離出十位、個位、小數(shù)位，需要將采集的數(shù)據(jù)擴(kuò)大 10 倍，然后分離出各個數(shù)據(jù)，精確到小數(shù)點后一位顯示。 在分離各個位數(shù)的時候，要考慮到溫度的正負(fù)值。 if(tflag==0) lagdat=0x20。 如上，如果溫度值為負(fù)值，則顯示負(fù)號，否則什么都不顯示。 disdata[1]=tvalue%1000/100+0x30。此句是進(jìn)行溫度數(shù)值的十位數(shù)的分離，以此類推分離出個位、小數(shù)點、小數(shù)位。 圖 311 溫度數(shù)據(jù)采集模塊電路圖 單片機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊 數(shù)據(jù)處理，即是將 ADC0809 轉(zhuǎn)換出來的數(shù)字信號，在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行編程，根據(jù)算法比較，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，是否符合測量范圍，如果符合測量范圍，則顯示出相應(yīng)的結(jié)果，如果不在合格的范圍之內(nèi)，則要出現(xiàn)報警信號，作為提醒。 將采集到的氣壓值，即 0255之間的一個數(shù)字量，讓其乘以 ad 轉(zhuǎn)換電壓 5v，再乘以量程與 5v電壓范圍的倍數(shù)，得到的是采集到的氣壓值： adoe=1。 temp=P1。 adoe=0。 b1=((2*temp)*500/255)/100。 //最高位 b2=((2*temp)*500/255)/10%10。 //第二位 b3=((2*temp)*500/255)%10。 //第三位 b11=((2*(255temp))*500/255)/100。 //最 高位 b22=((2*(255temp))*500/255)/10%10。 //第二位 b33=((2*(255temp))*500/255)%10。 //第三位 15 如上面所示， b1為氣壓值的百位數(shù)， b2 為氣壓值的十位數(shù)， b3 為氣壓值的個位數(shù)， b11 為泄漏量的百位數(shù)， b22 為泄漏量的十位數(shù)， b33 為泄漏量得個位數(shù)。其中 “ 255temp”中 255 是可以改變的，根據(jù)自己設(shè)置的泄漏量的大小來改變份數(shù)， 255 代表的是份數(shù)， temp 為采集的氣壓值得份數(shù)，然后，將（ 255temp）比 上總的份數(shù) 255，然后乘以 5，再擴(kuò)大 200 倍，得到的就是氣壓值泄漏量，然后要顯示到 LCD1602 上面，所以要分離出來百位、十位、還有個位。 程序中， g 為一個測量范圍設(shè)定值， b1為測量值，若果測量值 b1g ，則測得的值不合格，出現(xiàn)報警信號，反之，正常顯示。 數(shù)據(jù)處理模塊要判斷所測氣壓變化量是否在所測范圍內(nèi)，即變化量P600kpa 時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號。 系統(tǒng)設(shè)置為 5 分鐘采集一次信號并進(jìn)行處理判斷和顯示。 LCD1602 數(shù)據(jù)顯示模塊 該模塊，在本設(shè)計中，由于所測數(shù)據(jù)量較少，根據(jù)經(jīng)濟(jì)、實用、 簡單的角度，所以采用的是 LCD1602 顯示屏。 LCD1602 根據(jù)其特性，兩行十六列數(shù)字符號顯示， LCD1602 已很普遍了，市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。HD44780 內(nèi)置了 DDRAM、 CGROM 和 CGRAM。 DDRAM 就是顯示數(shù)據(jù) RAM，用來寄存待顯示的字符代碼。共 80 個字節(jié)，其地址和屏幕的對應(yīng)關(guān)系如下 表 31 LCD1602內(nèi)部地址與屏幕的對應(yīng)關(guān)系 也就是說想要在 LCD1602屏