【文章內(nèi)容簡介】 采集模塊 (mpx4115),主要核心是由氣壓傳感器構(gòu)成，其主要功能是對被測氣壓進行實時穩(wěn)定的測量，并以模擬電壓的形式輸出，交由后面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊處理。 178。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 A/D 轉(zhuǎn)換模塊（ ADC0832），主要功能是將氣壓傳感器輸出的模擬電壓信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為單片機能直接處理的數(shù)字信號。 178。 數(shù)據(jù)處理模塊 數(shù)據(jù)處理模塊 (AT89C52)，主要是對 A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)進行多次采集，并且對采集的數(shù)據(jù)進行處理，此處理過程主要是對采集 的數(shù)據(jù)進行初值定義以及相應(yīng)的移位處理，并且把處理好的數(shù)據(jù)送入相應(yīng)的緩沖區(qū)，為后面的顯示模塊作好準備。 178。 數(shù)據(jù)顯示模塊 數(shù)據(jù)顯示模塊（ LCD1602） ,主要對單片機處理后的數(shù)據(jù)進行實時顯示，顯示內(nèi)容為測量氣壓值。 基于傳感器的智能壓力檢測系統(tǒng)設(shè)計 8 3 硬件電路設(shè)計 數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊的芯片選擇 氣壓傳感器對于系統(tǒng)至關(guān)重要，需要綜合實際的需求和各類氣壓傳感器的性能參數(shù)加以選擇。一般要選用有溫度補償作用的氣壓傳感器，因為溫度補償特性可以克服半導(dǎo)體壓力傳感器件存在的溫度漂移問題。絕對氣壓值對應(yīng)的既是實際的氣壓 值，顯然本設(shè)計要實現(xiàn)的數(shù)字氣壓計需要能測量絕對氣壓值的氣壓傳感器及氣壓傳感器的主要性能參數(shù)如下 ： ①、測量范圍 即所能測量的大氣壓力范圍，單位為 kPa。 測量精度 ②、測量結(jié)果（電流或電壓）的精度。 ③、溫度補償范圍 一般要選用具有溫度補償能力的氣壓傳感器，因為溫度補償特性可以克服半導(dǎo)體壓力敏感器件存在的溫度漂移問題。 ④、測量的是否是絕對氣壓值 絕對氣壓值對應(yīng)的即是實際的氣壓值，顯然要實現(xiàn)數(shù)字氣壓計需要測量絕對氣壓值的氣壓傳感器。 數(shù)字氣壓計顯示的是絕對氣壓值，同時為了簡化電路，提高穩(wěn)定性和抗干擾能力，要 求使用具有溫度補償能力的氣壓傳感器 [7]。經(jīng)過綜合考慮，我們選用美國摩托羅拉公司的集成壓力傳感器芯片 MPX4105 作為氣壓傳感器。 MPX4105 可以產(chǎn)生于所加氣壓呈線性關(guān)系的高精度模擬輸出電壓，它具有以下特點： 178。供電范圍： ~，典型值為 。 178。測量范圍： 15~115kPa。 178。工作溫度范圍： 0~85℃。 178。溫度補償范圍： 40~+125℃。 基于傳感器的智能壓力檢測系統(tǒng)設(shè)計 9 178。測量精度為177。 %VFSS。 178。最低氣壓對應(yīng)的輸出電壓 VOFF 為 ~，典型值為 ；最高氣壓對應(yīng)的輸出電壓 VOFF 為 ~，典型值為 ；滿刻度輸出電壓間距 VFSS 的典型值為 。 根據(jù) MPX4115的氣壓線性關(guān)系，可以列出 具體輸出關(guān)系如下 : Vout = Vs ( 179。 P – ) 177。 （ Press Error179。 179。 179。 Vs） 式中 , Vs 是工作電壓 , P 是大氣壓值 , Vout 為輸出電壓。 數(shù)據(jù)采集的仿真原理圖 數(shù)據(jù)采集模塊由氣壓傳感器 MPX4115 構(gòu)成，采集的是大氣壓值。其中 1 腳是輸出信號端，輸出的是與氣壓值相對應(yīng)的模擬電壓信號。數(shù)據(jù)采集模塊的仿真原理如圖 32 所示。 基于傳感器的智能壓力檢測系統(tǒng)設(shè)計 10 圖 數(shù)據(jù)采集模塊仿真原理圖 氣壓傳感器 MPX4115 的原理 MPX4115 系列壓電電阻傳感器是一個硅壓力傳感器。這個傳感器結(jié)合了高級的微電機技術(shù)，薄膜鍍金屬。還能為高水準模擬輸出信號提供一個均衡壓力。在 0℃ 85℃ 的溫度下 誤差不超過 %，溫度補償是 40℃ 125℃ 。 氣壓傳感器 MPX4115 的管腳說明如表 31 所示： 表 31 氣壓傳感器 MPX4115的管腳說明 氣壓傳感器 MPX4114 的特性參數(shù)如表 32 所示： 1 2 3 4 5 6 VOUT GND VS N/S N/S N/S 基于傳感器的智能壓力檢測系統(tǒng)設(shè)計 11 表 32 氣壓傳感器 MPX4114的特性參數(shù) 參 數(shù) 符 號 最 小 典 型 最 大 單 位 壓力范圍 Pop 15 115 KPa 供電電壓 Vs Vdc 供電電流 Lo 10 mAdc 最大壓力偏置 （ 0℃ ～85℃ ） @Vs= Vpss Vdc 滿量程輸出 （ 0℃ ～85℃ ） @Vs= Voff Vdc 滿量程比例 （ 0℃ ～85℃ ） @Vs= VFSS Vdc 精度 （ 0℃ ～ 85℃ ） 177。 %VPSS 靈敏度 V/P mV/KPa 響應(yīng)時間 （ 10%～ 90%） tR ms 上升報警時間 20 ms 偏置穩(wěn)定性 177。 %VFSS 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片選擇 氣壓傳感器 MPX4115 輸出的是模擬電壓，因此，必須進行模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換才能交由單片機處理。關(guān)于 A/D 轉(zhuǎn)換，本課題中采用一種電壓頻率轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)模擬電壓數(shù)字化的處理。 關(guān)于 A/D 轉(zhuǎn)換，其模塊的特點是：轉(zhuǎn)換分辨率為 10位，最多含 8 個輸基于傳感器的智能壓力檢測系統(tǒng)設(shè)計 12 入通道和一個內(nèi)部溫度傳感器。我采用一種電壓 /頻率（ V/F）轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)模擬電壓的數(shù)字化處理。 V/F 轉(zhuǎn)換電路由 V/F 器件實現(xiàn)。 V/F器件的作用是將輸入電壓的幅值轉(zhuǎn)換成頻率與輸入電壓幅值成正比的脈沖序列，雖然 V/F 器件本身還不能算做量化器，但加上定時器與計數(shù)器以后也可以實現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換。 V/F 器件的突出特點就是它能夠把模擬電壓轉(zhuǎn)換成抗干擾能力強、可遠距離傳送并能直接輸入單片機接口的脈沖序列。通過測試 V/F 的輸出頻率?？梢詫崿F(xiàn) A/D轉(zhuǎn)換功能。 針對電路的實際需要，并考慮到外圍電路實現(xiàn)的難易程度和相應(yīng)的性能指標，我選用的是 ADC0832。 ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強， 性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。 ADC0832 具有以下特點： ● 8 位分辨率； ● 雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換； ● 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容； ● 5V 電源供電時輸入電壓在 0~5V 之間； ● 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為 32μS ； ● 一般功耗僅為 15mW； ● 8P 、 14P— DIP（雙列直插）、 PICC 多種封裝； ● 商用級芯片溫寬 為 0176。C to +70176。C ，工業(yè)級芯片溫寬為 40℃ to +85℃ 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路部分電路原理圖 ADC 構(gòu)成的 A/D 轉(zhuǎn)換器的電路 如圖 33 所示 ,其中圖中的 2 號引腳是數(shù)據(jù)采集后的輸入， 5號引腳和 6 號引腳是轉(zhuǎn)換后信號的輸出。 基于傳感器的智能壓力檢測系統(tǒng)設(shè)計 13 圖 ADC0832原理圖 ADC0832 的原理 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達 256 級，可以適應(yīng) 一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為 32μS ，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。 正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應(yīng)為 4條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、DO、 DI。但由于 DO 端與 DI 端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。 如圖33所示， ADC0832 基于傳感器的智能壓力檢測系統(tǒng)設(shè)計 14 芯片接口說明： ● CS 片選使能，低電平使能； ● CHO 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用； ● CH1 模擬輸入通道 1， 或作為 IN+/使用； ● GND 芯片參考 0電位（地）； ● D1 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制； ● D0 數(shù)據(jù)信號輸入，轉(zhuǎn)換通道控制； ● CLK 芯片時鐘輸入； ● VCC 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）； 數(shù)據(jù)處理模塊 數(shù)據(jù)處理模塊的芯片選擇 對于 ADC0832 輸出的頻率信號要經(jīng)過單片機的數(shù)據(jù)處理，通過頻率與氣壓之間的關(guān)系計算出氣壓值。 AT89C52 單片機最為核心的部分是中央處理器 CPU，它由運算器和控制邏輯構(gòu)成，其中包括若干特殊功能寄存器。AT89C52 是一款低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128 bytes 的隨機存取 數(shù)據(jù)存儲器（ RAM ），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)， 兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C52 單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 本課題中選用 AT89C52 單片機來實現(xiàn)。 單片機部分的原理圖 單片機部分的原理如圖 所示。 基于傳感器的智能壓力檢測系統(tǒng)設(shè)計 15 圖 單片機部分的原理圖 AT89C52 引腳及功能 AT89C52 是美國 Atmel 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8KB 的可反復(fù)檫寫的程序存儲器和 12B 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大的 AT89C52 單片機可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 AT89C52單片機屬于 AT89C51 單片機的增強型，與 Intel 公司的 80C52 在引腳排列、硬件組成、工作特點和指令系統(tǒng)等方面兼容。其主要工作特性是： (1)片內(nèi)程序存儲器內(nèi)含 8KB 的 Flash 程序存儲器，可擦寫壽命為 1000次； (2)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)含 256 字節(jié)的 RAM； (3)具有 32根可編程 I/O 口線； (4)具有 3個可編程定時器； (5)中斷系統(tǒng)是具有 8 個中斷源、 6 個中斷矢量、 2 個級優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)； 基于傳感器的智能壓力檢測系統(tǒng)設(shè)計 16 (6)串行口是具有一個全雙工的可編程串行通信口； (7)具有一個數(shù)據(jù)指針 DPTR； (8)低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式； (9)具有可編程的 3級程序鎖定位； (10)AT89C52 工作電源電壓為 5（ 1+） V，且典型值為 5V； (11)AT89C52 最高工作頻率為 24MHz。 89C52 單片機的 40條引腳 按功能來分，可以分為 3部分，電源及時鐘引腳、控制引腳 和輸入 /輸出引腳。 如下圖 35所示： 圖 AT89C52引腳分布圖 （ 1） Vcc（ 40 腳）：接 +5V 電源，為單片機芯片提供電能。 （ 2） Vss（ 20 腳）接地。 （ 3） XTAL1（ 19 腳）在單片機內(nèi)部，它是一個反向放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)的振蕩器，可提供單片機的時鐘控制信號。 （ 4） XTAL2（ 18 腳）在單片機內(nèi)部，接至上述振蕩器的反向輸出端。 控制引腳 此類引腳包括 RESET（即 RSR/VPD）、 ALE/PROG、 PS