【文章內(nèi)容簡介】 感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。 在壓阻式力傳感器 中 ， 通常涉及到 電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體 應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是 A/D 轉(zhuǎn)換和 CPU ）顯示或執(zhí)行機構(gòu)。 電阻應(yīng)變片的工作原理 ： 金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱 為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示： 式中： ρ —— 金屬導(dǎo)體的電阻率（ Ω 。 cm2/m ） S —— 導(dǎo)體的截面積（ cm2 ） L —— 導(dǎo)體的長度（ m ） 我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 9 長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應(yīng)變金屬絲的 應(yīng)變情 。 2） .陶瓷壓力傳感器原理及應(yīng)用 抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標(biāo)準(zhǔn)的信號根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為 / / mV/V 等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補償 0 ～ 70℃ ，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。 陶瓷 是一種公認(rèn)的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達 40 ～ 135 ℃ ，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度 2kV，輸出信號強，長期穩(wěn)定性好。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。 [8] 單片機控制處理模塊 模塊硬件設(shè)計 在單片機控制處理模塊中， 以單片機為中心， 利用射頻接收器 進行數(shù)據(jù)接收，把原始數(shù)據(jù)進行處 理，即利用水位與壓力的關(guān)系，把得到的水位的壓力值，轉(zhuǎn)換成水位的確定值，并通過單片機顯示在數(shù)碼管上，然后對測量數(shù)據(jù)與 最大值和最小值 進行比較，做出相應(yīng)的控制指令并發(fā)射出去（如 圖 24所示）。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 10 圖 24單片機控制處理 原理圖 如 上 圖所示，單片機通過程序設(shè)定，設(shè)定控制水位的下限、上限的值和水位的測量時間間隔，并存儲在單片機內(nèi)存中。單片機通過 MS303R 無線接收器、 ED5027 解碼器得到 0500Hz 的水位測量信號后，通 過單片機內(nèi)部的程序，計算出水位的高度，在顯示器上顯示水位的同時，把測量值與水位的下限、上限的水池值進行比較。當(dāng)水位的測量等于或小于水位的下限水池值時，單片機輸出一個 1 電平信號給 ED5026 編碼器，通過 MS303S 發(fā)射信號去啟動水泵工作，讓水位上升。當(dāng)水位的測量等于或大于水位的上限水池值時，單片機輸出一個 1 電平信號給 ED5026 編碼器，通過 MS303S發(fā)射信號去停止水泵工作。，讓水位上升。保證水位控制在一個合適的高度 （如圖 25所示） 。 設(shè)計該系統(tǒng)需用單片機的一個中斷．一個定時器。一個計數(shù)器。這里選用AT89C51，其包含 2 個 16 位定時／計數(shù)器和 5個中斷。當(dāng) MCS51內(nèi)部的定時 /計數(shù)器選定為定時模式時，計數(shù)輸入信號是內(nèi)部時鐘脈沖，每個機器周期產(chǎn)生一個脈沖使計數(shù)器加 l；一個機器周期為外部時鐘振蕩頻率的 1／ 12，采用 12 MHz 的晶體振蕩器，機器周期為 1μs 。當(dāng)內(nèi)部定時 /計數(shù)器被選定為計數(shù)模式時計數(shù)脈沖來自外部輸入引腳 P3． 4(T0)或 P3． 5(T1)。輸入信號產(chǎn)生由 1 到 O 的負(fù)跳變時，計數(shù)器加 1。由于一次負(fù)跳變要用兩個機器周期，所以選用 12MHz 晶體振蕩器時，為確保電平在變化之前被采樣一次，外部計數(shù)輸入信號不能超 過 500 kHz。 16 位定時／計數(shù)器的最高計數(shù)值為 65 535，在這里已滿足設(shè)計需要。系統(tǒng)設(shè)置 AT89C51 的 T0 為定時器， T1為計數(shù) 單 片 機 ED5026 編碼器 MS303S 發(fā)射器 ED5027 編碼器 MS303R 接收器 水位顯示 發(fā)射天線 接收天線 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 11 器，當(dāng)單片機接收到中斷信號時，定時、計數(shù)同時開始，定時結(jié)束，計數(shù)也隨之結(jié)束。再利用單片機的運算功能將計數(shù)值除以定時值，就能得到所測信號的頻率。通過頻率與電壓，電壓與所測壓力的線性關(guān)系，即可得到相應(yīng)的壓力值。 [9] f2g3e4d5c8DP7b9a10f2g3e4d5c8DP7b9a10D2VCCVCCEA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40U?AT89C51A0A1A2A3A4A5A6A7VSSD0D1D2D3數(shù)據(jù)輸入OSC1OSC2輸出 vtVDDVD50275027A0A1A2A3A4A5A6A7VSS A8A9A10A11TEOSC1OSC2數(shù)據(jù)輸出VDDVD5026VCCGNDVCC12Y?XTALGND1天線2OUTVCCGNGMS303RGNDVCC1IN2天線VCCGNGMS303SVCCGNDGNDVCCGNDGNDVCCVCCGND 圖 2 5單片機控制電路圖 單片機概述 單片機定義 ： 單片機是指一個集成在一塊 芯片 上的完整計算機 系統(tǒng) 。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件： CPU、 內(nèi)存 、內(nèi)部和外部 總線 系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、 定時器 ，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成 在一塊芯片上。 單片機也被稱為 微控制器 （ Microcontroller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用 處理器 發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。 目前已投放市場的主要單片機產(chǎn)品多達 70 多個系列， 500 多個品種。這其中還不包括那些系統(tǒng)或整機廠商定制的專用單片機，及針對專門業(yè)務(wù)、專門市場的單片機品種。 （ 1） 8051 單片機 最早由 Intel 公司推出的 8051/31 類單片機也是世界上用量最大的幾種單片機東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 12 之一。由 于 Intel 公司在嵌入式應(yīng)用方面將重點放在 18 38奔騰等與 PC 類兼容的高檔芯片的開發(fā)上， 8051 類單片機主要由 Philips、三星、華邦等公司接手生產(chǎn)。這些公司都在保持與 8051 單片機兼容的基礎(chǔ)上改善了 8051 許多特點（如時序特性）。提高了速度、降低了時鐘頻率，放寬了電源電壓的動態(tài)范圍，降低了產(chǎn)品的價格。 （ 2） MOTOROLA 單片機 MOTOROLA 是世界上最大的單片機廠商，品種全、選擇余地大、新產(chǎn)品多是其特點。在 8 位機方面有 68HC05 和升級產(chǎn)品 68HC08。 68HC05 有 30 多個系列， 200 多個品種，產(chǎn)量已超過 20 億片。 16 位機 68HC16 也有十多個品種。 32 位單片機的 683XX 系列也有幾十個品種。 MOTOROLA 單片機特點之一是在同樣速度下所用的時鐘頻率較Intel 類單片機低得多，因而使得高頻噪聲低、抗干擾能力強，更適合用于工業(yè)控制領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。 （ 3） Microchip 單片機 Microchip 單片機是市場份額增長最快的單片機。它的主要產(chǎn)品是 16C 系列 8位單片機， CPU 采用 RISC 結(jié)構(gòu)，僅 33 條指令，其高速度，低電壓，低功耗，大電流LCD 驅(qū)動能力和低價位 OTP 技術(shù)等都體現(xiàn)出單片機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展新趨勢。且以低價位著稱，一般單片機價格都在一美元以下。由美國 Microchip 公司推出的 PIC 單片機系列產(chǎn)品，已有三種系列多種型號的產(chǎn)品問世，從電腦的外設(shè)，家電控制，電訊通信，智能儀器，汽車電子到金融電子的各個領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。 Microchip 單片機沒有掩膜產(chǎn)品，全都是 OTP 器件（近年已推出 FLASH 型單片機 —— 編者注）。 Microchip 強調(diào)節(jié)約成本的最優(yōu)化設(shè)計、使用量大、檔次低、價格敏感的產(chǎn)品。 （ 4） Atmel 單片機 ATMEL 公司的 90 系列單片機是增強 RISC 內(nèi)載 Flash 的單片機，通常簡稱為 AVR 單片機， 90 系列單片機是基于新的精簡指令 RISC 結(jié)構(gòu)的。這種結(jié)構(gòu)是在 90 年代開發(fā)出來的綜合了半導(dǎo)體集成技術(shù)和軟件性能的新結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得在 8 位微處理器市場上 AVR 單片機具有最高 MIPS mw 能力 。 （ 5） NEC 單片機 NEC 單片機自成體系，以 8 位單片機 78K 系列產(chǎn)量最高，也有 16 位、 32 位單片機。 16 位以上單片機采用內(nèi)部倍頻技術(shù)，以降低外時鐘頻率。有的單片機采用內(nèi)置操作系統(tǒng)。 NEC 的銷售策略 著重于服務(wù)大客戶，并投入相當(dāng)大的技術(shù)力量幫助大客戶開發(fā)產(chǎn)品。 51單片機 概述 ： 8051 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)包括： 位 cpu，片內(nèi)振蕩器。 ROM， 128 RAM。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 13 個特殊功能寄存器。 根 I/O 接口線。 64KB 的外部程序寄存器、數(shù)據(jù)存儲空間。 個 16 位的定時器 /計數(shù)器。 個中斷源， 2個優(yōu)先級。 ，適用于布爾處理的位處理機。 引腳功能： MCS51是標(biāo)準(zhǔn)的 40 引腳雙列直插式集成電路芯片 （見圖 26）。 12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221RSTRX D/ P3 .0TX D/ P3 .1IN T0 /P 3. 2IN T1 /P 3. 3T0 /P 3. 4T1 /P 3. 5WR /P 3. 6RD /P 3. 7