【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 量，如電阻式、電感式及電容光煥發(fā)式傳感器等。 傳感器選用原則 現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問(wèn)題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。 1） 根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型 要進(jìn)行一個(gè)具體的測(cè)量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)?，即使是測(cè) 量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問(wèn)題：量程的大??；被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測(cè)量；傳感器的來(lái)源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。在考慮上述問(wèn)題之后就能確定選用何種類型的傳感器，恒壓供水系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì) 7 然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。 2） 靈敏度的選擇 通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才 比較大，有利于信號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測(cè)量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少?gòu)耐饨缫氲母蓴_信號(hào)。傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量，而且對(duì)其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測(cè)量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。 3） 頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有一定延遲，希望延遲時(shí)間 越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，固有頻率低的傳感器可測(cè)信號(hào)的頻率較低。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn) (穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等 )響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過(guò)火的誤差。 4） 線性范圍 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相 對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會(huì)給測(cè)量帶來(lái)極大的方便。 5） 穩(wěn)定性 傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過(guò)使用期后，在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定， 以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。 在某些要求傳感器能長(zhǎng)期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場(chǎng)合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)。 6)精度 精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過(guò)高。這樣就可以在滿足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 8 選擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器。如果測(cè)量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對(duì)量值精度高的；如果是為了定 量分析，必須獲得精確的測(cè)量值，就需選用精度等級(jí)能滿足要求的傳感器。 對(duì)某些特殊使用場(chǎng)合，無(wú)法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。 本設(shè)計(jì)中選用 PTJ206 壓力 傳感器 。 PTJ206 壓力傳感器采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。 適于與 樓宇供水等壓力測(cè)量與控制。 PTJ206量程： 01150（ MPa）；綜合精度： %FS、 %FS、 %FS、 1%FS；輸出信號(hào)： 05V、15V、 010V；供電電壓： 24DCV；介質(zhì)溫度：常溫（ 20— 85176。C）；負(fù)載電阻大于 50KΩ；絕緣電阻：大于 2021MΩ； 密封等級(jí)： IP65。 單片機(jī)控制系統(tǒng) 單片機(jī)系統(tǒng)有基本的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，單片機(jī)的頻率一般為 12M，復(fù)位電路有手動(dòng)和上電自動(dòng)復(fù)位電路， RST 復(fù)位信號(hào)復(fù)位端，當(dāng)此引腳保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。復(fù)位電路如圖： 51KR3GND+5V22pFC11KR14S20RST 51KR3GND+5V22pFC1RST 圖 32 手動(dòng)復(fù)位電路 圖 33 自動(dòng)復(fù)位電路 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)是 由外部接的晶振產(chǎn)生，晶振的連接電路如圖： 1212MHzCRYSTAL22pF22pFXT2XT1 圖 34 單片機(jī)晶振電路 單片機(jī) 芯片上集成了各種功能部件：中央處理器（ CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ ROM）、定時(shí) /計(jì) 數(shù)器、和各種輸入 /輸出（ I/O）接口等。它們之間相互連接，構(gòu)成一個(gè)完整的單片機(jī)。 89C51 單片機(jī)采用 40 引腳的雙列直插封裝（ DIP 方式），在單片機(jī)的 40 條引腳中有 2 條專用于主電源的引腳， 2 條外接晶體振蕩的引腳， 4 條控恒壓供水系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì) 9 制與其它電源復(fù)用的引腳， 32 條輸入 /輸出（ I/O）引腳。 AT89C51 單片機(jī)是一種低功耗高性能的 COMS8 位微控制器，內(nèi)置 4KB 的可反復(fù)擦寫的程序存儲(chǔ)器（ PEPROM） 。 和 128 字節(jié)的存取數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 該器件采用Atmel 公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集兼容。片內(nèi) 含有 8 位中央處理器和閃爍存儲(chǔ)單元，有較強(qiáng)的功能的 AT89C51 單片機(jī)能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中 。 AT89C51 提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)： 4K 字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 32 個(gè) I/O 口， 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 1 個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)， 1 個(gè)串行通信口，片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。另外， AT89C51 還可以進(jìn)行 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠 允許隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件的工作直到下一個(gè)復(fù)位。 其芯片引腳如圖 3－ 5 所示： 圖 35 單片機(jī)芯片封裝引腳 RST: 復(fù)位輸入信號(hào)端 ，高電平有效。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳輸入最少兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將使單片機(jī)復(fù)位，復(fù)位后單片機(jī)將從程序計(jì)數(shù)器PC=0000H 地址開(kāi)始執(zhí)行程序。對(duì) HMOS 工藝的單片機(jī)此引腳還有備用電源 VPD功能。該引腳接上備用電源，在 VCC 掉電期間?？梢员３制瑑?nèi) RAM 的數(shù)據(jù)不丟失的。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 10 ALE：地址鎖存控制信號(hào)（ ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 脈沖將會(huì)跳過(guò)。 PSEN : 外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（ PSEN ）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) AT89S52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN 將不被激活。 EA /VPP: 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令， EA 必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏 極 開(kāi)路雙向 I/O 口，每 個(gè) 腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn) 行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收 。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “ 1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “ 1” 后 ，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流這是由于上拉的緣故。 在單片機(jī)中，這 8 個(gè)引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口，作為第一功能使用時(shí)，就是普通的 I/O 端口，值得強(qiáng)調(diào)的是，每一條引腳都可以獨(dú)立定義第一功能的輸入輸出或第二個(gè)功能。其第二功能如表 3－ 1 所示： 恒壓供水系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì) 11 表 3－ 1 P3 口的第二功能說(shuō)明 口線 引腳 第二功能 10 RXD（串行輸入口） 11 TXD（串行輸出口） 12 INT0（外部中斷 0） 13 INT1（外部中斷 1） 14 T0（定時(shí)器 0外部輸入） 15 T1（定時(shí)器 1外部輸入） 16 WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖） 17 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖） 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換 器 和 ADC0809 結(jié)構(gòu) 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 的 轉(zhuǎn)換原理及主要技術(shù)指標(biāo) A/D 轉(zhuǎn)換器是一種能把輸入模擬電壓變成與它成正比的數(shù)字量的器件，即能把被控對(duì)象 的各種模擬信息轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信息。 A/D 轉(zhuǎn)換器的種類很多，例如：計(jì)數(shù)器式 A/D 轉(zhuǎn)換器、雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器、并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器。 一般來(lái)說(shuō)，計(jì)數(shù)器式 A/D 轉(zhuǎn)換器、但轉(zhuǎn)換速度也很慢，所以很少采用；雙積分式A/D 轉(zhuǎn)換器抗干擾能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換精度高，但轉(zhuǎn)換速度也很高，但轉(zhuǎn)換速度不夠理想，常應(yīng)用于數(shù)字式測(cè)量?jī)x表中；計(jì)算機(jī)中廣泛采用逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器作為 A/D 轉(zhuǎn)換接口電路，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)不太復(fù)雜，轉(zhuǎn)換速度也高；并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器的 轉(zhuǎn)換速度最快，但因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜而造價(jià)很高，故只用于轉(zhuǎn)換速度極高的場(chǎng)合。 1） 分辨率 分辨率是指轉(zhuǎn)換器所能分辨的被測(cè)量的最小值。對(duì) ADC 來(lái)講，分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需 要輸入模擬電壓的最小變化量。如果數(shù)字量的位數(shù)為 n，分辨率就等于 1/2n 滿刻度值。 2） 轉(zhuǎn)換速度 轉(zhuǎn)換速度是指完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間的倒數(shù)，是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。ADC 型號(hào)不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。一般情況下， 8 位 ADC 的轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μ s 左右。 3）轉(zhuǎn)換精度 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度由模擬誤差和數(shù)字誤差組成。模擬誤差是比較器、解碼網(wǎng)絡(luò)中的電阻值以及基準(zhǔn)電壓波動(dòng)等引起的誤差。數(shù)字誤差主要包括丟碼誤差和量化誤差，前者屬于非固定誤差，由器件質(zhì)量確定，后者和 A/D 轉(zhuǎn)換器數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)，位數(shù)越多，誤差越小。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 12 簡(jiǎn)單介紹 ADC0809 結(jié)構(gòu) 8 路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有 8 路模擬選通開(kāi)關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存 譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)間 100us 為左右。 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖 33 所示。 圖 36 ADC0809 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖中多路開(kāi)關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì) A、 B、C 3 個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直 接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表 32 為通道選擇表。 表 32 通道選擇表 C B A 被選擇通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 ADC0809 芯片為 28 引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見(jiàn)圖 333。對(duì) ADC0809主要信號(hào)引腳的功