【正文】 換后的數(shù)字信號經單片機處理后送顯示器顯示。 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 6 第 3章 硬件設計 傳感器的 設計 電阻應變式傳感器的組成及原理 電阻應變式傳感器由電阻應變計、彈性體和測量電路三部分組成 [4]。 彈性體 在外載荷作用下產生應變時，通過粘接劑傳遞給電阻 應變計，引起電阻值改變，其結果使電橋產生不平衡輸出，此輸出與外載荷成正比 。 圖 31 應變式傳感器安裝示意圖 在制作過程中，由于 有些電阻應變計本身就存在誤差，產生誤差的因素很多，在測量時我們一定要特別注意，尤其以溫度的影響最重要，環(huán)境溫度影響電阻值變化的原因主要是： ① 應變計敏感絲柵電阻 溫度系數(shù) ； ② 應變計絲 柵 的線膨脹系數(shù) 與彈性體 的 線膨脹系數(shù) 不 一致 [6]。 對 于因溫度變化對 橋路 零點輸出 及 靈敏度的影響，即使采用同一批應變 計 ，也會因應變 計 之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對要求精度較高的傳感器，必須進行溫度補償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當溫度系數(shù)的自動補償片，并從外部對它加以適當?shù)难a償。產生非線性誤差的原因很多，一般來說主要是由結構設計決定，通過線性補償，也可得到改善 [7]。由于粘合劑為高分子材料， 其特性隨溫度變化較大，所以稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內使用。 應變 計 初始化阻值是 R1＝ R2＝ R3＝ R4，當其變化值 ΔR1＝ ΔR2＝ ΔR3＝ ΔR4 時，其橋路輸出電壓 Uout＝ KEε。 圖 32 全橋電路原理圖 常規(guī)的電阻應變 計 K 值很小，約為 2，機械應變度 約為 —，所以，電阻應變片的電阻變化范圍為 ~ 歐姆。 橋式測量電路有四個 橋臂 ，其中任何一個都可以是電阻應變 計 ，電橋的一個對角線接入工作電壓 Ui，另一個對角線為輸出電壓 Uo，如圖 32 所示 。 為了保證測量的準確性，在實測之 間應使電橋平衡，這樣輸出電壓只與應變寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 8 計感受應變所引起的電阻變化有關。 A/D 轉換 系統(tǒng)的電路設計 本設計采用 ADC0809 作為 A/D 轉換器件，它 是采樣分辨率為 8 位的、微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。 它是逐次逼近式 A/D 轉換器，可以和單片機直接接口。多路開關可選通 8 個模擬通道，允許8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉換器進行轉換。 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 9 ADC0809 芯片的 外部結構 ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 34 所示。當 A/D 轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量； CLK：時鐘脈沖輸入端。 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 10 ADC0809 芯片的使用說明 使用時， 首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復位。直到 A/D 轉換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A/D 轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。 模數(shù)轉換電路的設計 為了調試方便，在設計中加入了電位器，當 ADC0809 正常工作時，再接入傳感器進行調試。ADC0809 芯片的 8 位數(shù)字量輸出端直接接單片機的 P1 口，選用通道 0 作為 模擬 量輸入端，則需將 A、 B、 C 接低電平，電路原理圖如圖 35 所示 。 AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 8k bytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 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 生產，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強大的 AT89C52 單片機可提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合 [9]。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本 [10]。 本設計選取的 AT89C52P 采用的是 PDIP 封裝。功能包括對會聚主 IC 內部寄存器、數(shù)據(jù) RAM 及外部接口等功能部件的初始化，會聚調整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號 IR 的接收解碼及與主板 CPU 通信等。作為輸出口用時，每位以吸收電流的方式驅動 8 個 TTL邏輯門電路，對端口 P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻 [11]。對端口寫 “1”，通過內部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 P2 口： P2 口 是一個帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 Flash 編程或校驗時， P2 亦接收高位地址和一些控制信號。 P3 口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。此時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。當振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。對 Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ALE 禁止位無效。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器 ， EA 端 必須保持低電平（接地）。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。 XTAL1： 振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 單片機控制電路的設計 在本次設計中， CPU控制系統(tǒng)的設計如 圖 37 所示： 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 14 圖 37 CPU 電路的設計原理圖 包含 了復位電路、振蕩電路， P0 口作為 LCD1602 的數(shù)據(jù)端， P1 口作為 A/D轉換后的信號輸入端， P2 口作為報警電路、鍵盤電路及 LCD1602 的控制接口。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經被廣泛應用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、 PDA 移動通信工具等眾多領域。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。 本設計采用的是字符式。這樣一來就 組成某個字符。 LCD1602 的結構及引腳功能 LCD1602 的結構如下圖所示： 圖 38 LCD1602 的結構圖 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生 “鬼影 ”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 16 第 6 腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 15 腳：背光源正極。 報警電路的設計 本設計采用蜂鳴器作為報警器，從而實現(xiàn)閾值報警功能。 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 17 圖 39 報警電路原理圖 第 4章 軟件設計 主程 序的設計 主程序設計的流程如下圖所示，開機后先對 LCD1602 進行初始化，并顯示單價及上限閾值，接下去則循環(huán)采集 AD 數(shù)據(jù)及鍵盤程序。 ADC0809 初始化后，就具有了將某一通道輸入的 0～ 5V模擬信號轉換成對應的數(shù)字量 0x00~0xff，然后再存入指定 緩 沖 單元中。本設計采用的是延時等待方式，具體程序流程圖如圖 42 所示。主要用來調整輸入值系數(shù)，使輸出滿足量程要求。 在硬件調試過程中重量與電壓的關系如表一所示： 表 41 重量與電壓的關系表 質量 /g 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200