51單片機在智能壓力傳感器設計中的應用

在現(xiàn)代科技領域中，傳感器技術的地位越來越重要。本文主要論述了51單片機在智能壓力傳感器設計中的應用，以及對其發(fā)展的影響。研究的重點是智能壓力傳感器本身的穩(wěn)定性，結合51單片機和壓力傳感器，對壓力感器本身抗干擾能力有了改善的作用，也對壓力傳感器的智能化和標準化有了促進作用。

　　引言

　　對目前所有兼容lntel 8031指令系統(tǒng)的單片機，統(tǒng)l稱為51單片機。控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設計思想和設計方法，因51單片機的應用從根本上得到了改變。現(xiàn)在正在用單片機通過軟件的方法，來實現(xiàn)采用硬件電路實現(xiàn)的大部分控制功能，智能化的數(shù)字計算控制、模糊控制和自適應控制可通過單片機來實現(xiàn)，從而改變自動控制中的PID調節(jié)。壓力傳感器，英文名稱是pressure transducer，它是指能感受壓力，并能將其轉換成可用輸出信號的傳感器

　　1 智能壓力傳感器的特點

　　(1)測量范圍和功能都得到了擴展，符合參數(shù)的測量及各種不同要求的測量都可以實現(xiàn)。

　　(2)靈敏度和測量精度得到了提高，微弱信號測量，各種校正和補償都可以進行，也可以存取測量數(shù)據(jù)。

　　(3)測量的穩(wěn)定性和可能性得到提高，并不受外界干擾，對測量有選擇性地進行，智能壓力傳感器高性能化。

　　(4)能夠自我診斷，對故障部位能準確鎖定，故障狀態(tài)迅速識別。也能實現(xiàn)用硬件不能實現(xiàn)的功能。

　　(5)輸出形式和數(shù)字通信接口等很多，具有多樣性。

　　智能壓力傳感器或是壓力傳感器智能化，是都具有檢測和信息處理功能的傳感器。

　　2 智能壓力傳感器的采集和處理數(shù)據(jù)功能

　　對壓力傳感器輸出信號進行預處理，這是壓力傳感器智能化之前必須要做的。由于具有種類繁多的被檢測信號，輸出信號也有模擬量、數(shù)字量和開關量等，MD轉換的輸入量并不是只由壓力傳感器輸出壓力傳感器輸出信號組成的，還必須要對電路將傳感器輸出信號轉換成統(tǒng)一的電壓信號或周期信號進行預處理。

　　(1)采集數(shù)據(jù)。壓力傳感器信號經(jīng)過與處理成為A/D變換器所需要的點模擬信號，依賴于模擬轉換器(MD)的模擬典雅的數(shù)字化將輸入信號變換為數(shù)字信號，這些變化通過采樣、量化和編碼獲得。

　　(2)數(shù)據(jù)處理。A/D轉換器轉換壓力傳感器的數(shù)據(jù)輸出信號，要根據(jù)需要加工處理所獲得的數(shù)字信號，如標度變換、非線性補償、溫度補償和數(shù)字濾波等這些軟件處理，否則是不能直接輸入微處理機供應用程序使用。

　　以下幾方面都是數(shù)據(jù)處理的內容：① 收集數(shù)據(jù)，對所需要的信息匯總;②轉換數(shù)據(jù)，把所需要的信息轉換成適用于微處理機使用的方式：③ 分組數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)有效分組，這種分組是按有關信息進行的;④ 組織數(shù)據(jù)，為了便于處理和對誤差進行修正，要對數(shù)據(jù)進行整理或是用其它方法安排;⑤ 計算數(shù)據(jù)，為得到進一步的信息，要對數(shù)據(jù)進行各種算術和邏輯運算;⑥存儲數(shù)據(jù)，對原始數(shù)據(jù)和計算結果要保存好，以便以后使用;⑦搜索數(shù)據(jù)。將結果通過提供有用格式的信息，按用戶的要求輸出。

　　3 以51單片機為核心智能壓力傳感器的設計

　　總體結構設計、敏感元件設計、傳感器工藝設計和軟件設計等是智能壓力傳感器設計的主要過程，是根據(jù)對智能壓力傳感器提出的技術指標進行設計的。本篇文章作者從對智能壓力傳感器的總體結構設計和軟件設計這兩方面作了介紹。

　　(1)總體結構設計。半導體敏元件、放大器、轉換開關、雙積分A/D轉換器、單片機、接口電路、IEEE～488標準接口、存儲器以及部分外圍電路組合在一起形成了智能壓力傳感器。

　　(2)軟件設計?？刂瞥绦?、數(shù)據(jù)處理程序和輔助程序是以51單片機為核心智能壓力傳感器軟件構成的三個方面。

　　圖1 硅壓力傳感器的電路圖功能多是智能壓力傳感器的重要特點，可采用兩種方式執(zhí)行：

　?、偎x功能的指令由用戶通過鍵盤發(fā)出;② 自動式，已編制好的數(shù)據(jù)采集與處理程序工作由內部功能控制程序協(xié)調，或者外部信號的接收通過IEEE--488總線進行，控制指令由智能壓力傳感器發(fā)出，再通過自校、跟蹤、越限報警、輸出打印、鍵盤、顯示、A/D轉換等電路和接1=I，從而保證智能壓力傳感器有序進行工作。

　　根據(jù)圖2的源程序流程圖可設計：安裝好智能壓力傳感器一進行標定一將信號轉換成數(shù)字碼一存人E.PROM中一理想輸出。如圖3所示。

　　圖2以51單片機為核心的智能壓力傳感器組成框圖

　　圖3 智能傳感器源程序流程圖

　　通過對集成電路和傳感器的封接技術的利用，帶有感溫二極管的硅力敏元件與單片機、A/D轉換器、接口電路等可由智能壓力傳感器部分混合集成和連接在一起，能自動修正和補償測試輸出的信號，程控、運算和處理等功能整個系統(tǒng)中都存在，在環(huán)境溫度變化的場合都能長期穩(wěn)定。

　　圖4 智能壓力傳感器修正、顯示流程圖

　　4 結論

　　智能壓力傳感器廣泛應用于電子稱或商務測量等領域，它能精確地測量各種數(shù)值，是一種檢測壓力的智能儀器。為了使系統(tǒng)能直接顯示出壓力，智能化的完善可通過鍵盤控制，這就是本文設計的目的。