智能压力变送器设计

摘要

传感器在工业生产中起着重要的作用，随着工业的发展，人们对于传感器的精度和用户体验等方面有着越来越高的要求，相应的仪器仪表在工业生产中也有着越来越重要的地位。压力，作为工业生产过程中重要参数之一，实现对其精确的检测和控制是保证生产过程运行和设备安全必不可少的条件。

这个课程设计是以AT89C51单片机为核心的智能压力变送器。通过压力传感器对工业现场的压力信号进行采集，通过全桥测量电路，三运算放大电路，进过AD0809转换器转换成数字信号送往单片机AT89C51进行处理，再经过DA0832装换成模拟信号，输出4~20mA的标准电压信号，由LED液晶显示屏显示所测得压力值。人机交互采用独立式键盘，键盘设置“+”，“-”和“、”三个按键分别用来设置上限值、下限值和锁存上限值和下限值，并设置报警电路，当输出超过上限值或下限值后自动报警提醒工作人员。

关键词压力变送器智能化

目录

摘要................................................. I 1 绪论.. (1)

1.1压力变送器背景和应用简介 (1)

2 系统总体设计 (2)

2.1 系统设计要求 (2)

2.2 总体设计方案 (2)

3 智能压力变送器的硬件设计 (4)

3.1 压力传感器 (4)

3.1.1 压力传感器的选择 (4)

3.1.2压阻式压力传感器的结构组成 (4)

3.2 电阻信号的测量桥路 (5)

3.2.1 测量电路的工作原理 (5)

3.3 信号放大电路 (6)

3.3.1 放大器的选择 (6)

3.3.2 三运放差分放大电路 (6)

3.4 A/D转换模块 (7)

3.4.1 ADC0809与单片机连接 (7)

3.5 单片机 (8)

3.5.1 AT89C51单片机简介 (8)

3.5.2 单片机复位电路与自激振荡电路 (9)

3.6 键盘接口输入 (9)

3.6.1键盘分类简介及选择 (9)

3.6.2键盘抖动及消除 (10)

3.7 LED显示接口电路 (11)

3.7.1 LED数码管静态显示接口电路 (11)

3.8 D/A转换模拟输出及信号放大 (12)

3.8.1 DAC0832简介 (12)

3.8.2 D/A转换输出与放大电路 (12)

3.9 报警电路 (13)

4 智能压力变送器软件设计 (14)

4.1 A/D转换器软件设计 (14)

4.2 单片机与键盘接口程序设计 (15)

4.3 LED数码管静态显示程序设计 (16)

4.5 智能压力变送器程序设计 (18)

总结和体会 (19)

参考文献 (20)

附录 (21)

1 绪论

1.1压力变送器背景和应用简介

压力传感器作为工业活动中最为常见的传感器之一，其广泛运用于交通运输、石油化工、军事工业等各种工业自动控制的领域中。压力变送器的工作原理是将压力信号转变成某种可测量的电信号，如日常生活中常见的应变式压力传感器，其工作原理是通过施加压力使弹性元件变形从而产生电阻的变化，通过测量电阻的变化量，利用一定的标度变换，从而得出压力的大小。

在日常生活和工业生产中，人们可利用监测压力的变化和实现对压力的控制进行多种生产活动。例如，在地理环境中海拔高度可以通过测量大气压力的变化来获得；在化工厂中，利用压力参数来判断化学反应的过程；在气象预测中，测量大气压力可以判断阴雨天气状况。因此，压力变送器的设计拥有广阔的市场前景。自上世纪80年代，基于微处理器的智能压力传感器能比较精确和快速的测量，特别是对动态压力的测量，实现多点信号转换、长距变送、与计算机实时信息交换处理等，因而在农业、工业、国防、科技等领域获得了迅速发展和广泛运用。世界上多个国家一直把传感器技术的发展视为现代科技提升的关键。因为只有好的传感器技术，才能实现对工业过程更完美和智能的控制，从而得以大幅度提升科技水平乃至综合国力。美国、日本、欧洲等国的传感器技术一直在引领着世界潮流，我国对智能传感器的研究最近几十年来虽然取得了很大成就，但由于起步较晚，缺乏对该方面的高精尖人才，因此与世界顶尖水平还有不小的差距，因此，要想实现我国科学技术的长足发展，传感器技术必须要有质的突破。

2 系统总体设计

2.1 系统设计要求

该系统要求能够满足以下几点设计要求：

（1）可测范围：0～1MPa—2.5MPa（表压），且量程可选；

（2）显示：3位数码显示（2.50MPa），4～20mADC输出；

（3）附加要求：上、下限报警；

（4）测量精度：±1%。

2.2 总体设计方案

为了实现更高精度的测量，获得更加智能的人机交互，本次设计为基于单片机的智能压力测量系统。该智能压力变送器基本原理是通过压力传感器把压力信号转换成电压信号，该电压信号经放大后，送至模/数转换电路，将其转换为数字信号以便单片机处理，最后由LED数码管进行显示，并以工业生产中标准的4-20mA的电流信号输出。在测量的过程中可以人为地通过独立键盘进行设置测量的上下限，当输入的压力超出上下限时，蜂鸣器启动报警。

该智能压力变送器，选用的的单片机为常见的AT89C51单片机，将压力经过压力传感器变为电信号，在三运放差分放大电路下，对电压信号进行放大，通过A/D转换器将电压信号转换为单片机可以处理的数字量。在该系统中，用于电压信号采样的A/D转换器为ADC0809。ADC0809是8位分辨率的CMOS型逐次逼近式A/D转换器，它可实现8路多路模拟开关以及与单片机直接相连。转换输出的数字量最高分辨可达256级，可以适应一般单片机应用系统的模拟量转换要求，同时也满足本设计的精度测量需要：±1%。为了提高单片机系统I/O口线的利用效率，设计采用了74LS164进行数据移位至数码管显示。74LS164是CMOS型8 位边沿触发式移位寄存器，可以实现串行输入数据，然