智能压力传感器的设计
智能压力传感器系统设计
智能压力传感器系统设计摘要:智能压力传感器相对于传统的实验室压力测试虽然不够精准，但获得压力数据的便利性却远超实验室压力测试，而在精确程度上却又比传统压力传感器更胜一筹，因为所有的压感数据都会在传感器内部进行预处理，所以才能被称之为“智能”。
通过对智能传感器系统的设计思路、应用场景以及具体的技术路线进行研究，就能够更好地把握智能压力传感器系统的设计关键以及注意事项，更好地为各领域设计出能够满足其测压要求的智能压力传感器系统。
关键词: 智能; 压力测试; 传感器系统传感器是一种对客观事物物理特性变化进行测试与监控的设备，一旦接收到监控对象的物理特性出现变化，就会将这种变化以数据形式记录下来，并输出到其他设备上，实现人机交互与直观显示，帮助人类做出下一步处置。
由于传感器是所有测试与监控系统的最前端，所以系统的稳定性与传感器的稳定性息息相关。
但无论是温度、湿度、电磁波动等，都会影响传感器的精准性、可靠性，所以非线性输出的传感器，往往也缺乏应有的检测精度。
1.智能传感器系统的设计思路对于传感器系统来说，传感器模组始终处于最前端，所以只有确保传感器模组的元件足够灵敏、精确，才能够保障整个系统最后检测结果足够精准[1]。
从目前情况来看，同时能够应用在多个压力检测场景下的传感器模组，往往需要具备占地体积不大、相对精准且灵敏，而且需要有比较高的稳定程度，而恰恰是因为固态压阻式压力传感器同时具备这些优势，所以才会被长期应用在液压、气压等工况较为严苛的环境中。
对于固态压阻式压力传感器来说，最关键的模组元件就是硅膜片以及硅环，膜片被环固定后，会在两边形成一个高压腔与一个低压腔，而两个腔体的压力差就会导致膜片变形、改变电阻阻值后，让电桥失衡输出响应的电压电流，从而经过换算后得到膜片上感受到的压力差[2]。
2.智能压力传感器的应用2.1压力监控在工业化生产当中的很多场景，都需要应用压力传感器实现对压力的监控，比如航天航空事业就需要随时监控舱内的气压变化，而汽车制造业也会通过压力传感器来监控车胎气压、发动机油压以及中冷回路的水压等等[3]。
智能压力传感器系统设计
智能压力传感器系统设计随着现代化工业的不断发展，传统的压力传感器已经无法满足现代化工业生产的要求。
新一代传感器既需要具备传感功能和运算功能，也需要能与其他设备一起共同组成实时监测系统，通过分布式信息处理技术充分发挥传感器性能，在监测生产环境数据的同时对采集的信息进行处理并将数据传输到监控后台，保障工业生产过程的可靠进行。
因此，智能压力传感器系统具备上述优势，广泛应用于工业生产电子设备中。
目前，智能压力传感系统正不断通过完善配套智能化驱动，针对传感器进行各类修正、自动校准等处理，使传感器具有更高的智能化。
1 传感器工艺过程压力传感器由于功能和原理不同因而传感器种类较多，其中智能式压力传感器是基于电子压阻效应以及微电子技术制造而成，通过智能化驱动软件对传感器采集数据进行自动修正、自动校准等数据传输到后台监控系统。
智能压力传感器不仅具有良好的数据采集性能，同时灵敏度较高、自动化程度较高。
因此，智能压力传感器被广泛应用于现代化工业生产之中，是一种新型物理传感器。
智能压力传感器由于输出信号无法作为A/D信号转换器的输入量，所以在采集数据前会通过传感器智能驱动软件对输出信号进行信号预处理，将输出模拟量、输出数字量、输出开关量信号统一转换成电压信号。
采集后的数据经过预处理后输出电压信号并通过模拟转化器转化为数字信号。
转化后的数字信号由于无法直接被计算机接受、处理，因此转化后的数字信号通过后续智能化软件进行修正、补偿处理后经过计算机进行处理并通過智能网络进行传输。
2 智能压力传感器系统结构设计智能传感器与传统压力传感器相比，由于能够将传感元件与微型电子元件进行集成，具有良好的数据采集性能、信号处理能力并能对信号进行预处理、修正、自检、计算等功能。
智能压力传感器的结构图如图1所示，其中微型机是智能压力传感器的核心，它将对压力传感器采集的信号进行信息处理与软件校正。
传感器采集被测数据通过预处理后将模拟信号转化成数字信号，由微型机处理后经过D/A转化驱动电路将数字信号转化为模拟信号，最后将数据进行传输和记录。
单片机的智能压力传感器毕业设计(完整版)
单片机的智能压力传感器毕业设计（完整版）(文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用,可编辑欢迎下载）51单片机的智能压力传感器毕业设计毕业任务书一、题目智能压力传感器系统设计二、指导思想和目的要求1. 培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能，提高解决实际问题的能力，从而达到巩固、深化所学的知识与技能；2. 培养学生建立正确的科学思想，培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风；3. 培养学生调查研究，收集资料，熟悉有关技术文件，锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力。
三、主要技术指标1. 培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能，提高解决实际问题的能力，从而达到巩固、深化所学的知识与技能；2. 培养学生建立正确的科学思想，培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风；3. 培养学生调查研究，收集资料，熟悉有关技术文件，锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力。
三、主要技术指标本设计主要设计一个智能压力传感器的设计，要求如下：被测介质：气体、液体及蒸气量程： Pa～pa综合精度：±0.25%FS供电： 24V Dc（12～36VDC）介质温度：-20～150环境温度：-20～85过载能力： 150%FS响应时间：≤10mS 稳定性：≤±0.15%FS/年? 能实时显示目标压力值和保存参数，并能和上位机进行通信，并具有较强的抗干扰能力。
所需要完成的工作：1.系统地掌握控制器的开发设计过程，相关的电子技术和传感器技术等，进行设计任务和功能的描述；2.进行系统设计方案的论证和总体设计；3.从全局考虑完成硬件和软件资源分配和规划，分别进行系统的硬件设计和软件设计；4.进行硬件调试，软件调试和软硬件的联调；5. 查阅到15篇以上与题目相关的文献，按要求格式独立撰写不少于15000字的设计说明书及1.5万（或翻译成中文后至少在3000字以上）字符以上的英文翻译。
【全文】智能传感器PPT课件 (1)
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10.1
智能传感器及无线传感器网络
第10章 1) 研究与开发传感器的自由度大。 (2) 精度高。 (3) 具有一定的可编程自动化能力。 (4) 输出形式多。 (5) 功能价格比大。
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10.1
智能传感器及无线传感器网络
第10章 智能传感器
• 近几年发展起来的无线传感器网络是智能传感器 的又一深层次研究，是又一个新的飞跃。
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10.3
智能传感器的结构框图
第10章 智能传感器
10.3.1 μP主机模板
• 因此，在智能传感器设计时，应参照如下原则来选择 μP。
• (1) 根据任务选机型。
• 根据所研制的智能传感器是用于数据处理完成某些测 量任务，还是用于某种系统控制，对于不同的任务， 应选择不同的机型。
23
10.3
智能传感器的结构框图
24
10.3
智能传感器的结构框图
10.3.2 模拟量输入模板
第10章 智能传感器
• 传感器的输出一般为毫伏数量级模拟量。要满足A ／D转换电路的要求，还必须经过模拟量输入模板 上有关电路的放大、处理，再经A／D转换电路传 输到主机板上。
25
10.3
智能传感器的结构框图
10.3.3 IEEE-488标准总线模板
3
第10章 智能传感器
• 迅速发展的微处理机技术推动和影响着其他技术
10.1
领智域能的传变感革器。及把无微线处传理感机器技网术络引入传感器，可以
使传感器实现过去实现不了的功能，具有智能本
领，这就是新一代的传感器——智能传感器
(Intelligent Sensor或Smart Sensor)。
• “Intelligent Sensor”是英国人对智能传感器 的称谓，而“Smart Sensor”是美国人对智能传 感器的俗称。
智能压力传感器的研究与开发定稿
智能压力传感器的研究与开发摘要为了提高压力传感器的精度，解决功能单一的问题设计了一种新型的智能压力传感器。
该压力传感器以MSP430单片机为控制核心，通过A/D转换接口实现对压力传感器的温度和压力信号的采集，利用BP网络算法实现了对采集信号的数据拟合，利用LED显示，利用RS485串口通讯实现数据交换及压力值输出，完成功能要求。
详细叙述了压力传感器的温度补偿方法，重点讨论了人工神经网络中的BP网络算法。
BP网络算法主要包括BP网络的结构，基于MATLAB神经网络工具箱的BP网络仿真。
根据BP网络的数据连接关系实现了BP网络的C语言表示，根据BP网络的权值、阈值由数组连接实现了向MSP430单片机的程序移植，完成信号的控制。
提出了基于遗传模拟退火BP网络算法的压力传感器温度补偿系统。
设计了压力传感器的硬件电路。
利用MPM280压力传感器测量压力，通过放大器实现温度和压力信号的放大，利用MSP430自带A/D转换的12位MSP430单片机实现信号处理，通过RS485实现输出，设计了显示功能，设计了丰富的电源电路，并且通过相应的电压转换芯片实现对各个模块的不同电压供电。
实现了压力传感器的软件设计，在MSP430编译软件IAR上利用C语言实现了初始化子程序，温度和压力A/D采样程序，BP网络信号处理子程序，显示子程序和RS485通讯子程序。
设计了基于MATLAB GUI的串行通讯压力传感器标定软件，在GUI上实现了对单片机的信号采集，BP网络训练以及对单片机的串行通信实现的在线标定的功能。
研究设计的智能压力传感器具有体积小、精度高，并实现了基于MATLAB的BP网络在线标定。
通过仿真对软、硬件进行了充分的调试，效果良好，在工业现场已经应用实现，在众多压力测控系统中有着广阔的应用前景。
关键词：压力传感器，MSP430单片机，温度补偿，BP网络算法RESEARCH AND DEVELOPMENT OF SMART PRESSURE SENSORABSTRACTA new type of smart pressure sensor is designed for the problem of pressure sensor's output low precision and single function.The pressure sensor takes the MSP430 MCU as control core, and temperature and pressure signal gathering is realized through A/D converter interface and the data fitting of the collected signals is realized by BP network algorithm, and the functional requirements are completed with the use of LED display, with the use of RS485 serial communication for data exchange and the pressure value output.This paper describes a pressure sensor temperature compensation method, focused on the artificial neural network BP network algorithm. BP network algorithm includes BP network structure, based on MATLAB neural network toolbox of the BP network emulation. The BP network is expressed by C language according to BP network data connection relations, as well as the BP network to the MSP430 microcontroller program transplantation according to BP network weights, the threshold achieved by the array of connections. And the genetic simulated annealing algorithm for BP network pressure sensor’s temperature compensation system is proposed.The circuit of this pressure sensor is designed, using MPM280 pressure sensors to measure pressure, using amplifier to deals with temperature and pressure, using A/D conversion of 12-bit MSP430 microcontroller for signal processing, achieved output through the RS485, display is designed, the design of power supply circuit is enough, and through the corresponding voltage conversion chip for each module of the different voltage supply.To achieve a pressure sensor-based software design, software, IAR's MSP430 compiler to use C language to achieve the initialization subroutine, temperature and pressure of A/D sampling procedures, BP network signal processing routines, display routines, and RS485 communications subroutines, designed based on MATLAB GUI for serial communication pressure sensor calibration software, in the GUI to achieve signal acquisition of MCU, BPnetwork training and the microcontroller serial communication to achieve on-line calibration function.The research design of smart pressure sensor system has the characteristics of small siz e、low cost、reliability、fast response and high degree of intelligence , and the online calibration of BP network in MATLAB is realized.A full debugging for the hardware and software is achieved through simulation,and has a good effect.The application in the industrial field has been achieved,and in many pressure measurement and control system has broad application prospects.KEY WORDS：Pressure sensor, MSP430 microcontroller, temperature compensation, BP network algorithm目录1 绪论1.1 传感器相关介绍信息革命的两大重要支柱是信息的采集与处理，信息采集的关键是传感器，传感器技术[1,2]已经成为现代信息技术的重要支柱之一，在当代科学技术领域有着重要的地位。
压力传感器特性测量实验的智能化设计
压力传感器特性测量实验的智能化设计贺长伟;刘增良;王宝林;刘桂媛【摘要】The original experimental instrument for measuring the pressure transducer s characteristicshave some problems,such as lowaccuracy,complexity and poor description.Based onsingle chipmicrocomputer and computer analysis, a system for measuring the characteristics of pressuretransducer is designed.The main circuit consists of precision instrument amplifier AD620,ADC0809,MCS51 SCM and MAX232 etc.By collecting the voltage of non balanced electric bridge andanalyzing the data by computer,characteristic results such as sensitivity,linearity and hysteresis errorwill show up in the computer interface which is compiled by VB.Results show that the system cangive higher accuracy and more intuitive characteristic curve.%针对大学物理实验中的压力传感器特性测量实验存在测量精确度低、计算复杂、特性描述差等问题，文章基于单片机控制与计算机分析相结合的方案，设计了压力传感器特性测量实验系统。
智能压力传感器的研究与设计
智能压力传感器的研究与设计摘要：智能压力传感器是一种能够准确测量和监测物体施加压力的设备，具有广泛的应用前景。
本文主要介绍了智能压力传感器的研究与设计，包括传感器工作原理、传感器结构设计、传感器信号处理和应用领域等方面的内容。
关键词：智能压力传感器、工作原理、结构设计、信号处理、应用领域1.引言2.传感器工作原理智能压力传感器的工作原理主要分为电阻式和电容式两种。
电阻式压力传感器是通过塑料薄膜或金属薄膜形成的压阻式变送器，当外界物体施加压力时，薄膜会变形，从而改变电阻值，进而测量压力。
电容式压力传感器则是通过感应电容来测量压力，当外界物体施加压力时，电容的介质会发生变化，从而改变电容值，进而测量压力。
3.传感器结构设计智能压力传感器的结构设计直接影响其测量精度和可靠性。
传感器的结构包括感应部分、传感元件和信号处理电路。
感应部分是接触外界物体的部分，一般由金属或塑料材料制成。
传感元件是将外界压力转换为电信号的部分，可以是压阻式或电容式的传感器。
信号处理电路是对传感器输出信号进行放大、滤波和转换的部分，可以采用模拟电路和数字电路等。
4.传感器信号处理智能压力传感器的信号处理主要包括信号放大、滤波和转换等过程。
信号放大是将传感器输出的微弱信号放大到适合测量范围的电压或电流信号。
信号滤波是对放大的信号进行滤波处理，去除杂散信号和噪声。
信号转换是将模拟信号转换为数字信号，方便后续的存储、处理和显示。
5.应用领域智能压力传感器广泛应用于工业自动化、医疗仪器、机械设备、航空航天等领域。
在工业自动化中，智能压力传感器可以用于测量工业设备中的液体或气体压力，实现对生产过程的监测和控制。
在医疗仪器中，智能压力传感器可以用于测量人体血压、呼吸压力等生理参数，辅助医疗诊断和治疗。
在航空航天中，智能压力传感器可以用于测量飞机机舱压力、火箭发动机燃烧压力等参数，保障航天器的安全运行。
6.结论智能压力传感器是一种应用广泛、有着重要意义的传感器设备。
智能压力传感器的设计与实现
智能压力传感器的设计与实现近年来，随着技术的不断发展，越来越多的新技术在各个领域得到了应用。
其中一项技术就是智能压力传感器。
智能压力传感器是一种能够感知并测量受力情况的传感器，主要应用于机械工程、机器人、生理学等领域，并且在移动设备、汽车和其他许多领域也得到了广泛应用。
本文将介绍智能压力传感器的设计与实现过程。
一、智能压力传感器的原理智能压力传感器常用的原理是荷负型电桥原理，即利用荷载电池、两个相等电阻和一个测量电阻，将待测压力与测量电阻阻值产生变化的信号进行对比，从而得出压力值。
荷载电池常用的电场分布原理是静电感应，众所周知的是：电容与电场强度有关，当两个导体之间有电场时，导体上都会存在一定的电荷分布，此时导体之间就形成了电容。
当两个导体之间距离缩短时，电容的大小也会随之缩小。
因此，利用荷载电池作为敏感器件，在压力作用下，荷载电池会发生微小的形变和位移，从而改变其电容值和电阻值，随之发生电势差，而这个差值正是所测压力值的大小。
这种原理在机械参数测量、机器人运动控制、工业自动化等领域得到了广泛应用。
二、智能压力传感器的设计过程在设计智能压力传感器时，需要考虑以下几个关键点：1. 传感器的灵敏度、精度和分辨率灵敏度是指压力传感器对待测压力的反应程度，即输出信号随输入信号而变化的程度。
精度是指传感器的输出值与真实值之间的差距，在实际应用中，精度越高的传感器准确度越高。
分辨率是指传感器可分辨的最小压力变化值，分辨率越高，压力检测的精度越高。
2. 传感器的抗干扰能力传感器会受到环境中其它干扰信号的影响，比如振动、温度变化、电磁场等，这些干扰信号会影响到传感器的精度和稳定性，因此需要考虑传感器的抗干扰能力。
3. 传感器的可靠性和稳定性传感器在实际应用中，需要长时间连续工作，因此需要考虑传感器的可靠性和稳定性。
一方面需要考虑传感器的结构设计和材料选用，另一方面需要考虑传感器的电路设计和信号处理算法。
基于以上几个关键点，智能压力传感器的设计过程主要分为三步：1. 传感器结构设计传感器结构设计包括传感器的机械设计和电极结构设计。
压力传感器的原理及其应用电路设计
1.引言汽车传感器是汽车电子化、智能化的基础和关键，而其中使用较多、发展最快的是压力传感器。
汽车压力传感器应用在汽车的很多系统中，如电子检测系统、保安防撞系统等。
其中应用在轮胎气压方面的目的在于最大限度地减少或消除高压爆胎和低压辗胎造成的轮胎早期的损坏，使轮胎经常保持标准气压，延长轮胎的寿命，降低轮胎的消耗，提高经济效益。
有报道说，将微型压力传感器埋置于汽车轮胎中，测量其中气压，以控制对轮胎的充气量，避免过量和不够，由此可节省百分之十的汽油。
2.汽车压力传感器2.1 压力传感器的原理和应用分类传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。
传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需外加辅助电源。
传感器方框图如图1所示。
传感器方框图制造半导体压力传感器的基本原理是利用硅晶体的压阻效应。
单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。
压力传感器所用的元件材料是具有压阻效应的单晶硅、扩散掺杂硅和多晶硅。
根据晶体不受定向应力时，电导率是同性的，只有受定向应力时才表现出各向异性，由于应力能引起能带的变化，能谷能量移动，导致电阻率的变化，于是就有电阻的变化，从而产生压阻效应。
单晶硅效应包括n型和p型硅压阻效应。
选用扩散硅目的在于在设计制造压力传感器时可根据不同温度下硅扩散层的压阻特性选择合适的扩散条件，力求使压力传感器具有良好的性能。
多晶硅在传感器中有广泛的用途，可作为微结构和填充材料、敏感材料。
压力传感器按用途分类主要是压力监视、压力测量和压力控制及转换成其他量的测量。
按供电方式分为压阻型和压电型传感器，前者是被动供电的，需要有外电源。
后者是传感器自身产生电荷，不需要外加电源，根据不同领域对压力测量的精度不同分为低精度和高精度的压力传感器。
2.2 气压传感器1）能和原理：主要是用来检测气压的传感器。
压力传感器设计范文
压力传感器设计范文一、工作原理常见的压力传感器工作原理有电阻式、电容式和压力敏感半导体等。
电阻式传感器通过控制电阻的变化来测量压力，电容式传感器则通过控制电容的变化来实现测量，而压力敏感半导体传感器则是利用半导体材料在受到压力时电阻发生变化这一特性来进行压力测量。
二、测量范围和精确度在设计压力传感器时，首先需要确定需要测量的压力范围。
不同应用场景下，压力范围的要求可能不同，需要根据具体情况选择合适的传感器。
同时，传感器的精确度也是一个重要的考量因素。
传感器的精确度越高，测量结果越可靠，但相应的成本也会增加。
三、可靠性和稳定性传感器的可靠性和稳定性是设计中必须考虑的因素。
传感器在实际应用中可能受到较大的外界干扰，如温度变化、振动和湿度等。
因此，传感器应具备较好的抗干扰能力，并具备长期稳定性，确保测量结果准确可靠。
四、环境适应性不同的应用环境对传感器的要求也会有所不同。
例如，工业领域中常会遇到高温或腐蚀性环境，此时需要选用耐高温或耐腐蚀的材料来保证传感器的稳定性和寿命。
而在一些特殊应用中，如水下测量、高海拔环境等，传感器还需要具备相应的防水和防尘性能。
五、输出信号和接口根据不同的应用需求，压力传感器可以选择合适的输出信号和接口。
常见的输出信号有电压信号、电流信号和数字信号等，而接口可以选择模拟输出或数字输出。
六、可定制性和成本有些应用场景可能需要定制特殊的压力传感器。
因此，压力传感器的设计应具备一定的可定制性，以满足各种不同需求。
同时，成本也是设计中需要考虑的一个因素，需要在满足要求的前提下尽量控制成本，提高传感器的竞争力。
在压力传感器的设计过程中，需要对以上因素进行综合权衡和考虑。
通过合理的设计和选择，可以满足不同应用场景下对压力测量的需求，提高系统的可靠性和稳定性。
基于BP网络的智能压力传感器系统研究与设计
Ｅ ＡＣ １ ９ ；２ ０ Ｅ Ｃ：２ ５ ７ ３
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉ Ｉ １ ０ － ６ ９ ２ １ ． ０ ０ １ ｏ ：０ ３ ６ ／ ．Ｓ Ｉ ０ ４ １９ ． ０ １ １ ． １ Ｓ．
基于 Ｂ Ｐ网络 的智 能压力传感器系统研究 与设计 冰
崔静雅 ， 吕惠 民 程 赛 ，
（ 西安理工大学应用物理系 ， 西安 ７０ ４ ） １０ ８
摘 要 ： ＳＭ ２ １１８ 将 Ｔ ３Ｆ０Ｃ 微处理器与 ￣ ／ Ｓ Ⅱ Ｃ Ｏ 一 操作系统相结合 ， 设计出了一种高精度智能传感器系统 ， 给出了相应的硬件
结构和软件设计 。利用 Ｂ Ｐ神经网络对压力和温度两个 目标参量进行数据融合处理 ， 减小 了两 者相互交叉 干扰敏感度 。实测 结果显示该传感器能满足多任务下 的实时性要求 ， 并具有更 加精 确、 稳定 、 可靠 的性 能。
压 力传 感 器 的工 作 原理 已经基 本 定 型 。 过发 通
现新 的 特 殊 敏 感 材 料 ＿ 来 提 高 性 能 已 经 很 困难 。 ３
提高压力测量 的精度＿ ］但是忽略 了温度测量的 ５ ，
准确 ， 且收敛速度慢 。本智能传感器 系统针对压力 和温度 相互 交 叉 干 扰 的 问题 ． 用 Ｂ 利 Ｐ神 经 网络 的 Ｌｖｎｅ ． ａ ｕｒｔ ｅｅｂｒ Ｍ ｒ ａ 算法提高了网络收敛速率 以及 ｇ ｑ ｄ
ＢＰ ｅ ａ ｅ ｗｏ ｋ，ｗｏ ｔｒ ｅ ａ ａ ｔｒ ， ｒ ｓｕ ｅ ａ ｄ ｔｍｐｅ ａｕ ｅ， ｒ ｄｅ ｄ ｈ ａａ ｃ ｍｂ ｎ ｔｏ ｏ ｒ ｄ ｃ ｎ ｕｒｌｎ ｔ ｒ ｔ ａ ｇ ｔｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｅ ｒ ｔ ｒ ｗｅ ｅ ｍａ ｏ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｉ ａ ｉｎ ｔ ｅ ｕ ｅ
智能化压力传感器的设计开题报告
本科生毕业设计（论文）开题报告题目：智能化压力传感器的设计学院：环境与化学工程学院系化工系专业：测控技术与仪器班级：学号：姓名：指导教师：刘诚填表日期：年月日一、选题的依据及意义随着计算机技术和传感器技术的发展，两者的结合也愈来愈紧密，智能化传感器作为两者结合的新兴的研究方向，越来和越受到更多人的关注。
近年来，虽然取得了一定的研究和开发成果，但是实际的需求还远远得不到满足。
压力测控系统正急需发展，已经开发和使用的压力传感器在无法满足需求，智能化的压力传感器系统，即将信息采集、信息处理和数字通信功能集于一身，能自主管理的开发和使用具有巨大意义。
此次选题是打算对智能压力传感器系统理论及其压力测量方面的应用进行深入研究，提出对智能压力传感器的设计开发和设计。
利用集成程度高，功能强大的新型微处理器控制压力传感器，微处理器内部集成大量模拟和数字外围模块，会具有很强大的数据处理能力。
此次论文将在对智能压力传感器系统的智能化功能深入研究的基础上，设计了较为完善的智能化软件，实现了自动增益控制、温度补偿、自动校准、总线数字通讯等多种智能化特性，使传感器具有较高的智能化程度。
提出了利用传感元件自身特性实现温度补偿的算法以及对系统非线性补偿的算法。
并对传感器系统进行了较全面的抗干扰和系统故障自诊断设计，保证了系统的稳定性和可靠性。
提出一种带有程序判断的智能数字滤波算法，它既具有较好的平滑能力，又具有较快的响应速度。
本系统在软件上运用C语言编程，系统采用与PC机通信，完成数据转换、数据处理以及实时数据显示等功能，便于实现系统集中监控。
本研究设计的智能压力传感器系统具有体积小、成本低、可靠性好、响应速度快、智能化程度高等特点，通过仿真对软、硬件进行了充分的调试，效果良好，在众多压力测控系统中有着广阔的应用前景。
二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）传感器技术是现代测量和自动化技术的重要技术之一。
从宇宙探索到海洋开发，从生产过程的控制到现代文明生活，几乎每一项现代科学技术都离不开传感器。
压力传感器的优化设计及其应用
压力传感器的优化设计及其应用压力传感器是一种能够检测压力变化并将其转换为电信号输出的设备，常见于各个领域，例如航空航天、工业生产、医疗设备、及智能家居等。
在不同领域下要求的压力传感器的精度和灵敏度也不一样，因此对于传感器的优化设计至关重要，本文将从以下几个方面来探讨:一、压力传感器的种类及特点压力传感器一般分为压阻式、电容式和电子式三大类。
其中压阻式压力传感器其测量原理是通过压力传感器内部电阻的变化来确定被测量压力的大小，而电容式压力传感器的测量原理则是根据被测压力的程度影响传感器内部的电容值，并输出对应的电信号。
而电子式压力传感器则是通过微机芯片和压电传感器组成的信号处理电路来实现对压力变化的检测和输出。
二、压力传感器的优化设计在传感器的优化设计中，对于传感器应该符合的物理量和性能指标有很高的要求。
举个例子，对于机械压力传感器应该满足反应时间短、测量范围广、稳定性高，而对于电子式压力传感器则应该精度高、电流小、体积小。
1.机械结构的设计机械结构设计是指采用合适的材料和工艺制作压力传感器，保证其结构的稳定性和制作工艺的可靠性。
对于机械式压力传感器, 设计上应该减小质量和成本同时增加其传感器的工作频率和灵敏度以提高其自然频率，同时适当减小其惯性，这样就可以达到提高其响应速度的目的。
在实际应用中还应考虑电路板和传感器的稳定性，增加防水、防干扰等功能。
2.指标要求的转化在压力传感器的优化设计中，需要将实际应用中要求的指标转化为设计指标，进行由着手制定需求明确，分析被测量对象，设置合适的标准及相应的测试方法，从而确保传感器的性能和可靠性。
3.信号调理的设计信号调理是指从传感器的检测输出信号中提取出有用的信息并对其进行处理，从而得到符合我们要求的信号。
对于传感器检测到的电信号弱，需要对其进行放大和抗干扰处理。
同时对于电路板设计上应考虑稳定性，防干扰等问题。
三、压力传感器的应用压力传感器在各个领域有着广泛的应用，以下几个领域各举一个例子：1.航空航天领域压力传感器在航空航天中有着广泛的应用，例如在发动机中的燃油喷射、燃烧稳定性、飞机气动力学性能、及空气动力学试验等方面都需要利用压力传感器来进行监控和测量。
智能压力传感器的设计
智能压力传感器的设计智能压力传感器是一种能够测量物体施加的压力大小的装置。
它通过使用先进的传感技术，将物体压力转化为电信号，并将其传输给外部设备进行处理和分析。
智能压力传感器在许多领域应用广泛，如工业自动化、机械工程和医疗设备等。
本文将详细探讨智能压力传感器的设计原理、工作原理和应用。
首先，我们来讨论智能压力传感器的设计原理。
智能压力传感器主要由三个部分组成：传感器元件、信号处理电路和输出接口。
传感器元件是关键组成部分，它能够感知物体施加的压力并将其转化为电信号。
常用的传感器元件有压阻式传感器、压电式传感器和电容式传感器等。
压阻式传感器是一种利用电阻值随压力变化的原理来测量压力的传感器。
当物体施加压力时，传感器元件内部的导体会发生形变，从而改变电阻值。
信号处理电路会测量电阻值的变化，并将其转化为电压信号输出给外部设备。
压电式传感器则是利用压电效应来测量压力的传感器。
压电材料在受到压力后会产生电荷，通过读取电荷的大小来确定压力大小。
信号处理电路会将电荷转化为电压信号，并输出给外部设备进行处理。
电容式传感器是利用物体施加压力后感应电容值的变化来测量压力的传感器。
当物体施加压力时，传感器元件之间的电容值会发生变化。
信号处理电路会将电容值变化转化为电压信号，并输出给外部设备进行处理。
其次，我们来探讨智能压力传感器的工作原理。
智能压力传感器通过感知物体施加的压力来确定压力大小。
当物体压力施加到传感器元件上时，元件会发生形变或产生电荷，从而导致电信号的变化。
接着，信号处理电路会将电信号进行放大、滤波和转换等处理，以提高信噪比和准确度。
最后，通过输出接口将处理后的电压信号传输给外部设备进行处理和分析。
最后，我们来探讨智能压力传感器的应用。
智能压力传感器在很多领域都有广泛的应用。
在工业自动化领域，它可以用于监测和控制生产设备的压力，以确保设备的正常运行和安全性。
在机械工程领域，它可以用于测量机械装置的压力，以评估其性能和健康状况。
智能式压阻压力传感器的设计
三门峡职业技术学院学报 Jour al of Sanmenxia Polytechnic n
"71 D 6,No4 ee
V 0 1 .
_2007
科学与技术
智能式压阻压力传感器的设计
李娜 ‘ 宋少峰 2 ，
(1.焦作大学 机电系， 焦作 454003;2.三门 河南 峡职业技术学院教务处， 三门 472000) 河南 峡
f (u,T' )=f (u;,T;)+
会 旱 ( -T (5 瑞 T) )
八
式(5)右边除T 以外， 其他都为已知量或已经 算得的量。故对任何落在(T ,T,)区间的T 都可根
据式(5)求得函 数f(u,T)的 逼近值f (u,T;)。由 看 图4
出
行修正， 可取得非常满意的效果。)在工作环境温度 [ 5 变化为 10 60℃范围内，压阻压力传感器的准确度
作用是测量工作环境大气压变化， 以便修正大气压 变化对测量的影响。 c tl由此可见， 智能式传感器具有
较强的自 适应能力， 这可以判断工作环境因素的变 化， 进行必要的修正， 保证测量的准确性。 微机硬件 系统， 用于对传感器输出的微弱信号进行放大、 处 理、 存储和与计算机通信。系统构成情况由其应具 备的功能而定。DTP 有一个串行输出口，以RS232 指令格式传输数据[ [1 ] 230
摘 要:智能 传感器 (Integrated Smsrt)是传感器与 微处理器的结合、 兼有信息 检测与信息处 理功能的传感器。 在时
压阻压力传感器进行智能处理以后， 传感器具有自 校正功能， 能对外界信息进行检测、 判断和 自 诊断; 具有数据存储、 记忆和信息处理功能;具有随机整定和 自 适应能力， 还具有与主机相互对话和 自 行决策处理功能。 其精度、 稳定度、 可 靠性、 分辫力和信噪比都高于传统传感器。
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本次论文采用差压式电容传感器，电容式传感器灵敏度高，性价比高，操作简单，质量高，过载能力强，在极端环境下，能够稳定工作，提供持续的传感能力，保证了整个元器件工作，并把环境影响降到最低，特点鲜明。
2
2.1
智能压力传感器是利用精密机械制造工艺和集成电路原理，将智能芯片和传感器紧密结合在一个半导体原件上，与传统传感器相比，智能式传感器体积更小，质量小，适用范围更大。整个智能压力传感器结构如下图所示；
5. 黄晓东.单片集成MEMS电容式压力传感器研究.东南大学.2005:30~35
6. 程素娥.基于FPGA的智能压力传感器系统.潍坊学院.2009
第 7～14 脚：D0～D7 为 8 位双向数据线。
第 15 脚：正背光源。
第 16 脚：负背光源。
4.6
本次论文采用DS18B20采集温度，作为常用温度传感器，体积小，质量轻，价格低，精密度高的特点。
4.6.1 DS18B20
1、可进行全数字温度转换和输出。
2、单总线数据通信。
3、最高分辨率是十二位，精度可达-0.5-+0.5摄氏度。
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
数字量输出及控制线：11条
开启信号必须ST转换，ST进行上调，内部寄存器则可以清零；下调时，A/D转换；此过程中，ST保持低电平。转换结束高电平。OE是输出允许信号，可以向单片机输出数据。OE=1，通过输出转换得到新的数据；OE=0，输出数据的状态为高阻形式。
1
1.1
压力传感器是最为普遍的一种传感器，大多使用在各种自动化环境中，涉及到电力石化，军工科技，船舶制造，数码产品等多方面。一般压力传感器都是用模拟信号转换成输出信号，将输出信号转换为数值表现。这种转换方式大大的提高了工作效率。进而为智能化提供了强有力的发展基础。
1.2
压力传感器通常分为以下几种：1；电容式，2；电阻式，3；压电式，4；电感式，5；智能式。智能式传感器是通过和微处理器相连，与传感器相结合，从而产生了智能化效果，它具有信号处理，信号记忆和逻辑思辨的能力。
图2-1 智能压力传感器的结构框图
2.2
①逻辑判断和处理功能：对于收入的数据进行计算纠正也可以进行温度，线性，非线性，相应时差等进行补偿，提升了准确效率。
②自检测功能：在开机和运行中都可以进行自行检测，发现故障，解决故障，提升了机器运转效率。
③自适应、自调整功能：可依据不同的测量物体数据和结果，选择相适应的测量方式。
2.4
智能压力传感器体积小，灵敏度高，性价比高，稳定性强，而且集中程度高，这些优点促使其发展迅速，使用范围更为宽广，质量高，使用时间长这些都是当今传感器发展的一个重要趋势，未来汽车业，医疗行业，手机制造业对于高度智能的压力传感器需求大，要求高，这些都是智能压力传感器发展的强大动力。
3
3.1
本次论文将采用ADC0809芯片实现模数转换，ATC89C52为芯片，采用LCD1602进行显示，本次论文总体设计方框图如图3-1所示
前言
压力传感器是目前最为大众常见所知的传统传感器，这种传感器以压力形变为指标体现压力变化，这种结构传感器存在质量大，敏感度低，不能和电路器件相连使用等缺陷。随便科技的进步，半导体的迅猛发展，半导体压力传感器的诞生弥补了这些不足，半导体压力传感器，不仅体积小，重量轻，而且可以和电路元器件配套使用，从而大大的提高了智能化和可操作性。压力传感器大大的推动了传感器的发展，让人们能够更好的实现压力体现发展。
图4-12 硬件电路仿真图及表格
5
5.1
本次论文设计采用C语言程序设计，C语言是一种计算机程序设计语言，它既有高级语言的特点，又有汇编语言的特点。
5.2
如下图所示
如图所示
图5-1 程序流程图
5.3 C
程序见附录
6
本论文设计的的智能压力传感器的抗干扰依靠硬件功能实现，具体实施过程可以这样：为了降低电磁干扰以及电场效应可以接地或者屏蔽，这样可以消除影响，相关电路图如下；
地址输入和控制线有多条；
ALE是输入锁存地址线，显示高电平时才有效。当该线表现高电平时，地址锁存译码器将相对应的信号进行锁存，编译后被锁定的通道的模拟量传输入转换器进行转换相关三条输入线，用于选通IN0－IN7上进行模拟量输入。选择表如下图所示。
表4-1 ADC0809通道选择
C
B
A
选择的通道
0
0
0
4、12位分辨率的一般最大工作达750毫秒每周期。
5、选择工作方式多种多样其中可以寄生
6、检测温度范围在负55度至正125度(负66F~正275F)
7、内置EEPROM，温度报警功能实现。
8、64位光刻ROM，内置设有相关的序列号，便捷几台机器的连接使用。
4.6.2 DS18B20
GND 电压地
DQ 单数据总线
时钟输入信号是CLK。ADC00809内部没有时钟电路存在，信号只能由外界提供，VREF正负为参考电压输入。
4.3.3 ADC0809
（1）． ADC0809自身带有用于输出锁存器，可以直接与AT89S51芯片直接相连使用。
（2）． 初始化时，让ST等OE信号全部低电平。
（3）．需送转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。
VDD 电源电压
4.7
本次课程设计采用protel软件原理图的绘制。原理图中， LCD1602与单片机相关接口相连，因本次设计只需让LCD1602从该单片机中读取数据，因此将它的R/W引脚电平拉低，直接与地相连。如图4-14所示。
图4-11 硬件电路原理图
本次课程设计采用protues仿真软件对原理图进行仿真。图中，采用滑动变阻器代替传感器出入信号进行信号的采集，调节温度也能测量出压力变化值，如图4-15所示。
图4-6 单片机ATC89C52引脚图
4.5
4.5.1 LCD1602
本次论文显示模块采用LCD1602液晶显示屏，该显示屏具有以下特点；
①显示对比度高，显示质量高，不会有重影出现，而且是数字型，显示可靠，与单片机相连更为方便，使用便捷。
②与传统显示器相比，显示质量更高，而且质量更轻。
③效率高，相比于传统传感器，耗电量更低。
由下图知，ADC0809拥有很多多路模拟类开关，A/D转换器，地址锁存编译器和三态输出锁存器的组成。模拟通道有多个，分时输入可以多路进行，A/D转换也可以进行多路进行。三态输出锁存器转换数字量，可以从三态输出转换完数据。
图4-4 ADC0809内部结构
4.3.2 ADC0809
DC0809各脚功能如下：
④组态功能：通过符合测量，拓展测量范围。
⑤记忆、存储功能：存取检测数据，提升了信息处理速度。
⑥数据通讯功能：拥有数据通讯接口，可以与计算机进行数据交换。
2.3
与传统传感器相比，智能压力传感器的特点是：
①性价比高：智能压力传感器通过调节核心芯片和计算机的协调工作，对于制作工艺要求不高，采购性价比高的芯片，并不影响，所以比传统传感器造价低。
4.5.2 LCD1602
LCD1602液晶显示器是一种点阵式，工作电压有两种模式可选，3.3或5V，对比度可调，并含有复位电路，提供多种控制命令，我们可以自定义字符发生器CGRAM。显示器实物如下图所示；
图4-7 LCD1602实物图
4.5.3 LCD1602
①1602LCD 主要技术参数：
显示容量:16×2即32个个字符；
D7-D0：8位数字量输出引脚。
IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。
VCC：+5V工作电压。
GND：地。
REF（+）：参考电压正端。
REF（-）：参考电压负端。
START：启动转换信号的输入端。
ALE：地址锁存允许信号输入端。
EOC：用于转换输出引脚的信号，初始转换时表现为低电平，当显示高电平时表明转换结束。
图3 寄生电容等效图
参考文献
1. 刘迎春.传感器原理、设计和应用.天津天津大学出版社.1997:1~10
2．王化祥.传感器原理及应用.国防工业出版社.1999:1~20
3．崔淑琴.智能压力传感器的研究和设计.哈尔滨理工大学.2008
4Hale Waihona Puke 陈忠平.基于Proteus的单片机设计与仿真.电子工业出版社.2012.5
4
4.1
本次论文采用陶瓷电容作为传感器材料，从价格，功耗，已经环境影响角度出发，陶瓷最优。如下图所示。
图4-1 圆柱差动变面积式电容位移传感器
圆柱电容的计算公式：C = .
其中，X为内外电极重叠部分长度；D、d分别为外电极的内外径。
当重叠部分长度X发生变化时，电容变化量为：
= - = .
灵敏度为：K= .
OE：用于输出控制端，方便打开三态输出器。
CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。
A、B、C：地址输入线。
图4-5 ADC0809引脚图
ADC0809对输入模拟量要求：信号应单极性，电压范围在0至5V，信号太小，放大器进行放大；输入的模拟量在转换过程中保持不变，若模拟量变化过快，需在输入前增加采样保持电路。
（4）． 在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。
（5）．判断转换是否结束，可以依据信号EOC进行判断。
（6）．当EOC表现为高电平时，OE就需要高电平，单片机就接受了处理信号。
4.4
本次论文采用单片机ATC89C52作为处理芯片，该芯片是一种低能耗、高性能8位微控制器，片内含可多次删除重写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器，调整时的功能控制。功能包括内部存储器，数据RAM等部件初始化，相关单片机AT89C52引脚图如下；