【毕业论文】基于压力传感器的气压检测仪.doc

密级公开学号衡水学院毕业论文设计基于压力传感器的气压检测仪论文作者指导教师系别物理与电子信息系专业电子信息工程年级级提交日期年月日答辩日期年月日毕业论文设计学术承诺本人郑重承诺所呈交的毕业论文设计是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果除了文中特别加以标注和致谢的地方外论文设计中不存在抄袭情况论文设计中不包含其他人已经发表的研究成果也不包含他人或其他教学机构取得的研究成果作者签名日期毕业论文设计使用授权的说明本人了解并遵守衡水学院有关保留使用毕业论文设计的规定即学校有权保留或向有关部门送交毕业论文设计的原件或复印件允许论文设计被查阅和借阅学校可以公开论文设计的全部或部分内容可以采用影印缩印或其他复制手段保存论文设计及相关资料作者签名指导教师签名日期日期级电子信息工程专业毕业论文设计I论文题目基于压力传感器的气压检测仪摘要该设计是基于压力传感器的气压检测仪设计要求在减少成本的同时能最大程度的实现预期功能硬件方面选择使用相应的单片机压力传感器转换器以及而在软件方面用语言编写源程序利用相关软件编译之后再将文件拷入芯片中在保证其所测数据准确性的前提下尽量简化设计过程节约成本关键词气压检测压力传感器单片机转换器语言编程基于压力传感器的气压检测仪级电子信息工程专业毕业论文设计III目录摘要绪论课题背景国内外的研究现状国内的现状国外的现状课题的设计目标检测目标及其检测工具概况气压的概念压力传感器的种类压力传感器前景的展望基于压力传感器的气压检测仪的硬件设计主要设计思路压力传感器电路设计压力传感器的选取的电路设计转换器电路设计转换器的选取的基本用法的简单介绍利用单片机驱动设计主控电路的设计的简要介绍的参数的引脚用法与复位晶振电路的设计接口设计显示装置的选取显示装置的接口设计报警模块的设计按键部分的选取气压检测的软件设计主程序的设计转换器的软件设计的相关设计结语参考文献致谢级电子信息工程专业毕业论文设计第页共页绪论课题背景最近几年先进的计算机技术飞速发展不得不承认我们已经愈发依赖这些高尖端技术了诸多行业也越来越仰仗计算机及其相关技术的支撑毫不夸张的说计算机技术已经渗透到了现代社会的方方面面其中单片机的应用渐渐为人们所熟知伴随生活条件的逐渐改善我们对相应单片机系列产品的规定也更加苛刻单片机厂商们不断钻研新技术开发出性能更高价格更低的产品越来越多的新产品映入人们的眼帘各种导航装置智能卡电子宠物等等基于压力传感器的气压检测仪的设计中也用到了单片机产品为了使所要设计的电路更为简单首先放弃了需要用到许多集成块的传统数字电路设计方法转为使用成本相对较低性价比相对较高的单片机设计思路单片机借由编写软件程序和简单的硬件设计完成预计的功能大大的节约了成本基于压力传感器的气压检测仪可以将检测到的压力信号向电信号转变并通过位转换器将输入的模拟信号向数字信号转变最后用数码管显示结果运用单片机进行数据的分析和处理利用位分辨率的将模拟量变为所需的数字量有着相对较高的分辨率和极短的转换时间至的模拟电压范围双数据输出的数据校验保证了误差控制在较小的范围拥有更快的转换速度和稳定性国内外的研究现状国内的现状虽然我国的传感器相关产业的起步并不算晚但实际正式大力发展相关项目是到七五之后的事情了通过不断地探索在力敏温敏等领域有了一定成果建立了具有相当规模的产业格局这一格局有着很多明显的缺点大规模的企业稀少在各区域的发展差别较大缺乏高档的产品等但它也有自己的发展优势实力提升速度极快开发领域大幅拓宽生产规模有着显著提高等国外的现状作为极具现实意义的前沿技术传感器技术的发展始终在国外备受关注美国德国等国在这一领域的实力较强他们还会时常举办有关传感器的产品交流会相互借鉴基于压力传感器的气压检测仪第页共页相互学习从这些先进的展品身上往往能捕捉到发展趋势的影子相对于国内来说国外的传感器研究更注重产品的多功能化新架构的开发设定标准的测试手段等课题的设计目标根据基于压力传感器的气压检测仪的情况此设计能实现以下预期功能达到较为精准的气压检测预期目标完成实时测控装置设计思路清晰分模块构成硬件电路设计方便易行而且容易实现对系统的有效操作保证在相同的设备测量气压值的情况下此设计的价格更便宜实用性更强大性价比相对更高据气压检测装置的一些情况此设计主要用来减少的问题有硬件电路的设计以及电路的仿真显示模块和气压传感器程序的编写与调试问题各功能模块的程序运行与系统的调试气压检测过程中受其它因素影响而造成的测量误差级电子信息工程专业毕业论文设计第页共页检测对象及其检测工具概况气压的概念有这样一层空气内含以及稀有气体等它围绕在地球的周围人们通常把它叫做大气这种空气疏密程度和高度有着密切的联系而且它的厚度很厚如同水压一样大气中的各种事物也会受到气压的影响值得注意的是大气压和平时所说的压力是有所不同的所谓的大气压指的是从宏观上看的大气压力而平时说的压力则是一种微观的描述二者有着很大的区别不能一概而论通常情况下大气压和海拔温度纬度等因素有着直接的联系它们都是研究大气压时不能忽略的干扰因素压力传感器的种类作为核心构成要素压力传感器的选取应更加慎重它可以将测得的压力信号向相应的电信号转变能让我们更容易的进行监测伴随科学的进步更多功能更多种类的压力传感器陆续被研制出来应变片压力传感器电阻应变片由几个相应的模块构成其中包括应变丝绝缘保护片等必备材料电阻阻值的选择应该合理要在一定的限度内既要防止因选用阻值过小而出现零点漂移又要防止所取阻值太大而太容易被外界电磁场干扰电容式压力传感器此种压力传感器有其自己的分类因此特点也有所区别差动电容式的线性度更好灵敏度更高单电容式加工起来相对容易有更为突出的过载能力压阻式压力传感器此型号的传感器需要用到四个特定电阻使其构成电桥无压力作用时电桥处在平衡态一旦检测到压力作用电桥便会随之产生变化通过产生的电信号来获取相应的压力值信息压力传感器前景的展望本身作为前沿高端产品的传感器正在飞速发展没隔多久就会有新的产品被研制出来随着微型加工技术的不断提高越来越多的传感器将会被批量生产有望在生物医学微型机械等相关领域发挥更大的作用基于压力传感器的气压检测仪第页共页基于压力传感器的气压检测仪的硬件设计主要设计思路设计要求有作为电信号的输入通道的前向通道为的是进行数据的收集使用依靠单片机组成的系统进行气压测量利用传感器将检测到的压力向电信号转变通过转换器的处理使之变成数字量计算机才能进行有效的处理设置气压的有效范围利用三极管蜂鸣器等元器件制作报警电路超出规定的范围值就会立即报警气压检测仪使用单片机作为微处理器使用型号的压力传感器利用实现数字信号的转换单片机与相连来显示压力数据气压的范围设置为到一旦超出了这个范围系统立刻自动报警主要电路图设计见图结构图见图图主电路图复位电路级电子信息工程专业毕业论文设计第页共页图系统框图压力传感器电路设计压力传感器的选取压力传感器的选取要依据其相应的性能参数和实际的需要不是随便一个就行的一定要具备温度补偿的功能利用这一特点来解决常见的温度漂移问题使得数据变得更加准确可靠为了保证电路的简化以及具备相对较高的稳定性和抗干扰性所选用的传感器必须具备温度补偿功能所以考虑使用压力传感器它内含放大电路无需另外增加放大电路可以产生高精度的模拟电压作为一种半导体压力传感器该类型利用了先进的微电子技术以及薄膜镀金属能以极高的水准为其输出信号提供均衡压力为了保证使误差在可控范围之内应该要求一定的温度补偿由于其具有极高的可集成度所以它深受广泛的欢迎的电路设计我们可以通过分别给模拟电源数字电源接上一个固定值的电容借此来测量不同程度的电压值读数的话从接口便可实现从发送信号算起大约耗费几毫秒的时间便能够得到结果期间还会利用到里面的规范数据要注意压力单位间的换算若想要读取这些数据还要再一次用到接口注意不同类型的电源能实现对的独立供电连接方式如图所示图电路图气压传感器转换器单片机液晶显示报警电路基于压力传感器的气压检测仪第页共页转换器电路设计转换器的选取现如今的单片机的相关产品种类繁多其中就有内部自带转换电路的单片机但相应的比起普通不带转换功能的单片机来说其价格就高出了很多所以综合考虑我们选择使用单片机外接转换器以此来实现想要的功能例如等转换器分为串行接口和并行接口这作为一项重要的指标应妥善选择通过比较不同类型的转换器综合考量它们性价比最后我们决定选取这一种它具备串行接口的特点相比其他类型结构更为简单应用更为广泛的基本用法工作的是在下降沿当时钟信号从高电平变为低电平时里面的地址移位寄存器接收传入的数据再接下来开始通过输入模拟通道进行转换为了使选定通道稳定连续两个时钟周期延迟在第四个下降沿时得到相应的数据接下来再由高向低逐位输出要想使输出变成高阻态需要使时钟信号变为高电平若要进入下一轮的转换只需重复上述过程的简单介绍具备的特点分辨率为位使用双通道转换输入电压在间取值供电电源为约的功耗具有和相兼容的输入输出电平的双列直插多种封装配置位的说明运行的时候输入方式要看输入配置位如何选取如果考虑输入通道的极性则说明是差分输入其中能作为正负极的出入通道不作要求则任取一个即可对于差分输入来说如果配置位的高低位均为低电平则选择通道号的高位的输入端口为正极性低位的输入端口为负极性如果配置位的高位为低电平低位为高电平则选择通道号的高位的输入端口为负极性低位的输入端口为正极性对于单端输入来说如果配置位的高位为高电平低位为低电平则选择通道号的高位的输入端口为正极性如果配置位的高低位均为高电平则选择通道号的低位的输入端口级电子信息工程专业毕业论文设计第页共页极性为正利用单片机驱动设计通常单片机借由四条数据线与相连由于和端与单片机间是双向接口在工作时只能有一个有效所以可以采用并联的方式将他们连接起来若停止使用则输入端为高电平假如处于工作状态则输入端为低电平对及的电平不作要求直到转换结束前输入端不能出现高电平必须保持低电平转换工作开始芯片开始处理时钟脉冲信号另一方面经端输入数据信号起始信号用端的高电平表示当要做单通道转换时分别取当做单通道转换时的取值均为当分别为正负输入端时的取值均为当分别为负正输入端时取值分别为当端不再具备输入作用时端便可以读取相应的数据通过端进行数据输出最高位在第四个下降沿开始输出随着脉冲下降沿的不断到来数据依次输出最终在第十一个脉冲到来时完成了指定数据的输出任务之后输出相反字节的数据直到第十九个脉冲时一次完整的转换完成如果要是想要提高转换的宽度则可以考虑设置一个较大范围的电压值主控电路的设计当今的科技发展速度迅猛电子技术受到越来越多人的关注单片机的各项性能也逐渐趋于完善尤其在像是智能家居智能控制等领域应用更为广泛的简要介绍字节字节位口线看门狗定时器内置复位电路个位定时器计数器的参数工作频率适用范围相较通常的的真正的工作频率接近用户应用程序空间为字节基于压力传感器的气压检测仪第页共页片上集成字节具有功能共个位定时计数器即到若想要完成数个则可以利用到相应的定时器软件运行温度的范围工业级商业级封装的引脚用法引脚电源电压引脚接地口双向口一共有八位可以驱动八位逻辑电平此时将其用作输出口想要用其作为高阻抗的输入时需要对其写入数字当将其用于低八位数据复用时可以实现对数据存储器外部程序的访问此时默认内含上拉电阻此外当涉及规定字节的传输时它可用于接收相关的指令应该注意一点这时要在其外部连接一个上拉电阻口双向内含上拉电阻的口一共有八位可以驱动四位逻辑电平此时它起到了输出缓冲器的作用要想将其用于输入数据则需对其写入数字利用内阻拉高端口如果将其用作输入有些引脚受到外部因素以及存在内阻的影响则会输出电流口双向内含上拉电阻的口一共有八位若想驱动四位逻辑电平将其用作输入口需要对其写入数字利用内阻拉高端口如果将其用作输入有些引脚受到外部因素以及存在内阻的影响则会输出电流若想让口输出高八位地址在此种情况下由于具有很大的内阻也可用于输出数据当访问外部数据时要用到八位地址实现输出锁存器内部的数据除此之外也可以接收一些相应的控制信号以及高位字节口双向内含上拉电阻的口一共有八位可以驱动四位逻辑电平此时可以将其用作输入口需要对其写入数字利用内阻拉高端口如果将其用作输入有些引脚受到外部因素以及存在内阻的影响则会输出电流除此之外也可以接收一些特殊的控制信号实现输入的复位单片机复位的条件振荡器处于工作状态引脚出现高电平且持续两个周期以上地址锁存允许可以用来锁存低八位字节一般是访问存储器时使用这一功能它还可以用来输出固定脉冲信号应用这一特点可以完成定时有时还要跳过一个脉冲级电子信息工程专业毕业论文设计第页共页利用此引脚还可以实现编程脉冲的输入操作可人为控制通过一些具有特殊功能的寄存器里的位置位实现对其的控制而激活则要利用位置位后的一条指令作为读选通信号外部程序存储器每个周期输出两个脉冲此时单片机从外部存储器取出相应的数据若此时访问外部存储器则要略过两个此类信号应持续为低电平以此来使只访问外部存储器假如为高电平则不能保证只访问外部存储器有时也会访问内部存储器执行相应的指令为允许电压数值为与复位晶振电路的设计该部分相对应的电路图设计如图所示图最小系统电路图接口设计显示装置的选取的使用十分广泛常常被用来作为显示输出设备应用于数字系统里通常情况下字符型的芯片更多基于因为它们的工作原理基本一致而更能适应市场的大多需求应用起来更加方便液晶显示要用到单片机的端口相对于别的方法来说这种方式有着更为简单的编程和更高的亮度它既能显示中文又可以展示所测数据的上下限一目基于压力传感器的气压检测仪第页共页了然相较数码管有着得天独厚的优势但这种方式也有其弊端可用的端口数是固定的如果涉及到的端口数目较多则在无意当中便使电路变得更为复杂显示装置的接口设计经过慎重考虑最终选择了如下的连接方式如图所示图显示接口电路图报警模块的设计设计时要注意一个地方为了保证主芯片可以控制该报警模块应该要让阻值为的电阻两端联系着单片机和三极管具体连接方法如图所示图报警电路图按键部分的选取为了保证各个按键不会相互干扰考虑使用一个按键对应连接一条输入输出端口线的独立型按键若要分析按键的开关状态可利用研究相应的输入输出端口时钟信号的高低来间接得到选用此种按键能使得电路设计更为简洁相应的软件程式的设级电子信息工程专业毕业论文设计第页共页计也更为容易这种按键使用时比较受限制假如设计的电路需要很多输入输出端口则就无法选用该种按键了电路设计如图所示每个键各接一条口线通过检测输入线的电平状态可判断出被按下的按键图按键电路图基于压力传感器的气压检测仪第页共页气压检测的软件设计主程序的设计借由对气压值的实时检测来掌控气压的变化情况流程图如图所示否是图主程序流程图转换器的软件设计通常单片机控制系统输出的格式有所不同串行并行是其中较为常见的一种分法相比并行方式串行方式有着更小的封装和更少的引脚不过要用软件处理相关的数据而并行方式具备足够数量的引脚无需额外再进行处理本次设计无需很多引脚故利用串行方式更为合理虽然还有与具有相同功能的器件但他们所拥有的输入通道数有所不同故不能轻易的相互替换子程序流程图如图所示开始系统初始化数据采集处理读到的数据送入显示若气压值大于或小于不报警报警结束级电子信息工程专业毕业论文设计第页共页图子程序程序流程图的相关设计我们这次设计选择使用数据总线到置为高电平时用于输出置为低电平时用于输入其中内置了相应的以便显示相应的代码如果向写进想要的代码则能在显示屏幕上的首行首列显示代码对应的字符一行只要前十六的地址就可以了开始初始化函数转换将转换后的电压转换成压力返回基于压力传感器的气压检测仪第页共页结语伴随人们生活质量的逐步提高许多人对高标准生活环境愈发关注这也就意味着传感器以及气压检测技术被更多场合所需要所以在这一相关领域无疑会有更加可观的发展市场而且近几年有关这一领域的技术不断更新换代越来越多贴近人们日常生活的技术正在逐步开拓并占领着市场所以说对气压检测技术的学习是极具现实意义的该设计能简单的测量周围的气压值使用进行气压显示并能够进行报警使用压力传感器作为气压的检测单位借由其相对较高的稳定性和抗干扰性能产生较为精准的模拟电压再通过转换器转换成数字信号最终把数据传递给液晶显示器和报警系统该设计可为温度湿度等一系列测量指标的检测提供思路对电子产品的发展起到了一定程度的推动作用级电子信息工程专业毕业论文设计第页共页参考文献潘小囡基于单片机的弹丸表面压力数据采集系统设计肖兵兵王奇帅赵鹏辉罗坤关于谐振式硅微结构压力传感器的综合研究任国晶蔡春丽汪大海压力传感器位移分析及疲劳寿命预测叶虎宁辉田彦民杨猛杨文森基于压力传感器的脉冲微波量热计焦文龙苑伟政微谐振式压力传感器的系统级建模与仿真郭旭余尚江陈晋央周会娟杨吉祥压电式压力传感器动态特性补偿技术研究章琳提高应变式压力传感器的性能研究刘昕乔飞帆曹丽丹刘维光纤压力传感器的性能研究崔保健毕文辉基于精密压力传感器气密性检测装置设计乔东坡王超基于电池供电的无线压力传感器设计简荣坤唐胜武姜晶基于技术的压力传感器数据采集系统设计贺长伟刘增良王宝林刘桂媛压力传感器特性测量实验的智能化设计王晨张万娟刘婧婧林敏武折章张峻鋮张全天气预报相关因素选择与使用分析赵亚丽光开关在光纤光栅压力传感解调系统中的应用赵英杰郝惠姣沈月李宏基于压电感应发光的不透明容器储量显示基于压力传感器的气压检测仪第页共页致谢首先感谢我的指导老师侯晓云论文从选题结构安排文字处理直至最终定稿的全过程无一不是在侯晓云老师的悉心指导严格要求和亲切关怀下完成的在实际的设计过程中我遇到了重重困难但老师秉着严谨的科学态度和精益求精的工作作风耐心的教我弄明白不会的部分凭借老师的帮助我最终顺利的克服了遇到的种种难题也从老师身上学到了宝贵的求学精神在此谨向侯晓云老师致以最为诚挚的敬意谢谢