一种基于单片机的压力检测系统

一种基于单片机的压力检测系统【摘要】压力传感器是现代工业社会最常用的传感器之一，被广泛的应用于航空航天、石油化工，汽车制造等领域。随着现代工业的发展，对-f'ff,．h传感器的需求量越来越大。要．蒹也越来越高。传统的传感器生产嬲l生能已逐渐不能满足需求，各个传感器生产厂商开始研制生产新型传感器，并增加自动化生产线，提高生产效率，降低成本，采提高市场竞争力和适应现代工业的应用。【关键词】压力；传感器；单片机1引言：压力传感器是现代工业社会最常用的传感器之一，被广泛的应用于航空航天、石油化工，汽车制造等领域。随着现代工业的发展，对于压力传感器的需求量越来越大，要求也越来越高，传统的传感器生产及性能已逐渐不能满足需求，各个传感器生产厂商开始研制生产新型传感器并增加自动化生产线，提高生产效率，刚医成本，以提高市场力和适应现代工业的应用。传统的传感器的测量方法大都采用手工操作，特别是压力传感器，基本上都是采用手动油压或气压标定。尽管近几年也从国外引进了部分标定设备，但价格昂贵，不易推广。本系统应用MC孓——51型单片机，设计出的智能压力检测系统，成本低廉，使用方便，精度也比较高。2系统硬件设计压力传感器测量压力，并将测量的信号输入放大器，然后送至A／D转换器，A／D转换器将输入的模拟信号转换为数宇信号送至单片机。单片机根据已编制好的程序，对压阻元件非线性测量误差进行修正并对修正后的数据进行处理。同时该系统兼具有键盘输入，LED显示与超限报警功能。图1系统结构图键盘单片机报警压力传感器放大器A/D转换器LED显示21传感器的选择采用美国ICSensors公司生产的ICSl220低压型硅压力传感器。双列直插式封装，内部桥路由外部恒流源供电，输出毫伏信号与压力成正比，线性度为0．05％一o．1％。其内部有一个用于平衡放大器增益、温度系数为20*10-6／℃的电阻，使传感器互换误差控制在1％以内。传感器内部电路虽然已设置了温度补偿措施，但当环境温度在25℃4-25℃范围内变化时，温度漂移仍较大，按满量程计算，量程漂移为03％，零漂0．1％，需进一步采取措施进行补偿。22放大器在本系统中，需要测量传感器送出的微弱信号，采用仅表放大器AD620来放大传感器输出信号。AD620输入采用超B处理技术，具有低输入偏置电流、低噪音、高精度、较高建立时间、体积小、低功耗等特性共模抑制比可达130dB，对于信号的采集范围大非常适合作为前置放大器，适用于精确地数据采集系统和多路转换应用系统，使用非常广泛。AD620特别适合压力感测方面的应用，如血压测量、一般压力传感器的电桥电路信号放大等。23A／D转换器采用美国AD公司的ADl674，这是一款完整的12位并行模／数转换单片集成电路。该芯片内部自带采样保持器(SHA)、10V基准压源、时钟源以及可和微处理器总线直接接口的暂存，三态输出缓冲器。结构紧凑，集成度高，工作性能(尤其是高低温稳定性)高，而且可以使计板面积大大减小，因而可降低成本并提高系统的可靠性。采样频率为100kHz；转换时间为10us：具有±1／2LSB的积分非线性(1NL)以及12位无漏码的差分非线I生(DNL)；满量程校准误差为0．125％。使用温度范围：ADl674J／K为优～70q℃(C级)竞争ADl674MB为一4a℃一+85℃(I级)；ADl674T芙卜_——七5℃一+125℃(M级)。24单片机采用MC争—_51单片机为核心控制器件，MC争—_51单片机功能强、功耗低，片内数据存储器(RAM)256B，程序存储器4kB(Flash)，因而编程和修改方便，使用非常广泛。状态输出连接至INT0，使软件可以以中断方式接收数据，转换结束时，STATUS输出为低，可启动MCS一51的外部中断。25数字调节器本系统选用常见的PID调节，它能有效地减小系数的超调和稳态误差。PID调节的位置式控制方程：Ua（t）=Kp[X(t)+TD*dt(t)/dt+1/T*∫X(t)dt]式中：Ua(t)为PID控制器的输出量。即执行机构的输出量，为一个采样周期内通电的周波数；X(t)为t时刻给定恒温值e。与实际炉温e之差。将其离散化，得：Ua(k)=Ua(k-1)+Kp{[x(k)-x(k-1)+(T/T1)*X(k)+Tp/T]*[X(k)-2X(k-1)+X(k-2)]式中：T-采样周期；T0-微分时间常数；Tt–积分时间常数；Kp-比例系数；X(k)为本次采样时θ。与θ之差△θ。令：K2=Kp*(T/Tt);Kd=Kp*(Td/T);则有：Ua(k)=Ua(k-1)-Kp{[x(k)-x(k-1)]+K2*X(k)+Kd*[X(k)-2X(k-1)+X(k-2)]式中：Kp为调节器的比例系数；K2为调节器的积分系数；K0为调节器的微分系数。3系统软件设计本系统应用软件采用MCS一51汇编：苦言编程，采用了模块化、结构化的设计方法，整个程序由主程序(图2所示)和秒中断子程序(图3所示)组成。程序结构清晰，主程序和秒中断子程序流程图分别如下：开始初始化主程序循环检测按键及定时处理主程序完成二次循环报警处理显示主程序图二：主程序流程图1)报据秒中断的设置标志，完成上下限及断线的LED显示报警和蜂呜器报警，还有LED显示；2)响应键盘操作，配合LED显示构成人机界面，完成日期、时间、压力、位移的显示和设置。开始中断保护数据采集滤波是否断线非线性补偿是否蜂鸣存储数据数据出栈结束设断线标志设触发报警标志图三：秒中断子程序秒中断是软件的核心，在响应DSl2887产生的每秒一次的硬件秒中断时，秒中断服务程序完成如下功能：1)进行数据采样、滤波、存储：2)对采样进来的数据，利用PID进行调节。4系统需注意的问题：1)由于压力传感器输出的信号是毫伏级，因此把微弱信号送到压力变送器的这段导线要尽量短目采用屏蔽线：2)压力变送器电路中的增益调节电阻R要选取适当。否则不能保证输出最大值20mA：3)由于施工现场噪声干扰大，传感器输出信号微弱，硬件上处理并不能完全保证显示数据的稳定，因此软件上要采取多次采样取算术平均值的方法。本系统采取的方法是采样12次，去掉最大值和最小值，并取算术平均值。5结束语本系统中所介绍的智能压力传感器，具有成本低、体积小、精度和可靠性高及使用方便等优点，同时可与微机远程通信，以组成更大范围和更高级的压力测控系统【参考文献】何立民．MCS一51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技米【M1】北京：北京航空航天大学出版社．1990．彭军.传感器与检测技术【M】．西安：西安电子科技大学出版社2003．何金庆．传感器技未与应用【M】.北京机械工业出版社2006.