基于51單片機為核心的智能壓力傳感器設計

　　0 引言

　　對目前所有兼容lntel 8031指令系統的單片機，統l稱(chēng)為51單片機。Intel的8031單片機是51單片機的始祖。8031單片機是目前應用最廣泛的8位單片機之一。隨著(zhù)Flash rom技術(shù)的發(fā)展，它也得到了不斷的發(fā)展，廣泛應用于工業(yè)測控系統中ATMEL公司的AT89系列，是8031單片機中最有代表性的型號。51單片機是基礎入門(mén)的一個(gè)單片機，也是應用最廣泛的一種，在目前乃至今后很長(cháng)的一段時(shí)問(wèn)內。51系列的兼容機型都將占有大量的市場(chǎng)。

　　控制系統傳統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?，F在正在用單片機通過(guò)軟件的方法，來(lái)實(shí)現采用硬件電路實(shí)現的大部分控制功能，智能化的數字計算控制、模糊控制和自適應控制可通過(guò)單片機來(lái)實(shí)現，從而改變自動(dòng)控制中的PID調節。隨著(zhù)單片機的廣泛應用，以軟件取代硬件并能提高系統性能的微控制技術(shù)將不斷發(fā)展完善。

　　壓力傳感器，英文名稱(chēng)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。壓力傳感器在工業(yè)實(shí)踐中很常用，各種工業(yè)自控環(huán)境中應用很廣，涉及的行業(yè)也很多，像水利水電、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、石化、電力、船舶、管道等行業(yè)都有涉及到。

　　1 智能壓力傳感器的特點(diǎn)

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

　　(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(jìn)行，也可以存取測量數據。

　　(3)測量的穩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(jìn)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(shí)現用硬件不能實(shí)現的功能。

　　(5)輸出形式和數字通信接口等很多，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據功能

　　對壓力傳感器輸出信號進(jìn)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(lèi)繁多的被檢測信號，輸出信號也有模擬量、數字量和開(kāi)關(guān)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一的電壓信號或周期信號進(jìn)行預處理。

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

　　(2)數據處理。A/D轉換器轉換壓力傳感器的數據輸出信號，要根據需要加工處理所獲得的數字信號，如標度變換、非線(xiàn)性補償、溫度補償和數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。

　　以下幾方面都是數據處理的內容：① 收集數據，對所需要的信息匯總;②轉換數據，把所需要的信息轉換成適用于微處理機使用的方式：③ 分組數據，對數據有效分組，這種分組是按有關(guān)信息進(jìn)行的;④ 組織數據，為了便于處理和對誤差進(jìn)行修正，要對數據進(jìn)行整理或是用其它方法安排;⑤ 計算數據，為得到進(jìn)一步的信息，要對數據進(jìn)行各種算術(shù)和邏輯運算;⑥存儲數據，對原始數據和計算結果要保存好，以便以后使用;⑦搜索數據。將結果通過(guò)提供有用格式的信息，按用戶(hù)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(guò)程，是根據對智能壓力傳感器提出的技術(shù)指標進(jìn)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(kāi)關(guān)、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?、數據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(gè)方面。

　　圖1 硅壓力傳感器的電路圖