摘要

智能傳感器就是基于傳感器技術(shù)，將傳感器發(fā)出的信號進(jìn)行信號處理。首先經(jīng)斬波穩(wěn)零放大器進(jìn)行信號發(fā)大，之后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換再經(jīng)單片機(jī)AT89C51進(jìn)行控制，最終顯示出來。此處，研究的智能壓力傳感器，就是將壓力傳感器輸出的電信號進(jìn)行信息處理后將壓力顯示出來，并通過鍵盤控制使智能化更趨于完善。

隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，信息處理技術(shù)也在不斷發(fā)展完善。但作為提供信息的傳感器，它的發(fā)展相對于計算機(jī)的信息處理功能來說就落后了。這使得自動檢測技術(shù)受到影響，而檢測技術(shù)是人類認(rèn)識世界和改造科技不可少的重要手段。基于上述因素，越來越多的科技工作者對傳感器技術(shù)予以了高度的重視，促使傳感器技術(shù)加速發(fā)展，以適應(yīng)信息處理技術(shù)的需要。突破是以測試技術(shù)的水平為基礎(chǔ)的壓阻型擴(kuò)散硅壓力傳感器以其低價格得到廣泛應(yīng)用，基于單片機(jī)技術(shù)的智能壓力傳感器以其使用方便，測量精確而得以推廣。 壓力傳感器的核心是擴(kuò)散硅電阻橋，智能壓力傳感器應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)采集數(shù)據(jù)、信號的處理并輸出顯示結(jié)果。擴(kuò)散硅的壓阻系數(shù)是溫度的函數(shù)，所以存在靈敏度溫漂，而影響溫度的因素是多方面的：測量環(huán)境的變化，測量電路產(chǎn)生的熱量的影響等等，所以要想得到比較精確的壓力值，必須對壓力傳感器進(jìn)行校正。 壓力傳感器的零點存在熱漂移、電漂移和時間漂移，減小壓力傳感器的熱零點漂移的措施是各力敏電阻的電阻值及其溫度系數(shù)的相等性。

本論文主要介紹智能壓力傳感器的實現(xiàn)，分硬件和軟件兩部分進(jìn)行介紹。硬件部分主要介紹了各應(yīng)用器件的特性及實現(xiàn)方法;軟件部分主要介紹了信息處理的編譯思想。

第一章 緒 論

傳感器技術(shù)在當(dāng)代科技領(lǐng)域中占有十分重要的地位，是21世紀(jì)人們在高新技術(shù)發(fā)展方面爭奪的一個制高點，在國外各發(fā)達(dá)國家都將傳感器技術(shù)視為現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。從20世紀(jì)80年代起，日本就將傳感器技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展的高打撈技術(shù)之首，美國等西方國家也將傳感器的基本知識列為國家科技和國防技術(shù)發(fā)展的重點內(nèi)容。當(dāng)前，世界上正面臨著一場新的技術(shù)革命，這場革命的主要基礎(chǔ)就是信息技術(shù)。信息技術(shù)的發(fā)展給人類社會和國民經(jīng)濟(jì)的各個部門及各個領(lǐng)域都帶來了巨大的、廣泛的、深刻的變化，是當(dāng)今人類社會發(fā)展的強(qiáng)大動力。并且正在改變著傳統(tǒng)工業(yè)的生產(chǎn)方式，帶動著傳統(tǒng)工業(yè)和其他新興產(chǎn)業(yè)的更新和變革。在軍事國防、航空航天、海洋開發(fā)、生物工程、醫(yī)療保健、商檢質(zhì)檢、環(huán)境保護(hù)、安全范圍、家用電器等方面，幾乎每一個現(xiàn)代化項目也都離不開傳感器技 。

信息的采集是指從自然界中、以及生產(chǎn)過程中或科學(xué)實驗中獲取人們需要的信息。信息的采集是通過傳感器技術(shù)實現(xiàn)的，因此傳感器檢測技術(shù)實質(zhì)上也就是信息采集技術(shù)。顯而易見，在現(xiàn)代信息技術(shù)的三大環(huán)節(jié)中，“采集”是首要的基礎(chǔ)的一環(huán)，沒有“采集”到的信息，通信“傳輸”就是“無源之水”，計算機(jī)“處理”更是“無米之炊”。

然而隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息處理技術(shù)也在不斷更新完善。但作為提供信息的元件傳感器，它的發(fā)展相對于計算機(jī)的信息處理功能來說就落后了。這使得自動檢測技術(shù)受到影響，也直接影響到多種技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。基于上述因素，越來越多的科技工作者對傳感器技術(shù)予以了高度的重視，促使傳感器技術(shù)加速發(fā)展，以適應(yīng)信息處理技術(shù)的需要。

本設(shè)計研究的智能壓力傳感器，就是將壓力傳感器輸出的電信號進(jìn)行信息處理后將壓力顯示出來，并通過鍵盤控制使智能化更趨于完善。

第二章.智能傳感器的結(jié)構(gòu)及特點和數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理

§第一節(jié) 智能傳感器的結(jié)構(gòu)及其特點

如圖2—1所示為智能傳感器的結(jié)構(gòu)圖：

圖2—1

智能傳感器的特點：

(!)擴(kuò)展了測量范圍和功能，可實現(xiàn)符合參數(shù)的測量和各種不同要求的測量;

(2)提高了靈敏度和測量精度，可進(jìn)行微弱信號測量，并進(jìn)行各種校正和補(bǔ)償，測量數(shù)據(jù)可以存取;

(3)提高了測量的穩(wěn)定性和可能性，可排除外界干擾，進(jìn)行有選擇性的測量，使傳感器高性能化;

(4)具有自診斷功能，有確定故障部位、識別故障狀態(tài)等功能及用硬件難以實現(xiàn)的功能;

(5)可以有多種樹出形式及數(shù)字通信接口等。

無論是智能化傳感器還傳感器智能化，都是具有檢測和信息處理功能的傳感器。

§第二節(jié) 智能傳感器的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理

傳感器智能化之前必須對其輸出信號進(jìn)行預(yù)處理。由于被檢測信號種類繁多，輸出的信號有模擬量、數(shù)字量、開關(guān)量等，絕大多數(shù)傳感器輸出傳感器輸出信號不能直接作為A/D轉(zhuǎn)換的輸入量，必須先通過各種預(yù)處理電路將傳感器輸出信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的電壓信號或周期信號。

數(shù)據(jù)采集

傳感器信號經(jīng)過與處理成為A/D變換器所需要的點模擬信號，模擬典雅的數(shù)字化則天要依賴于模擬轉(zhuǎn)換器(A/D)它通過采樣、量化和編碼將輸入信號變換為數(shù)字信號。

數(shù)據(jù)處理

傳感器的數(shù)據(jù)輸出信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，所獲得的數(shù)字信號一般不能直接輸入微處理機(jī)供應(yīng)用程序使用，還必須根據(jù)需要進(jìn)行加工處理，如標(biāo)度變換、非線性補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、數(shù)字濾波等，以上這些處理也稱軟件處理。

數(shù)據(jù)處理包以下幾方面的工作;

(1) 數(shù)據(jù)收集：匯集所需信息;

(2) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：把所需信息轉(zhuǎn)換成適用于微處理機(jī)使用的方式;

(3) 數(shù)據(jù)分組：按有關(guān)信息進(jìn)行有效分組;

(4) 數(shù)據(jù)組織：整理數(shù)據(jù)或用其他方法安排數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行處理和誤差修正;

(5) 數(shù)據(jù)計算：進(jìn)行各種算術(shù)和邏輯運算，以便得到進(jìn)一步的信息;

(6) 數(shù)據(jù)存儲：保存原始數(shù)據(jù)和計算結(jié)果，供以后使用;

(7) 數(shù)據(jù)搜索：按要求提供有用格式的信息，然后將結(jié)果按用戶要求輸出。

智能傳感器的信號預(yù)處理、采樣周期、A/D轉(zhuǎn)換器的選擇及數(shù)據(jù)處理當(dāng)中的一些補(bǔ)償方法這里不多介紹。

第三章 智能壓力傳感器的設(shè)計方案

根據(jù)對智能傳感器提出的技術(shù)指標(biāo)，其設(shè)計過程主要包括總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、敏感元件設(shè)計、傳感器工藝設(shè)計、軟件設(shè)計等本論文只對智能壓力傳感器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和軟件設(shè)計作介紹。

結(jié)構(gòu)設(shè)計

智能壓力傳感器由半導(dǎo)體敏元件、放大器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、雙積分A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、接口電路、IEEE—488標(biāo)準(zhǔn)接口、存儲器和部分外圍電路組成，

如圖3—1所示;

硅壓力傳感器的電路圖

圖3—1 智能壓力傳感器組成框圖

       軟件設(shè)計

用單片機(jī)構(gòu)成的智能壓力傳感器軟件有控制程序、數(shù)據(jù)處理程序及輔助程序。

智能壓力傳感器的重要特點之一是多功能，一般采用兩種方式去執(zhí)行：一是用戶通過鍵盤發(fā)出所選功能的指令;二是自動式，由內(nèi)部功能控制程序協(xié)調(diào)已編制好的數(shù)據(jù)采集與處理程序工作，或通過IEEE-488總線接收外部信號，向智能傳感器發(fā)出控制指令，智能傳感器由自校、跟蹤、越限報警、輸出打印、鍵盤、顯示、A/D轉(zhuǎn)換等電路及接口，保證工作有序進(jìn)行可依圖3—2的源程序流程圖設(shè)計;智能傳感器安裝好以后，要進(jìn)行標(biāo)定，將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字碼，存入EPROM中，最后給出比較理想的輸出，如圖3—3所示;

圖3—3 智能傳感器源程序流程圖

圖3—4 智能壓力傳感器修正、顯示流程圖

這種智能傳感器可利用集成電路、傳感器的封接技術(shù)，將帶有感溫二極管的硅力敏元件與單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、接口電路等部分混合集成、連接在一起，使整個系統(tǒng)具有程控、運算、處理等功能，對測試輸出信號自動進(jìn)行修正和補(bǔ)償，可長期穩(wěn)定地在環(huán)境溫度變化的場合。

結(jié)論：智能壓力傳感器是一種檢測壓力的智能儀器，它的測量很精確，被廣泛應(yīng)用于電子稱或商務(wù)測量等領(lǐng)域中。本設(shè)計是為了實現(xiàn)將壓力通過系統(tǒng)直接顯示出來，并通過鍵盤控制使智能化更趨于完善。