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(jì)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(jì)算機(jī)的信息處理功能來說就落后了。這使得自動(dòng)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(jià)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(diǎn)存在熱漂移、電漂移和時(shí)間漂移，減小壓力傳感器的熱零點(diǎn)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(shí)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(shí)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(gè)制高點(diǎn)，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(diǎn)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(huì)和國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門及各個(gè)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(huì)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。并且正在改變著傳統(tǒng)工業(yè)的生產(chǎn)方式，帶動(dòng)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(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)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(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)的，因此傳感器檢測技術(shù)實(shí)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(jì)算機(jī)“處理”更是“無米之炊”。

然而隨著計(jì)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(jì)算機(jī)的信息處理功能來說就落后了。這使得自動(dòng)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(jì)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(diǎn)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(diǎn)

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(diǎn)：

(!)擴(kuò)展了測量范圍和功能，可實(shí)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(shí)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(diǎn)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(jì)算：進(jìn)行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算，以便得到進(jìn)一步的信息;

(6) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：保存原始數(shù)據(jù)和計(jì)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(jì)方案

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

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(chǔ)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(jì)

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(diǎn)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(dòng)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(bào)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(jì);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(gè)系統(tǒng)具有程控、運(yùn)算、處理等功能，對測試輸出信號自動(dòng)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(jì)是為了實(shí)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。