1、青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）- 1 -摘 要 ： 近几年的科技飞速发展，我们日常生活中的报警装置正在逐渐的更新换代，改变着世界的面貌。压力报警器利用单片机控制技术，自动检测出现在警戒区内的危险事件，向用户发出危险报警信号。我们知道压力是日常生活中常常能够接触到的物理参数之一。保证生产和设备安全运行必不可少的条件是需要压力的检测和控制。因此实现自动化压力的检测，对工业过程的控制展示了重要作用。这次课题基本是利用单片机还有专用芯片使用压力传感器所检测到的数据信息转换计算,让它对压力开始智能的测试改变输出结果。本次产品计划是通过利用单片微型计算机的检测与运转功能。这技术利用压力传感器把电能脉
2、冲代替检测到的压力数值，然后电能脉冲利用电子晶体管进行数据的增大，将数据传输八位的模数转换器，之后再把电能脉冲用较于直观的数字信号替代，最后经过微控制器模拟变成 LED 屏显系统能够读取的信号，最终显示出检测的压力数据。当检测到压力数据产生变化的情况，经过模数转换器数据计算，系统会对应不同的输出结果。本系统采用了压力传感器，优点是制作成本较低，组装简单，性能稳定且操作方便，另外用户使用安全可靠。这次设计的主要硬件是单片微型计算机、压力传感器、A/D 转换器，还有 LED 显示器之类的电子原件，整个系统都是在独立的情况下完成，希望这次的设计能在将来的日常生活中起到一定的运用效果，也能运用到报警的
3、一些仪器中，发挥巨大的作用。 关键词：单片微型计算机；A/D 转换器；压力报警装置；LED 显示器青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）- 2 -Abstract:The rapid development of science and technology in recent years, our daily life is the alarm device gradually upgrading, changing the face of the world. Pressure alarm system using single-chip microcomputer control tech
4、nology, automatic detection of dangerous events appear in the warning area, a danger alarm signal to the user. We know that pressure is one of the physical parameters in daily life can often come into contact with. Necessary to ensure the safe operation of production and equipment condition detectio
5、n and control is to pressure. The realization of automatic pressure detection, demonstrating the important role of industrial process control. This topic is the basic data conversion using pressure sensor to detect the use of single-chip and chip calculation, let it begin intelligent test output res
6、ults of pressure change. This product plans by testing and running function using single chip microcomputer. This technology uses pressure sensor to numerical power pulse to replace the detected pressure, then the electric energy pulse data increase the use of electronic data transfer transistor, ei
7、ght bit analog-to-digital converter, then the electric energy pulse is replaced by digital signal with intuitive, finally through the signal microcontroller simulation into LED screen display system can read the final show pressure testing data. When the detected pressure data changes, through the A
8、DC data, the system will correspond to different output results. The system uses pressure sensor has the advantages of low production cost, simple assembly, stable performance and convenient operation, in addition to the use of safe and reliable user. The main hardware design of single chip micro co
9、mputer, pressure sensor, A/D converter, electronic components and LED displays and the like, the whole system is done in a separate case, I hope this design can play a certain effect in the future use in daily life, can also be applied to some instrument alarm, play a huge role.Key words: Single chi
10、p microcomputer; A/D converter; pressure alarm device; LED display青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）- 3 -目 录摘 要 .1Abstract .2第一章 绪论 .41.1 基于单片机压力警报器的现状 .51.2 目前在我国的发展概况 .5第二章 整体系统构造的世界 .62.1 设计目标 .62.2 系统介绍 .62.3 系统工作原理 .62.4 最小系统设计 .62.5 测试系统的工作原理 .7第三章 单片机的压力检测原理 .83.1 压力的概念 .83.2 压力传感器的选择 .83.3 电阻金属应变片的工作原理 .93.
11、4 电阻应变片的基本结构 .10第四章 信号显示放大电路 .124.1 A/D 转换器 .124.2 单片机对 ADC0832 的控制原理 .134.3 发光二极管及 LED 显示器 .134.4 七段数 LED 显示器 .144.4 程序源代码 .15第五章 结论 .18参 考 文 献 .19致 谢 .20附 录 .21青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）- 4 -第一章 绪 论纵观世界不断发展，,我们会发现现在单片机压力传感器在工业生产中是很重要的一种传感设备。现在的压力传感器向下一元件传输的都是数字信号，数字信号是能够比较好让 LED 显示器识别的模拟信息。而我们的压力传感器就是利用敏感
12、元件对压力进行测量之后处理产生模拟的电信号的传感器，大部分是利用的压电效应进行的信号转换。这样我们还能见到许多的工业园区会安装压力报警装置，对一些压力比较敏感的地方，我们需要一个装置来测量压力，实时的转换成数据让人们警觉，有的是产品生产，有的是产品检测方面。另外，在压力探测转换器中,首先要说起单片机控制的压力传感器，系统简单方便，能够适用在不同的工作环境，性能稳定，通过检测到压力信号转换成为电信号，之后再转换成为数字信息，表达出来。有时候这些压力报警装置十分重要。1.1 目前基于单片机压力警报器的现状这几年，我们能体会到身边单片机的发展运用在各个方面，这样的应用同样有在我们的压力传感器,随着集
13、成电路的飞速发展，特别是把微控制器镶嵌到不同的压力测量仪器中已经慢慢走进了人们的日常生活当中。如今可以说没有微机的设备不可以走进先进设备的行列，现代所有的控制系统基本都是和微机系统息息相关的，这种技术已经逐渐的联合在一起，不可分割。压力数据检测在现实生产生活中有着非凡的意义。现在工厂生产中，需要获得更高的生产效率、更安全的生产，需要实时监测产品出厂的过程的数据，如压力、速度、气温等环境因素。而且检测压力在生产中对产品和工人安全问题有着关键性的作用，所以有需要精准的监测压力情况。同时我们通过将单片机的串行段都和数据寄存器相连更好的计算数据，然后可以更好的显示压力值，能够增强单片机的操作系统的使用
14、率。同时可以更完美的将数据直观显示，我们可以利用键盘导入分钟数据信息给微机处理 CPU单元，同样的我们也能用显示输入器，使单片机操作 CPU 单元一直位于待机状态下。这样我们如果需要得到最终的压力数据，就可以通过单片机和压力检测仪之间的联合，最后通过一定的运算程序转换成数据信息显示出来，最终达到我们所需要的系统程序。1.2 目前在我国的发展概况 青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）- 5 -现在中国市场上的许多报警系统也是各种各样，压力的检测系统也是逐渐的走向升级，我们的现在的操作系统能够将现在的空气中压力准确地显示出来。另外，力传感器是工厂生产过程中简单适用的一种传感器。压力传感器就是利用敏
15、感元件对压力进行测量之后处理产生模拟的电信号的传感器，大部分是利用的压电效应进行的信号转换。压力传感器的主要中间过程就是传感，即将压力信号传到数据处理设备中。现在我们需要将单片机技术与现在的压力传感器技术联合起来，组成一种新的简单科技。另外现在这种技术也是非常好实现的，这些系统的零件能便宜买到，通过节约成本，大批量生产也是可能的。其次，单片机控制的压力传感器，可以通过将检测到的压力数据转换成为虚拟的电信号，在通过我们的模拟计算机计算转换将电信号形成的电能脉冲通过转换器装换成较于系统识别的数字信息，最后通过 LED 显示屏显示压力数据，如果超出了正常压力数据，则压力报警器就会实现报警。这样充分的
16、保证了生产安全。如今发展的单片机压力报警器已经变成了一种很普遍的报警器，完成生产中更实用高效的报警装置。青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）- 6 -第二章 系统设计2.1 设计目标 中央处理器 CPU 压力报警器的设计是单片机系统。软件部分以汇编语言实现对芯片的控制，根据系统的设计要求编写出单片机程序。设计运行过程分为四个方面，单片机系统控制模块，显示压力数据，检测压力数据还有 LED 显示压力报警装置。压力报警器应该满足的要求： （1）用七段数码管能显示检测压力数值 （2）当压力超过预设的限制会造成红色 LED 指示报警2.2 系统介绍 本次课题设计的压力报警器大致能分为下面四个系统：单片
17、机操作系统、模数转化器系统、报警系统、数据显示系统。系统中的压力测试系统应用 ADC0808 转换器，测试时使用圆圈式变阻装置转换最后的电信号。数据显示系统用的是晶体数码显示管。芯片作为显示屏，以显示实时检测到的温度信号。LED 报警系统采用蜂鸣器，当压力超过设定时间限制，喇叭自动响起，提醒人们注意。2.3 系统工作原理 当我们测量的压力在测试范围内时，中央处理器就会通过单片微型计算机控制系统程序控制圆圈式变阻装置选择不同的阻值输入到传感器单元，在通过我们的模数转化器将得到的电信号数据变成新的数字信号，再将得到的数字信号通过数据传输端口转换到单片机的数据接收系统，利用程序使单片机经过中央处理器
18、的处理后把数据从单片机输入到 LED 显示系统，之后LED 系统会对应的展示所测不同的压力数值。正常的工作状态下，显示系统是在上限一下工作，因此不会使报警灯两端信号导通，这样就不会产生报警信号。但是当压力显示高于我们所设定的压力设定的上限值是，单片机的输出系统会导通一段低的电平，从而使报警系统的两端电信号导通，因此现在红的指示灯就会亮起，并且伴随这报警扬声器会响起。2.4 最小系统设计 （1）复位电路的设计： 自动恢复原电路设计功能，它是通过一种电路的简单装置复位电容充放电青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）- 7 -来控制电路的暂停恢复，RST 引脚是复位信号的输入端。这样的恢复原系统位置信
19、号只是高压状况下能够自由工作，这种工作时间只能坚持在大概 24 个机器使用工作周期左右。在这段时间的恢复过程中，只要压力逐渐走向设定数值的上限之下，我们的红灯会熄灭，最后恢复成绿灯亮，处于正常工作环境亮灯。（2）振荡电路设计： 单片机中的信号通过数据转换在芯片中连接了信号放大器，也就是说我们能将所得到的数据信号从输入开始经过一定的转换系统将信号扩大，从而使我们能更方便截取信号信息。到了数据终端输出装置，只需要将两个接口的晶体管之间连接一个信号震荡放大器，将电信号接地，从而形成一个闭合回路，之间加入调试电容，最后连接成为具有反馈电路的震荡器工作电路。（3）、显示模块： 我们只是需要一个装置能够查
20、看目前所测压力的大概数值，通过一个显示屏显示数据信息。本设计采用的数码管能够更直观更方便的显示出压力的变化情况，数码管主要对压力数值进行整数值的输出，计算速率相对来说要快捷，而且我们需要的压力数据信息不需要多么精准，数码管更经济更适合要求。（4）指示灯报警模块设计： 绿灯为电源指示灯，通电后即亮。正常的工作状态下，显示系统是在上限一下工作，因此不会使报警灯两端信号导通，这样就不会产生报警信号，这时候指示灯一直是绿灯亮的状态。但是当压力显示高于我们所设定的压力设定的上限值是，单片机的输出系统会导通一段低的电平，从而使报警系统的两端电信号导通，因此现在红的指示灯就会亮着报警，并且伴随这报警扬声器会
21、响起。2.5 系统测试： 通过系统的设计我们知道本设计的测试可以分成两次测试，第一次是软件测试，在这个测试的环节我们需要采用 PROTUES 仿真软件把我们设定好的程序带入到软件编程之中，点击开始，对其中的各种情况进行记录； 青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）- 8 -第二就是实物测试，在这个测试环节我们就是按照设计的电路图对所有的零件进行组装和调试，并根据具体出现的情况进行不断的改进和更新。下面我附录了利用仿真软件所得到的一些情况如上图所示：绿灯为电源指示灯，通电后即亮。当所测试的压力数值不超过上限的 60N时，一直是绿灯亮起，而不会报警；但是当检测到的压力数值超过所设定的上限时候，这时候
22、红色灯亮起进行报警，这次软件模拟结果和我们的课题要求相符合，也就是说这次设计在软件测试阶段是是可以实行的。青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）- 9 -第三章 单片机的压力检测原理 这次的单片机测试系统主要是以单片机来测量压力大小，所以系统需要有一些装置作为接收电信号的输入，为下一步的程序操作准备好电信号的输入。另外我们需要通过压力传感器对所承受的压力进行测量，再通过传感器把压力信号转换成为基础电能脉冲然后经过放大电路经过模数转换器进行数字化转换才能输入到计算机系统，经过计算机的处理器进行数据的处理运算。最后通过LED 灯显示数据的上限，同时我们需要预先把编写好的程序输入到单片微型机系统。我们
23、主要是经过将压力的所测试到的压力数值进行数据转化，然后通过一些数据输入功能将数据输入到 CPU 中央处理器，之后在通过数据输出功能输出电信号到单片机计算信号微弱大小，之后将数据通过模拟模数转换器转换成数字信号，之后用数码晶体管显示出大概的压力值数据，而 LED 灯可以通过显示的信号大小确定该压力情况是否是超过设定上限，再控制红灯的报警装置开启。按照我们所设计的实物参照系统，对之后的设计结果进行微微的调整数据。3.1 压力的概念 压力是物理上的一个重要的概念，即发生在两个物体的接触表面的作用力，或者是气体对于固体和液体表面的垂直作用力，或者是液体对于固体表面的垂直作用力。我们需要对压力进行一定的
24、监测和控制才能确保工业生产的平稳操作，但是我们这里所指的压力大多情况下是指的物理中的压强，也就是垂直作用在单位面积上的力。 在压力，测量绝对压力，压力表，常用的负压或真空点。物理学上所说的绝对压力是指直接作用于容器或物体表面的压力，绝对压力值以绝对真空作为青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）- 10 -起点，用符号 pj 表示，这样可以用绝对压力表检测绝对压力。包围了一层厚厚的大气层，表面上的表面或地球的表面的压力称为“大气压”称为大气压力，用符号 PQ 代表。压力同样是工厂生产中的要紧的安全系数，就比如一些确定压力的环境，只要环境压力高于要求限定的标准数值时候，环境就是不安全稳定的，所以要求
25、我们对压力有必要的设备检测和监控。另外的在一些产品的生产实验阶段，压力还可以对产品的生产数量和质量之类产生很大的意义，就比如在化学合成氨的时候，氮和氢将需要合成的正常生产，在一定的压力下，而压力会改变产量控制。另外，在一些有限的特定情况下，我们知道压力还可以通过公式粗略的计算出温度和气压等数据。 3.2 压力传感器的选择 大多数的压力传感器是由压力敏感元件与信息转换元件构成，压力表面测量的主要功能是将作用于产品表面的压力测量出来，并转换成为我们所熟悉的电信号。压力敏感元件主要负责测量而信息转换元件主要负责将信号转换，两者相辅相成有时候又可以结合起来一起使用。压力传感器仙子可以应用于现在的工业生
26、产中参与水利水电，铁路运输，建筑智能化，生产自动化，航空航天，军事，石化，石油，电力，船舶，机床，水暖等行业。而且压力传感器是设计中直接检测压力大小的重要的原件组成，我们可以选择各种压力半导体传输可以较为精准的检测出所承受的压力，另外将其转化成为标准的电能脉冲输出到显示，再通过压力显示器将压力转换成数字信号显示出来，假如超出了一定上限就报警提醒。另外现在的压力传感器分为许多种，比如现在的滑动变阻器式压力传感器、半导体式压力传感器、电容式压力传感器等。 而滑动变阻器式传感器作为应用时间最长而且机构特别简单成本较低，组装简单，性能稳定且操作方便，另外用户使用安全可靠，最重要的是使用简单测量数据准确
27、，而且灵敏可靠度高。它是目前生产生活当中使用较多的一种压力测量转换器。滑动变阻器压力传感器是由敏感原件和滑动变阻器组成的，只要敏感元件感觉到表面受到了一定的压力时，就会将这种压力数值传输到滑动变阻器元件，这样电阻就能通过压力的变化而逐渐改变，我们就能检测到各种产品的物理重要参数，比如压力和温度等。3.3 金属电阻应变片的工作原理 应变式压力传感器的压力转变为电阻变化的测量，电阻应变片是一种体是由金属导体或半导体，可以把所测压力变化转变成电信号，这是压阻式应变传感器的核心部件。我们平时将金属应变片和压力传感器通过化学物品连接在检测的敏感元件上。当传感元件可以是不同的压力变化时，滑动变阻器可以改变
