压力测量仪

压力测量仪

2.1 压力测量仪硬件整体分析

本文硬件系统的实现原理如下：

1)    压力传感器采集压力信号，压力信号通过压力传感器转换成电压信号，此电压信号只有微伏级。

2)    将微伏级电压信号进行差分放大，并滤波，使其成为能满足A/D转换芯片的输入要求的模拟电压信号。

3)    将模拟信号转换成数字信号。

4)    数字信号送至单片机进行处理，并同时进行按键及显示。

2.2.2 传感器选型

压力传感器：悬臂梁电阻应变式传感器——是高精度压力传感器，当其在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化，使全桥输出电压发生变化，从而完成了将外力变换为电信号的过程^[5]。本设计所采用的传感器参数如表2.1：

表2.1 压力传感器性能参数表

量程	g	100
综合误差	mv/v	0.03
输出灵敏度	mv/v	0.8±0.15
非线性	%FS	0.03
重复性	%FS	0.03
滞后	%FS	0.03
蠕变	(3min)%FS	0.03
零点漂移	(1min)%FS	0.03
零点温度漂移	%FS/10℃	0.3
额定输出温度漂移	%FS/10℃	≤0.03
零点输出	mV/V	±0.1
输入电阻	Ω	1050±50
输出电阻	Ω	1000±5
绝缘电阻	MΩ	≥2000
推荐激励电压	V	≤6
工作温度范围	℃	0--+50
过载能力	%FS	150

2.3.3 压力采集放大电路

图2.4 压力采集放大电路图

压力采集使用的是悬臂梁电阻应变式传感器，该压力传感器输出的电压只有微伏级，必须采用放大电路将传感器输出电压放大到5V。

在上图中，R19为调零电阻，R16为增益调节电阻，调试时，调节R19使输出为0，满量程时调节R16，使输出为4～5V。

压力的采集的结果需要送至单片机进行AD转换，应该将数据采集的电路与单片机连接起来，本设计把单片机的P1.6口作为压力数据采集口，将P1.7口作为温度采集口。（STC单片机的P1口的8个引脚都具有AD转换功能，支持8路数据的采集）。

由于普通的LED数码管已经满足不了本设计的显示要求，本设计选取了LCD1602作为单片机的显示设备，LCD1602与单片机连接需要11个连接口，其中8个数据口、3个控制口。数据口用的是P0口，控制口用的是P3.2、P3.3、P3.4口。此外，LCD1602支持背光功能，背光的亮度可以由一个0~5V的电压来控制，可以接一个电位器来对5V电压进行分压而获得。

对压力的标定需要由键盘完成，本设计中需要用到键盘的数量比较多，而单片机IO口有限，所以采用了4*4矩阵式键盘。把P2口的8个IO口作为按键的扫描口和反馈口，通过软件程序对IO口的扫描和处理，得出按键值。

  图3.1 总体流程图

程序开始运行后，首先初始化按键模块，然后初始化AD转换模块，再初始化LCD显示模块，然后设置中断。当单片机正常运行且无中断的情况下循环进行AD转换检测、按键检测和LCD显示。当检测到AD转换启动命令时就进入AD转换与处理程序，包括压力采集，温度采集，软件滤波，标度转换，温度补偿。当检测到键盘有按键按下就跳转到按键处理程序进行对应的操作。按键处理程序主要负责系统的智能标定工作。当单片机检测到定时器中断信号时立即终止当前程序，进入中断处理程序。中断处理程序用于控制AD转换的转换频率。