一種新型智能壓力檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

姜燕妮 柴紅

摘要：針對(duì)當(dāng)前社會(huì)對(duì)集自動(dòng)檢測(cè)抽樣與轉(zhuǎn)換、高精度、多標(biāo)度變換及人機(jī)互動(dòng)型操作功能于一體的壓力檢測(cè)需求，提出了一種新型智能壓力檢測(cè)系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)包含STC12C5A60S2為主處理器的最小系統(tǒng)，A/D轉(zhuǎn)換模塊，液晶顯示模塊以及智能紅外人機(jī)交互模塊4大模塊。通過(guò)0～180kg重量范圍內(nèi)多件物體的垂直壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)壓力檢測(cè)的相對(duì)誤差范圍為0.55%～0.98%。

關(guān)鍵詞：壓力檢測(cè) 最小系統(tǒng) A/D轉(zhuǎn)換 液晶顯示 智能人機(jī)交互

中圖分類(lèi)號(hào)：TM 930.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A？？？？文章編號(hào)：1007-9416（2016）05-0000-0

1 智能壓力檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

智能壓力檢測(cè)系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為4大模塊，即STC12C5A60S2最小系統(tǒng)模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、LCD輸出顯示模塊以及智能人機(jī)互動(dòng)模塊，共同完成壓力檢測(cè)的整個(gè)環(huán)節(jié)。壓力經(jīng)過(guò)電阻應(yīng)變式傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再經(jīng)RC濾波輸入到8位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS1232中將進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)控制19264液晶輸出顯示準(zhǔn)確的壓力值，期間人機(jī)交互模塊電路完成人機(jī)遠(yuǎn)程互動(dòng)。

2 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)

2.1一鍵開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)

一鍵開(kāi)關(guān)電路用來(lái)方便控制整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。設(shè)計(jì)S3為系統(tǒng)的總開(kāi)關(guān)，按下后+5V供電電路啟動(dòng)，系統(tǒng)運(yùn)行，再次按下后切斷供電，系統(tǒng)關(guān)閉。VP是由220V電壓經(jīng)過(guò)電源適配器后轉(zhuǎn)換的約為8.35V的直流電壓，SWTICH是接到單片機(jī)P3.3引腳的輸入檢測(cè)I/O口，ONOFF是連接到P0.1引腳的輸出控制I/O口，V7和VWRIELESS是輸出，將其連接到穩(wěn)壓芯片PQ05RD21便可輸出+5V供電電壓。

電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原理為：第一次按鍵S3后拉低VP，使得按下Q4、Q5 PNP管導(dǎo)通，V7輸出約8.3V電壓經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓到5V供電給單片機(jī)、AD模塊等，同時(shí)控制單片機(jī)給ONOFF引腳輸出高電平以維持供電狀態(tài)，這時(shí)便實(shí)現(xiàn)了一鍵開(kāi)機(jī)的功能；當(dāng)?shù)诙伟聪骆IS3后，當(dāng)SWTICH引腳檢測(cè)到低電平，這時(shí)是單片機(jī)控制ONOFF引腳輸出低電平，此時(shí)Q2不導(dǎo)通，導(dǎo)致Q4、Q5截止，此時(shí)輸出V7和VWRIELESS大約有幾十毫伏電壓，不足以穩(wěn)壓到+5V供電，單片機(jī)關(guān)機(jī)，AD等無(wú)法進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)一鍵關(guān)機(jī)的功能。

2.2 A/D 轉(zhuǎn)換及LCD實(shí)時(shí)顯示模塊

壓力傳感器輸出的電壓模擬量需要通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，在此選擇ADS1232芯片，其內(nèi)部嵌有信號(hào)放大電路，可以將信號(hào)量增強(qiáng)以易于轉(zhuǎn)換。在此之前信號(hào)需經(jīng)濾波電路處理掉邊緣不規(guī)整的波動(dòng)信號(hào)，才能將較為完整的波形輸出到ADS1232進(jìn)行下一步的處理。信號(hào)濾波電路的輸出將連接到ADS1232中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。LCD顯示模塊電路中供電部分依舊由一鍵開(kāi)關(guān)電路穩(wěn)壓輸出后的+5V來(lái)供電，完成壓力輸出顯示。

2.3 人機(jī)交互模塊

人機(jī)交互模塊，即紅外遙控電路。當(dāng)遙控器按鍵時(shí)會(huì)發(fā)出一串序列號(hào)，紅外接收模塊通過(guò)接收此序列號(hào)從而控制單片機(jī)實(shí)行某種操作，具體實(shí)現(xiàn)的功能有：顯示器清零操作、開(kāi)關(guān)系統(tǒng)操作、開(kāi)啟與關(guān)閉LCD背光、標(biāo)度轉(zhuǎn)換等。

3 實(shí)驗(yàn)與測(cè)試

3.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)實(shí)物板上設(shè)計(jì)有三個(gè)按鍵，S1為ON/OFF一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)鍵，S2為液晶顯示清零鍵，在任何情況下可以暫停顯示，使顯示回歸零狀態(tài)，S3為單位轉(zhuǎn)換按鍵，按下后可以使稱重顯示在公斤kg和磅LB之間轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換公式在程序中已經(jīng)設(shè)定好。經(jīng)過(guò)所有的按鍵測(cè)試，證實(shí)所有按鍵均能實(shí)行相應(yīng)功能。

3.2系統(tǒng)壓力檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

智能壓力檢測(cè)系統(tǒng)所購(gòu)買(mǎi)的電阻應(yīng)變式傳感器的檢測(cè)范圍是0～180kg，經(jīng)完成測(cè)試后可以擴(kuò)大量程，更好應(yīng)用到實(shí)際生活中。為了進(jìn)行系統(tǒng)壓力測(cè)試，分別選擇10.2kg、47.6kg、50kg、78kg、90.4kg、140.2kg、160kg、180kg不同重量的物體垂直給予載重盤(pán)壓力，記錄壓力顯示，匯總結(jié)果如表1。

從測(cè)試結(jié)果來(lái)看壓力檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了壓力檢測(cè)的高精度，在10.2kg壓力檢測(cè)時(shí)相對(duì)誤差最大，為0.98%，90.4kg時(shí)相對(duì)誤差最小，為0.55%。實(shí)驗(yàn)表明，在合適的量程范圍內(nèi)，壓力測(cè)試是可以較高精度的實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

智能壓力檢測(cè)系統(tǒng)使得壓力的自動(dòng)檢測(cè)、標(biāo)度轉(zhuǎn)換、實(shí)時(shí)顯示以及良好的人機(jī)互動(dòng)模塊等功能更加全面，從測(cè)試結(jié)果來(lái)看驗(yàn)證了方案的可行性，分析測(cè)試數(shù)據(jù)，線性度良好，同時(shí)具備智能紅外遙控遠(yuǎn)程控制的優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，功能齊全，應(yīng)用廣泛，具有一定的開(kāi)發(fā)價(jià)值。

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