數(shù)字式壓力測量儀的設(shè)計(jì)

吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化系 王景芝

數(shù)字式壓力測量儀的設(shè)計(jì)

吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化系 王景芝

本文所設(shè)計(jì)的壓力測量系統(tǒng)硬件電路主要由壓力檢測、A/D轉(zhuǎn)換、AT89C52單片機(jī)、數(shù)字通訊、電源系統(tǒng)、顯示電路六個(gè)部分，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、V/I轉(zhuǎn)換、數(shù)字通信等功能，經(jīng)過反復(fù)測試，實(shí)現(xiàn)了壓力的精確測量。

壓力測量；數(shù)據(jù)采集；AT89C52

0　引言

生產(chǎn)中壓力、流量、物位、溫度四大參數(shù)的測量準(zhǔn)確與否，影響生產(chǎn)的安全及產(chǎn)品的質(zhì)量，而壓力測量的準(zhǔn)確性對生產(chǎn)安全又起關(guān)鍵作用，因此研究設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度高的壓力測量儀器是非常有必要的。本次設(shè)計(jì)的壓力測量儀，主要將壓力傳感器所測得的模擬信號(hào)通過單片機(jī)及專用芯片處理，實(shí)現(xiàn)測量壓力的功能。

1　測量原理

本系統(tǒng)選用應(yīng)變式壓力傳感器檢測壓力，通過壓力傳感器內(nèi)彈性敏感元件受力后產(chǎn)生的應(yīng)變，使粘貼在表面的電阻應(yīng)變片相應(yīng)產(chǎn)生電阻變化，橋式電路輸出的電壓與電阻阻值變化近似線性關(guān)系，從而壓力變化與輸出電壓變化成對應(yīng)關(guān)系，通過測量橋式電路輸出電壓得出壓力值。

數(shù)字式壓力測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　數(shù)字式壓力測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2　硬件電路設(shè)計(jì)

本測量系統(tǒng)由應(yīng)變式壓力傳感器輸出信號(hào)經(jīng)AD620放大通過ADC0832進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換再通過單片機(jī)進(jìn)行顯示。外圍電路還包括了電源電路、顯示電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、串口通訊電路、4-20mA電路。

2.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)是由單片機(jī)晶振提供的，所選用的AT89C52單片機(jī)晶振頻率高，振蕩器頻率達(dá)11.0592MHz，運(yùn)行速度快。

圖2　主振蕩電路

2.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)

復(fù)位電路通過單片機(jī)復(fù)位引腳實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。復(fù)位電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

2.3供電電路設(shè)計(jì)

為了符合便攜的要求，本設(shè)計(jì)采用5V電壓供電。

220V交流電源通過變壓器轉(zhuǎn)換成9V交流電，橋式整流并電容濾波，通過穩(wěn)壓器7805和7905輸出穩(wěn)定的+5V和-5V的直流電源，輸出電流為1A。

2.4應(yīng)變式壓力傳感器測量系統(tǒng)

應(yīng)變式壓力傳感器測量系統(tǒng)通過惠斯通電橋，輸出一個(gè)很小的電壓值，通過AD620進(jìn)行放大，再經(jīng)過ADC0832進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算得出實(shí)際的壓力值。

圖3　復(fù)位電路

2.54～20mA電路

單片機(jī)輸出模擬量通過TLC5615輸出壓力的數(shù)字量，再經(jīng)過LM358運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電流輸出。

圖4　4～20mA電流電路

2.6MAX232通信

單片機(jī)和PC機(jī)是通過串口通信的，選用MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，解決單片機(jī)信號(hào)電平與RS232的標(biāo)準(zhǔn)差異的矛盾。

3　結(jié)論

本文分析討論了基于單片機(jī)的數(shù)字式壓力測量系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，設(shè)計(jì)合理，反復(fù)測試應(yīng)用，功能實(shí)現(xiàn)較好，測量精度高，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

[1]徐曉菲.小型壓力測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2009,9(6).

[2]張培仁.傳感器原理檢測及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2012,4.

[3]邵發(fā)森.單片機(jī)原理與應(yīng)用及其實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書[M].北京:北京大學(xué)出版社,2012,8.

王景芝（1969—），女，副教授，研究方向：工業(yè)過程自動(dòng)化技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)。