智能压力传感器论文

摘要

智能传感器就是基于传感器技术，将传感器发出的信号进行信号处理。首先经斩波稳零放大器进行信号发大，之后经A/D转换器进行模数转换再经单片机AT89C51进行控制，最终显示出来。此处，研究的智能压力传感器，就是将压力传感器输出的电信号进行信息处理后将压力显示出来，并通过键盘控制使智能化更趋于完善。

随着计算机技术的不断发展，信息处理技术也在不断发展完善。但作为提供信息的传感器，它的发展相对于计算机的信息处理功能来说就落后了。这使得自动检测技术受到影响，而检测技术是人类认识世界和改造科技不可少的重要手段。基于上述因素，越来越多的科技工作者对传感器技术予以了高度的重视，促使传感器技术加速发展，以适应信息处理技术的需要。突破是以测试技术的水平为基础的压阻型扩散硅压力传感器以其低价格得到广泛应用，基于单片机技术的智能压力传感器以其使用方便，测量精确而得以推广。 压力传感器的核心是扩散硅电阻桥，智能压力传感器应用单片机技术采集数据、信号的处理并输出显示结果。扩散硅的压阻系数是温度的函数，所以存在灵敏度温漂，而影响温度的因素是多方面的：测量环境的变化，测量电路产生的热量的影响等等，所以要想得到比较精确的压力值，必须对压力传感器进行校正。 压力传感器的零点存在热漂移、电漂移和时间漂移，减小压力传感器的热零点漂移的措施是各力敏电阻的电阻值及其温度系数的相等性。

本论文主要介绍智能压力传感器的实现，分硬件和软件两部分进行介绍。硬件部分主要介绍了各应用器件的特性及实现方法;软件部分主要介绍了信息处理的编译思想。

第一章 绪 论

传感器技术在当代科技领域中占有十分重要的地位，是21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点，在国外各发达国家都将传感器技术视为现代高新技术发展的关键。从20世纪80年代起，日本就将传感器技术列为优先发展的高打捞技术之首，美国等西方国家也将传感器的基本知识列为国家科技和国防技术发展的重点内容。当前，世界上正面临着一场新的技术革命，这场革命的主要基础就是信息技术。信息技术的发展给人类社会和国民经济的各个部门及各个领域都带来了巨大的、广泛的、深刻的变化，是当今人类社会发展的强大动力。并且正在改变着传统工业的生产方式，带动着传统工业和其他新兴产业的更新和变革。在军事国防、航空航天、海洋开发、生物工程、医疗保健、商检质检、环境保护、安全范围、家用电器等方面，几乎每一个现代化项目也都离不开传感器技 。

信息的采集是指从自然界中、以及生产过程中或科学实验中获取人们需要的信息。信息的采集是通过传感器技术实现的，因此传感器检测技术实质上也就是信息采集技术。显而易见，在现代信息技术的三大环节中，“采集”是首要的基础的一环，没有“采集”到的信息，通信“传输”就是“无源之水”，计算机“处理”更是“无米之炊”。

然而随着计算机技术的飞速发展，信息处理技术也在不断更新完善。但作为提供信息的元件传感器，它的发展相对于计算机的信息处理功能来说就落后了。这使得自动检测技术受到影响，也直接影响到多种技术的进一步发展。基于上述因素，越来越多的科技工作者对传感器技术予以了高度的重视，促使传感器技术加速发展，以适应信息处理技术的需要。

本设计研究的智能压力传感器，就是将压力传感器输出的电信号进行信息处理后将压力显示出来，并通过键盘控制使智能化更趋于完善。

第二章.智能传感器的结构及特点和数据采集及数据处理

§第一节 智能传感器的结构及其特点

如图2—1所示为智能传感器的结构图：

图2—1

智能传感器的特点：

(!)扩展了测量范围和功能，可实现符合参数的测量和各种不同要求的测量;

(2)提高了灵敏度和测量精度，可进行微弱信号测量，并进行各种校正和补偿，测量数据可以存取;

(3)提高了测量的稳定性和可能性，可排除外界干扰，进行有选择性的测量，使传感器高性能化;

(4)具有自诊断功能，有确定故障部位、识别故障状态等功能及用硬件难以实现的功能;

(5)可以有多种树出形式及数字通信接口等。

无论是智能化传感器还传感器智能化，都是具有检测和信息处理功能的传感器。

§第二节 智能传感器的数据采集和数据处理

传感器智能化之前必须对其输出信号进行预处理。由于被检测信号种类繁多，输出的信号有模拟量、数字量、开关量等，绝大多数传感器输出传感器输出信号不能直接作为A/D转换的输入量，必须先通过各种预处理电路将传感器输出信号转换成统一的电压信号或周期信号。

数据采集

传感器信号经过与处理成为A/D变换器所需要的点模拟信号，模拟典雅的数字化则天要依赖于模拟转换器(A/D)它通过采样、量化和编码将输入信号变换为数字信号。

数据处理

传感器的数据输出信号经过A/D转换器转换，所获得的数字信号一般不能直接输入微处理机供应用程序使用，还必须根据需要进行加工处理，如标度变换、非线性补偿、温度补偿、数字滤波等，以上这些处理也称软件处理。

数据处理包以下几方面的工作;

(1) 数据收集：汇集所需信息;

(2) 数据转换：把所需信息转换成适用于微处理机使用的方式;

(3) 数据分组：按有关信息进行有效分组;

(4) 数据组织：整理数据或用其他方法安排数据，以便进行处理和误差修正;

(5) 数据计算：进行各种算术和逻辑运算，以便得到进一步的信息;

(6) 数据存储：保存原始数据和计算结果，供以后使用;

(7) 数据搜索：按要求提供有用格式的信息，然后将结果按用户要求输出。

智能传感器的信号预处理、采样周期、A/D转换器的选择及数据处理当中的一些补偿方法这里不多介绍。

第三章 智能压力传感器的设计方案

根据对智能传感器提出的技术指标，其设计过程主要包括总体结构设计、敏感元件设计、传感器工艺设计、软件设计等本论文只对智能压力传感器的总体结构设计和软件设计作介绍。

结构设计

智能压力传感器由半导体敏元件、放大器、转换开关、双积分A/D转换器、单片机、接口电路、IEEE—488标准接口、存储器和部分外围电路组成，

如图3—1所示;

硅压力传感器的电路图

图3—1 智能压力传感器组成框图

       软件设计

用单片机构成的智能压力传感器软件有控制程序、数据处理程序及辅助程序。

智能压力传感器的重要特点之一是多功能，一般采用两种方式去执行：一是用户通过键盘发出所选功能的指令;二是自动式，由内部功能控制程序协调已编制好的数据采集与处理程序工作，或通过IEEE-488总线接收外部信号，向智能传感器发出控制指令，智能传感器由自校、跟踪、越限报警、输出打印、键盘、显示、A/D转换等电路及接口，保证工作有序进行可依图3—2的源程序流程图设计;智能传感器安装好以后，要进行标定，将信号转换成数字码，存入EPROM中，最后给出比较理想的输出，如图3—3所示;

图3—3 智能传感器源程序流程图

图3—4 智能压力传感器修正、显示流程图

这种智能传感器可利用集成电路、传感器的封接技术，将带有感温二极管的硅力敏元件与单片机、A/D转换器、接口电路等部分混合集成、连接在一起，使整个系统具有程控、运算、处理等功能，对测试输出信号自动进行修正和补偿，可长期稳定地在环境温度变化的场合。

结论：智能压力传感器是一种检测压力的智能仪器，它的测量很精确，被广泛应用于电子称或商务测量等领域中。本设计是为了实现将压力通过系统直接显示出来，并通过键盘控制使智能化更趋于完善。