LP-1型數(shù)字壓力表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
介紹了智能數(shù)字壓力表硬件電路設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)的工作原理及應(yīng)用情況。
1.概 述
單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)給現(xiàn)代工業(yè)測控領(lǐng)域帶來了 一次新的技術(shù)革命。目前，單片機(jī)以其高可靠性、 高性價(jià)比，在工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能 化儀器儀表、辦公自動(dòng)化等諸多領(lǐng)域得到極為廣泛 的應(yīng)用。所以，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼 推出了各種類型的單片機(jī)，ATMEL就是其中一 家。該公司生產(chǎn)的芯片AT89C2051具有低功耗、 高性能、周期短等特點(diǎn)。LP-1型數(shù)字壓力表就是 使用的這種芯片。本文主要介紹LP-1型數(shù)字壓 力表的結(jié)構(gòu)以及其工作原理。LP - 1型數(shù)字壓力表 的核心部分就是AT89C2051和液晶顯示器,系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.壓力表的工作原理
2.1硬件電路設(shè)計(jì)
數(shù)字壓力表主要是由壓力傳感器與顯示電路所 組成，通過電纜連接。放大電路將傳感器輸出信號(hào) 放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理后由液晶顯 示器顯示，工作原理如圖2所示。當(dāng)被檢測對象受 壓力時(shí)，傳感器中的應(yīng)變片會(huì)變形，從而引起電阻 變化,再通過對電位器Pi的調(diào)節(jié)來傳遞壓力信號(hào)。 其中必須得有個(gè)恒流源來提供它正常工作所需的電 壓。因?yàn)閭鞲衅鱾鬏斶^來的信號(hào)是很小的，所以要 經(jīng)過ICL7650放大。為了能夠更準(zhǔn)確地得到壓力 值，該儀表增加了 TL062 二次放大，這樣采集到 的數(shù)據(jù)只是電壓信號(hào)，而單片機(jī)識(shí)別的是頻率信 號(hào)，所以電路中增加了 LM331作為V/F轉(zhuǎn)換，保 證了送到AT89C2051的信號(hào)是頻率信號(hào)，然后將 數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示器?？紤]到現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集記錄 的不方便，該儀表軟件設(shè)計(jì)了存儲(chǔ)功能。另外在硬 件方面也增加了斷電保護(hù)電路，因?yàn)楫?dāng)儀表斷電的 時(shí)候，以前所儲(chǔ)存的一切數(shù)據(jù)都會(huì)丟失，但有了斷 電保護(hù)后儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)就不會(huì)丟失了，當(dāng)電池充電后 以前儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)依然可以取出。
2.2軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。
輸出頻率信號(hào)送入單片機(jī)芯片AT89C2051的 P3 . 4 口作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖輸入端，P3 . 0 口接液晶模塊的RS作為選通信號(hào)，P3 . 1接R/W 作讀/寫信號(hào)，P3 .2接E作使能端。P1 . 1~ P1. 7 作為4位數(shù)據(jù)線。P3 . 3接斷電保護(hù)裝置。當(dāng)打開 壓力表的電源開關(guān)時(shí)，由于液晶顯示器可能會(huì)出現(xiàn) 一些隨機(jī)數(shù)字，所以首先要延時(shí)2 . 4 s使表穩(wěn)定。
(1)初始化。當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，首先將 30 H~ 3 FH單元清零以備后面存數(shù)使用，并且選 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1為定時(shí)使用，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0作 計(jì)數(shù)用，選擇工作寄存器0組和1組，中斷5次共250ms.
(2)顯示模塊初始化。顯示模塊在運(yùn)用之前要 設(shè)置模塊數(shù)據(jù)接口寬度和LCD顯示屏顯示方式， 即MPU與模塊接口數(shù)據(jù)總線為4位或8位，LCD 顯示行數(shù)和顯示字符點(diǎn)陣規(guī)格。在該表中其功能設(shè) 置為：數(shù)據(jù)接口寬度是4位數(shù)據(jù)總線，單行顯示，每次光標(biāo)右移1位,不顯示光標(biāo)：字符點(diǎn)陣字體為5@ 8,即1個(gè)字符由5 @ 8個(gè)點(diǎn)陣組成，不顯示光 標(biāo)。按清零鍵后,屏幕可能出現(xiàn)4種情況: H00. 00 kN, N00. 00 kN, H00. 00 MPa, N00. 00 M Pa。
（3）低電平顯示。如原理圖2電源部分,電平 信號(hào)經(jīng)兩D觸發(fā)器送入MAX856的LBI接口，如 電壓不夠LBO就輸出低電平，與單片機(jī)連接的 P1. 3 口也就為低電平，此時(shí)液晶顯示器就出現(xiàn)電 壓不夠的標(biāo)志（閃動(dòng)的箭頭）。
（4）峰值保持。儀表外殼有標(biāo)有“峰值保持” 的一個(gè)鍵，當(dāng)按下該鍵時(shí)，P1.2就為低電平，儀 表就一直保持最大值。如下一次壓力大于上一次的 壓力值時(shí)，就顯示該值。否則，液晶顯示器還顯示 上一次的結(jié)果；如不按該鍵就表示隨機(jī)數(shù)值,即只 要壓力改變顯示數(shù)值就改變，它不能記錄整個(gè)過程 的最大值。這一功能在工程上應(yīng)用非常廣泛,因?yàn)?/span> 在壓力完全恢復(fù)后，它仍可記錄在拉壓過程中的最 大值，這也是該表的特征之一。
（5）二進(jìn)制與BCD碼的轉(zhuǎn)換。單片機(jī)是一個(gè) 簡單的微機(jī),它只認(rèn)識(shí)機(jī)器碼即0、1表示的二進(jìn) 制碼,而液晶顯示器顯示的則是十進(jìn)制數(shù)，二者發(fā) 生沖突。這就需要在單片機(jī)內(nèi)部有一將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換 成BCD碼的程序。
（6）顯示。當(dāng)打開顯示器開關(guān)時(shí)，屏幕上可能 會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)數(shù)字,在此情況下測量的結(jié)果肯定是不 準(zhǔn)確的，此時(shí)顯示不正常，可以按復(fù)位鍵使單片機(jī)
復(fù)位，儀表就能正常工作。該顯示器顯示時(shí)間間隔 為250 ms^即250 ms采集一次數(shù)據(jù)，也就是滿250 ms就中斷一次。該表的最大量程為42. 00 kN, 如大于42.00kN就會(huì)顯示出錯(cuò)信息“ E* * ”。如 小于42. 00 kN，則顯示正確的壓力。
(7)校驗(yàn)。當(dāng)儀表的一切功能都設(shè)置好以后， 要對儀表進(jìn)行標(biāo)定。因?yàn)橛袝r(shí)做好一個(gè)儀表后，雖 然該表能顯示壓力的大小，但它顯示的數(shù)字不一定 正確，此時(shí)我們有3個(gè)電位器可調(diào)。如原理圖中的 P1、P2、P3，調(diào)整任何一個(gè)都可達(dá)到此目的。有時(shí) 可能必須3個(gè)都調(diào)，其中P1是用來調(diào)零的，而P3 可以用來調(diào)整輸出頻率。
3.結(jié) 語
LP- 1型數(shù)字壓力表廣泛應(yīng)用于建筑、地鐵、 地下工程、室內(nèi)裝潢等各個(gè)領(lǐng)域，其性能優(yōu)良，精 確度高達(dá)1%，是高科技產(chǎn)品。其中有3個(gè)/復(fù)位”、/清零”、/峰值保持”，表中裝有3個(gè)
電位器，用來校零、消除誤差，其中最突出的一個(gè)特點(diǎn)是在其電路中增加了斷電保護(hù)電路。所以說， 當(dāng)電源電池沒電時(shí)，它依然可顯示正確的壓力值。 在其基礎(chǔ)上可進(jìn)一步發(fā)展，其中采用了 LM331V/ F轉(zhuǎn)換器，如將其改為A/D轉(zhuǎn)換器，再擴(kuò)展4條 數(shù)據(jù)線，就能使精確度更高。另外還可增加儲(chǔ)存功 能，關(guān)斷電源之前總共能儲(chǔ)存20個(gè)數(shù)據(jù)。
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