基于压力传感器的飞行器飞行高度监测系统的.doc

1、摘要：该项目以AT89C51为核心微处理器，实时监测动态扫描显示周围环境中的气压大小。一：前言目前，各类集成化传感器已有许多系列产品，有些已得到广泛应用。集成化已经成为传感器技术发展的一个重要方向。随着集成化技术的发展，各类混合集成和单片集成式压力传感器相继出现，有的已经成为商品。集成化压力传感器有压阻式、电容式、等类型，其中压阻式集成化传感器发展快、应用广。自从压阻效应发现后，有人把4个力敏电阻构成的全桥做在硅膜上，就成为一个集成化压力传感器。国内在80年代就研制出了把压敏电阻、电桥、电压放大器和温度补偿电路集成在一起的单块压力传感器，其性能与国外同类产品相当。由于采用了集成工艺，将压敏部分

2、和集成电路分为几个芯片，然后混合集成为一体。提高了输出性能及可靠性，有较强的抗干扰能力，完全消除了二次仪表带来的误差。70年代国外就出现了集成温度传感器，它基本上是利用晶体管作为温度敏感元件的集成电路。其性能稳定，使用方便，温度范围在。国内在这方面也有不少进展，例如近年来研制集成热电堆红外传感器等。集成化温度传感器具有远距离测量和抗干扰能力强等优点，具有很大的实用价值。在现代工业设备中，压力传感器和检测仪表是不可或缺的一部分的理由，还可由以下两方面来看，传统的工业设备如在其上增加了必要的传感器，配备精密测量部件，则其功能和精度可以提高，便于用户操作和维护，安全等级也可以提高，设备可以增值；工业

3、设备作为自动化系统的控制对象或作为自动化系统的一部分，必须能与自动化系统的三部分（检测、控制、执行）相兼容或提供接口，使之集成为一个有机的整体，无论是单机自动化或作为大型自动化装置的一部分，都使该工业设备的用途扩大。综上所述，作为工业设备本身增加传感器和检测仪表、测量仪表或提供接口，是传统设备更新换代的必要条件。压力传感器能感受流体压力并产生与此压力成线性关系的电信号的测试设备，它与记录仪器相配合可以精确、快速地测量静态压力或脉动压力，并能进行远距离传输和信号变换，因此，在空气动力学、流体力学、爆炸力学、燃烧物理等学科以及工程安全防护和动力机械等技术领域内有广泛应用。MPX4115可以产生与所

4、加气压呈线性关系的高精度模拟输出电压。(价格大约10元)数据采集模块由气压传感器MPX4115构成，采集的是大气压值。其中1脚是输出信号端，输出的是与气压值相对应的模拟电压信号。数据采集模块的原理如下图气压传感器MPX4115的管脚说明如1表所示：123456VOUTGNDVSN/SN/SN/S气压传感器MPX4114的特性参数如下表所示：参 数符 号最 小典 型最 大单 位压力范围Pop15-115KPa供电电压Vs4.855.15.35Vdc供电电流Lo-7.010mAdc最大压力偏置 （085）Vs=5.0VVpss0.1350.2040.273Vdc满量程输出 （085）Vs=5.0V

5、Voff4.7254.7944.863Vdc满量程比例 （085）Vs=5.0VVFSS4.5214.5904.695Vdc精度（085）-1.5%VPSS灵敏度V/P-45.9-mV/KPa响应时间（10%90%）tR-1.0-ms上升报警时间-20-ms偏置稳定性-0.5-%VFSS 气压传感器MPX4114的特性参数有6个管脚，如左图数据处理模块数据处理模块的芯片选择LM331构成的V/F转换器的电路如图2.4。其中图中的7号引脚Vin是数据转换模块的数据输入端，接到上一个数据采集模块的输出端。而3号引脚F0是数据转换模块的输出端。图2.4 数据转换模块原理图2.4.3 LM331的原理

6、LM331是性能价格比比较高的集成芯片。它是当前最简单的一种高精度V/F转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器以及其它相关的器件。其引脚图如图2.5所示。图2.5 LM331引脚图LM331 各引脚功能说明如下：脚1 为脉冲电流输出端,内部相当于脉冲恒流源,脉冲宽度与内部单稳态电路相同；脚2 为输出端脉冲电流幅度调节,RS 越小,输出电流越大；脚3 为脉冲电压输出端,OC 门结构,输出脉冲宽度及相位同单稳态,不用时可悬空或接地；脚4 为地；脚5 为单稳态外接定时时间常数RC ；脚6 为单稳态触发脉冲输入端,低于脚7 电压触发有效,要求输入负脉冲宽度小于单稳态输出脉冲宽度Tw ；脚

7、7 为比较器基准电压,用于设置输入脉冲的有效触发电平高低；脚8 为电源Vcc , 正常工作电压范围为440V。线性度好, 最大非线性失真小于0. 01 % , 工作频率低到0. 1Hz 时尚有较好的线性；变换精度高数字分辨率可达12 位；外接电路简单, 只需接入几个外部元件就可方便构成V/ F 或F/ V 等变换电路,并且容易保证转换精度。AT89C51引脚及功能AT89C51的引脚如图VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第

8、八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故

9、。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET

10、引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态， 特殊功能寄存器 初始态 特殊功能寄存器 初始态 ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPH 00H TH0 00H DPL 00H TL0 00H IP xxx00000B TH1 00H IE 0xx00000B TL1 00H TMOD 00H TCON 00H SCO

11、N xxxxxxxxB SBUF 00H P0-P3 1111111B PCON 0xxxxxxxB 8051的初始态（4-2-2）ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部

12、执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器

13、的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89S51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串

14、口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。显示器LCD部分的原理图 显示器部分的电路如图所示。 显示模块原理图2.6.3 LCD1602原理LCD1602的外围引脚及作用6：第1脚：VSS为地电源；第2脚：VDD接5V正电源；第3脚：V0 为液晶显示器对比度调整端，接正极电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高第4脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器；第5脚：RW 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平，RW为

15、高电平时可以读取忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据； 第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令；第7-14脚： D0D7为8位双向数据线；第15-16脚：空脚。3.1602液晶显示器内部的控制器共有11条控制指令，如表所示： 1602的内部指令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容单片机实现数字气压计的程序流程如图所示。开始设置定时器0设置计数器1While(1);50MS定时中断050MS定时中断0服务子程序ETO=0; Timecount+;TR0=0; TR1=1Flag=1？TR1=0 ; Flag=0;计算气压值调用显示函数