LP-1型數字壓力表的設計與實現
介紹了智能數字壓力表硬件電路設計與軟件設計的工作原理及應用情況。
1.概 述
單片機技術的出現給現代工業測控領域帶來了 一次新的技術革命。目前，單片機以其高可靠性、 高性價比，在工業控制系統、數據采集系統、智能 化儀器儀表、辦公自動化等諸多領域得到極為廣泛 的應用。所以，世界上許多集成電路生產廠家相繼 推出了各種類型的單片機，ATMEL就是其中一 家。該公司生產的芯片AT89C2051具有低功耗、 高性能、周期短等特點。LP-1型數字壓力表就是 使用的這種芯片。本文主要介紹LP-1型數字壓 力表的結構以及其工作原理。LP - 1型數字壓力表 的核心部分就是AT89C2051和液晶顯示器,系統 結構如圖1所示。
2.壓力表的工作原理
2.1硬件電路設計
數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 放大并轉換成數字信號，經單片機處理后由液晶顯 示器顯示，工作原理如圖2所示。當被檢測對象受 壓力時，傳感器中的應變片會變形，從而引起電阻 變化,再通過對電位器Pi的調節來傳遞壓力信號。 其中必須得有個恒流源來提供它正常工作所需的電 壓。因為傳感器傳輸過來的信號是很小的，所以要 經過ICL7650放大。為了能夠更準確地得到壓力 值，該儀表增加了 TL062 二次放大，這樣采集到 的數據只是電壓信號，而單片機識別的是頻率信 號，所以電路中增加了 LM331作為V/F轉換，保 證了送到AT89C2051的信號是頻率信號，然后將 數據傳輸到顯示器。考慮到現場實時數據采集記錄 的不方便，該儀表軟件設計了存儲功能。另外在硬 件方面也增加了斷電保護電路，因為當儀表斷電的 時候，以前所儲存的一切數據都會丟失，但有了斷 電保護后儲存的數據就不會丟失了，當電池充電后 以前儲存的數據依然可以取出。
2.2軟件設計
軟件設計流程如圖3所示。
輸出頻率信號送入單片機芯片AT89C2051的 P3 . 4 口作為定時器/計數器計數脈沖輸入端，P3 . 0 口接液晶模塊的RS作為選通信號，P3 . 1接R/W 作讀/寫信號，P3 .2接E作使能端。P1 . 1~ P1. 7 作為4位數據線。P3 . 3接斷電保護裝置。當打開 壓力表的電源開關時，由于液晶顯示器可能會出現 一些隨機數字，所以首先要延時2 . 4 s使表穩定。
(1)初始化。當單片機進入工作狀態，首先將 30 H~ 3 FH單元清零以備后面存數使用，并且選 定時器/計數器1為定時使用，定時器/計數器0作 計數用，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。顯示模塊在運用之前要 設置模塊數據接口寬度和LCD顯示屏顯示方式， 即MPU與模塊接口數據總線為4位或8位，LCD 顯示行數和顯示字符點陣規格。在該表中其功能設 置為：數據接口寬度是4位數據總線，單行顯示，每次光標右移1位,不顯示光標：字符點陣字體為5@ 8,即1個字符由5 @ 8個點陣組成，不顯示光 標。按清零鍵后,屏幕可能出現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 信號經兩D觸發器送入MAX856的LBI接口，如 電壓不夠LBO就輸出低電平，與單片機連接的 P1. 3 口也就為低電平，此時液晶顯示器就出現電 壓不夠的標志（閃動的箭頭）。
（4）峰值保持。儀表外殼有標有“峰值保持” 的一個鍵，當按下該鍵時，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，就顯示該值。否則，液晶顯示器還顯示 上一次的結果；如不按該鍵就表示隨機數值,即只 要壓力改變顯示數值就改變，它不能記錄整個過程 的最大值。這一功能在工程上應用非常廣泛,因為 在壓力完全恢復后，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）二進制與BCD碼的轉換。單片機是一個 簡單的微機,它只認識機器碼即0、1表示的二進 制碼,而液晶顯示器顯示的則是十進制數，二者發 生沖突。這就需要在單片機內部有一將二進制轉換 成BCD碼的程序。
（6）顯示。當打開顯示器開關時，屏幕上可能 會出現隨機數字,在此情況下測量的結果肯定是不 準確的，此時顯示不正常，可以按復位鍵使單片機
復位，儀表就能正常工作。該顯示器顯示時間間隔 為250 ms^即250 ms采集一次數據，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就會顯示出錯信息“ E* * ”。如 小于42. 00 kN，則顯示正確的壓力。
(7)校驗。當儀表的一切功能都設置好以后， 要對儀表進行標定。因為有時做好一個儀表后，雖 然該表能顯示壓力的大小，但它顯示的數字不一定 正確，此時我們有3個電位器可調。如原理圖中的 P1、P2、P3，調整任何一個都可達到此目的。有時 可能必須3個都調，其中P1是用來調零的，而P3 可以用來調整輸出頻率。
3.結 語
LP- 1型數字壓力表廣泛應用于建筑、地鐵、 地下工程、室內裝潢等各個領域，其性能優良，精 確度高達1%，是高科技產品。其中有3個/復位”、/清零”、/峰值保持”，表中裝有3個
電位器，用來校零、消除誤差，其中最突出的一個特點是在其電路中增加了斷電保護電路。所以說， 當電源電池沒電時，它依然可顯示正確的壓力值。 在其基礎上可進一步發展，其中采用了 LM331V/ F轉換器，如將其改為A/D轉換器，再擴展4條 數據線，就能使精確度更高。另外還可增加儲存功 能，關斷電源之前總共能儲存20個數據。
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