单片机原理及应用——C语言程序设计与实现 第2版 教学课件 作者 王长涛 韩忠华 夏兴华 第八章.pptVIP

下一页 总目录 章目录 返回 上一页 第8章51单片机数据采集 8.1 传感器技术概述 8.2 常用的A/D转换元件 8.3 温度数据采集元件设计 8.4 压力数据采集元件设计 在数据采集的过程中，经过各种传感器来获取数据，传感器将各种温度、湿度、光照、压力和酸碱度等物理信号或化学信号转换为电信号。在一些情况下，如高温、高压和烟雾等条件下，这些采集的信息还需要经过一定距离的传输再送给单片机处理，所以需要对电信号进行放大、去噪，再经过A/D转换后变成离散的数字信号送给单片机。采集来的信号送给单片机进行处理分析，通过查表或数字滤波等处理，线性地反映实际测量的数值，这也是单片机系统检测部分的核心。 在数据采集的硬件电路中，模数（A/D）转换电路的功能是将连续变化的模拟量转换为离散的数字量，是模拟系统与数字系统之间连接的桥梁。对于硬件系统而言，就是用于快速、高精度地对输入的模拟信号进行采样编码，将其转换成单片机所能够处理的数字量。 第8章51单片机数据采集 8.1 传感器技术概述 8.1.1 传感器的组成 8.1.2 传感器的基本特性 （1）线性度：指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。 （2）灵敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义为输出量的增量?y与引起该增量的相应输入量增量?x之比。它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，显然，灵敏度值越大，表示传感器越灵敏。 （3）迟滞：传感器在输入量由小到大（正行程）及由大到小（反行程）的变化期间，其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。也就是说，对于同一大小的输入信号，传感器的正、反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。 （4）重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时所得到的特性曲线不一致的程度。 （5）漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化的现象。 （6）测量范围：传感器所能测量到的最小输入量与最大输入量之间的范围称为传感器的测量范围。 （7）量程：传感器测量范围的上限值与下限值的代数差称为量程。 （8）精度：传感器的精度是指测量结果的可靠程度，是测量中各类误差的综合反映，测量误差越小，传感器的精度越高。传感器的精度用其量程范围内的最大基本误差与满量程输出之比的百分数表示。 （9）分辨率和阈值：传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辨力。阈值是指能使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零点附近的分辨率。 （10）稳定性：稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。 8.2 常用的A/D转换元件 8.2.1 A/D转换元件的结构和工作原理 8.2.2 A/D转换元件的接口电路 8.2.3 单片机A/D转换软件编程 8.3 温度数据采集元件设计 8.3.1 温度数据采集元件的结构和工作原理 通过温度数据采集元件与单片机接口进行分类，可将温度数据采集元件分为两类：传统分立式温度采集元件和智能数字温度采集元件。 1．分立式温度采集元件 （1）热电偶温度传感器 （2）热电阻温度传感器 （3）半导体热敏温度传感器 2．智能数字温度采集元件 智能数字温度采集元件是将作为温度器件的感温部分及外围电路集成在同一单片机上的集成化温度传感器。与分立元式温度采集元件相比，集成温度传感器的最大优点在于小型化，使用方便，成本低廉。 8.3.2 温度数据采集元件的接口电路 1．DS18B20寄生电源供电方式电路图 2．DS18B20的外部电源供电方式 8.3.3 单片机温度数据采集软件编程 在实际应用中，单片机与DS18B20相连多采用图8-13所示的电路，在实际应用中具体软件编程过程如下： （1）复位 （2）单片机发送ROM指令 （3）单片机发送存储器操作指令 （4）执行或数据读写 8.4 压力数据采集元件设计 压力测量的基本方法大致分成两种，即静态压力测量与动态压力测量。在实际工程中，主要采用的测量方法有以下几种。 （1）弹性形变法：利用测压弹性元件受力变形的原理，将压力转换成位移。弹簧管压力表采用的就是此方法。 （2）液体压力平衡法：基于流体静力学原理，被测压力与液体产生的传递压力相平衡，从而测出被测压力。液柱式压力传感器就是根据此方法制成的。 （3）电测法：利用某些敏感元件的物理效应与压力的关系，把被测压力转换成电量进行测量。采用此方法的压力传感器有很多，例如应变式压力传感器、电容式压力传感器、压电式压力传感器等。 8.4.1 压力数据采集元件的结构和工作原理 几乎所有的压力传感器都由三个基本部分构成：感压部分（直接承受被测应力），转换部分（将待测的应力转换为电信号）和激励部分（外加的激励电源）。 1．电阻式应变片 （1）半导体应变片结构 半