介绍了智能数字压力表硬件电路设计与软件设计的工作原理及应用情况。

1.概 述

单片机技术的出现给现代工业测控领域带来了 一次新的技术革命。目前，单片机以其高可靠性、 高性价比，在工业控制系统、数据采集系统、智能 化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛 的应用。所以，世界上许多集成电路生产厂家相继 推出了各种类型的单片机，ATMEL就是其中一 家。该公司生产的芯片AT89C2051具有低功耗、 高性能、周期短等特点。LP-1型数字压力表就是 使用的这种芯片。本文主要介绍LP-1型数字压 力表的结构以及其工作原理。LP - 1型数字压力表 的核心部分就是AT89C2051和液晶显示器,系统 结构如图1所示。

2.压力表的工作原理

2.1硬件电路设计

数字压力表主要是由压力传感器与显示电路所 组成，通过电缆连接。放大电路将传感器输出信号 放大并转换成数字信号，经单片机处理后由液晶显 示器显示，工作原理如图2所示。当被检测对象受 压力时，传感器中的应变片会变形，从而引起电阻 变化,再通过对电位器Pi的调节来传递压力信号。 其中必须得有个恒流源来提供它正常工作所需的电 压。因为传感器传输过来的信号是很小的，所以要 经过ICL7650放大。为了能够更准确地得到压力 值，该仪表增加了 TL062 二次放大，这样采集到 的数据只是电压信号，而单片机识别的是频率信 号，所以电路中增加了 LM331作为V/F转换，保 证了送到AT89C2051的信号是频率信号，然后将 数据传输到显示器。考虑到现场实时数据采集记录 的不方便，该仪表软件设计了存储功能。另外在硬 件方面也增加了断电保护电路，因为当仪表断电的 时候，以前所储存的一切数据都会丢失，但有了断 电保护后储存的数据就不会丢失了，当电池充电后 以前储存的数据依然可以取出。

2.2软件设计

软件设计流程如图3所示。

输出频率信号送入单片机芯片AT89C2051的 P3 . 4 口作为定时器/计数器计数脉冲输入端，P3 . 0 口接液晶模块的RS作为选通信号，P3 . 1接R/W 作读/写信号，P3 .2接E作使能端。P1 . 1~ P1. 7 作为4位数据线。P3 . 3接断电保护装置。当打开 压力表的电源开关时，由于液晶显示器可能会出现 一些随机数字，所以首先要延时2 . 4 s使表稳定。

(1)初始化。当单片机进入工作状态，首先将 30 H~ 3 FH单元清零以备后面存数使用，并且选 定时器/计数器1为定时使用，定时器/计数器0作 计数用，选择工作寄存器0组和1组，中断5次共250ms.

(2)显示模块初始化。显示模块在运用之前要 设置模块数据接口宽度和LCD显示屏显示方式， 即MPU与模块接口数据总线为4位或8位，LCD 显示行数和显示字符点阵规格。在该表中其功能设 置为：数据接口宽度是4位数据总线，单行显示，每次光标右移1位,不显示光标：字符点阵字体为5@ 8,即1个字符由5 @ 8个点阵组成，不显示光 标。按清零键后,屏幕可能出现4种情况: H00. 00 kN, N00. 00 kN, H00. 00 MPa, N00. 00 M Pa。

（3）低电平显示。如原理图2电源部分,电平 信号经两D触发器送入MAX856的LBI接口，如 电压不够LBO就输出低电平，与单片机连接的 P1. 3 口也就为低电平，此时液晶显示器就出现电 压不够的标志（闪动的箭头）。

（4）峰值保持。仪表外壳有标有“峰值保持” 的一个键，当按下该键时，P1.2就为低电平，仪 表就一直保持最大值。如下一次压力大于上一次的 压力值时，就显示该值。否则，液晶显示器还显示 上一次的结果；如不按该键就表示随机数值,即只 要压力改变显示数值就改变，它不能记录整个过程 的最大值。这一功能在工程上应用非常广泛,因为 在压力完全恢复后，它仍可记录在拉压过程中的最 大值，这也是该表的特征之一。

（5）二进制与BCD码的转换。单片机是一个 简单的微机,它只认识机器码即0、1表示的二进 制码,而液晶显示器显示的则是十进制数，二者发 生冲突。这就需要在单片机内部有一将二进制转换 成BCD码的程序。

（6）显示。当打开显示器开关时，屏幕上可能 会出现随机数字,在此情况下测量的结果肯定是不 准确的，此时显示不正常，可以按复位键使单片机

复位，仪表就能正常工作。该显示器显示时间间隔 为250 ms^即250 ms采集一次数据，也就是满250 ms就中断一次。该表的最大量程为42. 00 kN,  如大于42.00kN就会显示出错信息“ E* * ”。如 小于42. 00 kN，则显示正确的压力。

(7)校验。当仪表的一切功能都设置好以后， 要对仪表进行标定。因为有时做好一个仪表后，虽 然该表能显示压力的大小，但它显示的数字不一定 正确，此时我们有3个电位器可调。如原理图中的 P1、P2、P3，调整任何一个都可达到此目的。有时 可能必须3个都调，其中P1是用来调零的，而P3 可以用来调整输出频率。

3.结 语

LP- 1型数字压力表广泛应用于建筑、地铁、 地下工程、室内装潢等各个领域，其性能优良，精 确度高达1%，是高科技产品。其中有3个/复位”、/清零”、/峰值保持”，表中装有3个

电位器，用来校零、消除误差，其中最突出的一个特点是在其电路中增加了断电保护电路。所以说， 当电源电池没电时，它依然可显示正确的压力值。 在其基础上可进一步发展，其中采用了 LM331V/ F转换器，如将其改为A/D转换器，再扩展4条 数据线，就能使精确度更高。另外还可增加储存功 能，关断电源之前总共能储存20个数据。