电子设计大赛
参赛题目：压力检测与报警系统
参赛学院：电子与信息工程学院
参赛人员：
设计题目：压力检测与报警系统
设计摘要
随着科学技术的发展与生产技术的提高，传感器技术已经渗入日常生活之中。如压力传感器它已应用于医学、生活日用品之中。
本设计是将压力传感器用于测量压力，但它不同与一般的测力计，它具有报警电路，适用于有压力限制的测量应用中。它应用所学的集成电路和使用方法，使整个电路具有测压力与报警功能。
压力测试与报警系统顾名思义就是测试压力或压强，当压力或压强超出一定范围报警系统便会作用。压力测试就是利用压力传感器将压力变成与其成线性关系的电压，在一系列集成元件作用下，在显示器中显示出压力。报警系统就是利用开关三极管控制声音报警与光报警。
整个设计之中显示电路最为复杂。由于需要数字显示，模数转换器、七段译码器、LED显示器使整个电路看起来复杂无比，但它比用表头测量更方便，更实用。当然器件的选择也会使整个设计增色，它不但能提高电路的性能，还能减少功耗。
设计时主要采用中小规模的集成电路实现，主要培养分析解决问题的能力，提高设计电路，调整电路的实验技能。
关键词 :压力测量 压力报警 显示器 模数转换器 比较器
1
目录
设计题目：压力检测与报警系统 .................................................................................................. 1 引言 .................................................................................................................................................. 3 方案设计 .......................................................................................................................................... 4 单元模块电路方案设计 .................................................................................................................. 6
供电电路 .................................................................................................................................. 6 压力感应电路 .......................................................................................................................... 7 放大和滤波电路 ...................................................................................................................... 7 压力报警电路 .......................................................................................................................... 9 压力显示电路 ........................................................................................................................ 10 总结 ................................................................................................................................................ 13 附录1 ............................................................................................................................................. 14 附录2 ............................................................................................................................................. 15
2
引言
设计压力检测与报警系统，应分五个部分考虑，电源部分，压力传感器，放大和滤波，显示部分，及报警部分。压力传感器采取自然中的压力信号，将之转化为电信号，范围在0～1mv的直流信号，有一定的干扰信号。由于经传感器采集到的电信号含有干扰性的交流成分，而且电压很小，应经放大和滤波处理，才能为后面的电路所用。电压信号并不能直观的反映压力信息，故我们要将放大的电信号转换成代表压力大小的数值显示出来，为人所理解。压力测量有一定的范围，超过范围会造成不想要的或者严重的后果，所以在压力超过测量范围时报警电路工作，避免过压。该整体电路的工作原理是：压力传感器由于受到压力作用产生一个小信号，经过放大器放1000倍后再经滤波器滤出工频对信号的影响方可作用于报警电路与显示电路。
将放大滤波后的电压信号一路送给A/D转换器，一路送给报警电路。送与A/D转换器的电压经模拟变换后，输出为BCD码的数字信号，该数字信号经译码器之后方可送与显示器中显示。而且显示的数值为压力，将电压数值变为压力数值，我们是通过改变A/D转换器的基准电压，使得输出压力与电压具有线性关系，而且此关系与传感器中输入与输出的关系一样。
另一路送与报警电路的电压信号，先经比较器与电压限定范围内的最大值进行比较，如果大于最大值译码器输出为高电平，反之将输出低电平。将比较器的输出经过一延时电路之后再送给开关三极管，由开关三极管的开断来控制发光二极管与蜂鸣器的报警。整体电路图见最后一页
在设计该系统时，要考虑精度和稳定度，方便人们使用，还要考虑到经济成本，和低碳环保，所以选择器件和设计电路时，须避免华而不实的东西，尽力做到简单，实用，低成本，低功率。
3
方案设计
综合各方面考虑我们慎重地得出来两套方案，各有可取之处 方案一：
此方案输出电压是由四个压力传感器构成桥式电路，相邻传感器的电阻变化为数值相等方向相反，这种设计思想不仅使得电路灵敏度提高而且其线性度也增好；与此同时，温漂与零点漂移等干扰变小，有助于整个电路的性能。它是传感器输出的经典电路。方案框图如图1所示。
压力传感器（桥式电路）放大与虑波电路声音报警与光报警A/D转换器二进制——BCD码图1
显示器
方案中，显示电路是由一系列的数字集成器件构成，将放大后的电压经过A/D转换器变成一串二进制序列，然后在其内部转变为BCD码，再经过显示器驱动器CD4511后显示。虽然结构复杂，但它受外界干扰较小，而且比用表头测量更实用与直观。
报警电路是利用比较器来判断是否报警，当输入电压大于传感器输出的最大电压时报警，否则不报警。该设计用蜂鸣器发声，免去为扬声器提供一个频率的发生电路，同时蜂鸣器的电路简单价格便宜，适用于本设计的要求。
方案二：
方案二和方案一的主要不同在于它的显示部分的设计。框图如图2所示。
压力传感器放大电路与滤波表头声音报警与光报警 图2
4