拔河小學(xué)生六年級作文
單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。下面是小編為大家整理的基于單片機(jī)控制的數(shù)字氣壓計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)，歡迎閱讀。
摘 要： 數(shù)字氣壓計(jì)是一種精確測量壓力大小的工具，運(yùn)用單片機(jī)的數(shù)字氣壓計(jì)攜帶方便，操作簡單，精確度高，安全性好，具有良好的應(yīng)用前景。對基于單片機(jī)控制的數(shù)字氣壓計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹，分析氣壓計(jì)的總體結(jié)構(gòu)，介紹氣壓計(jì)的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法和數(shù)字氣壓計(jì)系統(tǒng)的調(diào)試與仿真，保障數(shù)字氣壓計(jì)系統(tǒng)功能的可靠性和穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞： 數(shù)字氣壓計(jì)； 軟件實(shí)現(xiàn)方法； 硬件實(shí)現(xiàn)方法； 結(jié)構(gòu)分析
0 引 言
氣壓計(jì)是一種運(yùn)用壓敏元件將待測氣壓轉(zhuǎn)化成易被檢測和傳輸?shù)碾妷弘娏餍盘�，通過后續(xù)電路處理將數(shù)據(jù)顯示出來的一種測量工具。氣壓計(jì)的核心器件是氣壓傳感器，其在監(jiān)測壓力大小、控制壓力變化和對其他物理數(shù)量測量多個方面都有十分重要的作用。氣壓計(jì)通過不同高度時的氣壓變化獲取氣壓數(shù)值。根據(jù)氣象學(xué)規(guī)定，作用于單位面積上空空氣柱的重量被稱為大氣壓力。根據(jù)氣象學(xué)研究，垂直方向上氣壓隨著海拔高度的上升而下降。在近地地區(qū)，每上升100 m氣壓降低10 hPa，在距地面5～6 km的空中每上升100 m高度氣壓降低7 hPa；在距地面9～10 km的高空中每上升100 m氣壓降低5 hPa。當(dāng)空氣中有下降氣流的時候氣壓會增加，反之會減小。
數(shù)字氣壓計(jì)廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、電子產(chǎn)品和戶外作業(yè)之中，經(jīng)過長時間的發(fā)展其精確度越來越高，功能更加多樣化，逐步向智能化、多功能化方向發(fā)展，筆者認(rèn)為基于單片機(jī)控制的數(shù)字氣壓計(jì)發(fā)展前景很好。
1 氣壓計(jì)的總體結(jié)構(gòu)分析
本文介紹的數(shù)字氣壓計(jì)采用集成的單片機(jī)控制，測量時待測氣壓被氣壓傳感器轉(zhuǎn)換成可檢測的電壓輸出，通過V/F轉(zhuǎn)化器將氣壓傳感器輸出的電壓信號轉(zhuǎn)化成有特定頻率的脈沖信號，單片機(jī)接收脈沖信號，根據(jù)其單位時間內(nèi)接收的脈沖數(shù)和電壓頻率的線性關(guān)系式計(jì)算出相應(yīng)的氣壓值，最后氣壓值顯示在LED屏幕上。
在這個流程中有以下3點(diǎn)需要注意：根據(jù)實(shí)際需求和氣壓傳感器的具體參數(shù)選擇合適的氣壓傳感器芯片；選擇合適的V/F轉(zhuǎn)換器，確保氣壓傳感器輸出的模擬電壓電流信號轉(zhuǎn)換成能被識別的數(shù)字信號；設(shè)計(jì)合理的單片機(jī)與各模塊的接口電路。數(shù)字氣壓計(jì)測量出的氣壓值是在氣壓傳感器的線性范圍內(nèi)的絕對氣壓值。
2 數(shù)字氣壓計(jì)的硬件實(shí)現(xiàn)
數(shù)字氣壓計(jì)的硬件構(gòu)建需要考慮其穩(wěn)定性、復(fù)雜性、制造成本、維護(hù)成本等多種因素。本節(jié)要對數(shù)字氣壓計(jì)的硬件設(shè)施的組成進(jìn)行介紹，建立一套穩(wěn)定的、系統(tǒng)的硬件設(shè)施。
2.1 氣壓傳感器
氣壓傳感器在整個氣壓計(jì)結(jié)構(gòu)中處于核心地位，其選擇需要考慮測量精度、測量范圍、溫度變化、絕對氣壓值等因素。數(shù)字氣壓計(jì)測量的是絕對氣壓值，因此需要能測量絕對氣壓值的氣壓傳感器；為了簡化電路設(shè)計(jì)，提高氣壓計(jì)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，還需要?dú)鈮簜鞲衅骶哂袦囟妊a(bǔ)償。
根據(jù)上述要求，在本數(shù)字氣壓計(jì)中選擇Motorda的MAX4100A型氣壓傳感器。這種氣壓傳感器的溫度補(bǔ)償范圍為-40～125 ℃，承壓范圍為20～1 050 kPa，在這個壓力范圍內(nèi)有良好的線性，電壓輸出信號范圍為0.3～4.65 V。本氣壓傳感器可以用于測量絕對氣壓值，其輸出關(guān)系具體如下：
Vout=Vs（0.010 59P-0.152 8）±Error
式中：Vs是工作電壓；P是大氣壓值；Vout為輸出電壓。
2.2 V/F轉(zhuǎn)換
待測氣壓被氣壓傳感器測出的是電壓電流信號，但是其不能被單片機(jī)識別，這時候就需要V/F器件把輸入進(jìn)來的電壓值轉(zhuǎn)換成可被單片機(jī)識別的脈沖串。雖然V/F器件本身不是量化器，但是定時器和計(jì)數(shù)器的存在可以實(shí)現(xiàn)A/D的轉(zhuǎn)換，將模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成抗干擾能力強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸、可直接輸入計(jì)算機(jī)的脈沖串。 本文根據(jù)外圍電路相關(guān)性能標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)現(xiàn)的難易程度選取LM331電壓/脈沖轉(zhuǎn)換芯片，這種器件采用的是溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，溫漂最大能達(dá)到50 ppm/℃，溫度穩(wěn)定性非常好，而且這種器件輸出的脈沖串兼容性好，可以和任何邏輯形式兼容；LM331可以使用單雙電源供電，電壓允許范圍為5～40 V，最大非線性誤差為0.01%。LM331的壓頻轉(zhuǎn)化關(guān)系為：
fo=KVi
其中，K=[Rs2.09RtCtRL]，Rs=Rs1+Rs。
其中R的作用是調(diào)節(jié)電路的轉(zhuǎn)換增益，K的值由設(shè)計(jì)者根據(jù)具體情況具體設(shè)定�？紤]到單片機(jī)要使用測頻率法測量fo，為保證頻率信號的測量精度，在LM331中K=2 000，Rs=28.424 kΩ。對于不同元件的參數(shù)有著不同的要求，設(shè)計(jì)者要根據(jù)數(shù)字氣壓計(jì)的實(shí)際使用需求來選擇元件的參數(shù)和測量精度。需要注意的是在選擇V/F器件時要選取漏電流小的電容器，使用低通濾波器減小輸出電壓中的干擾脈沖，提高數(shù)據(jù)精度。 2.3 單片機(jī) 在本設(shè)計(jì)中，氣壓計(jì)需要單片機(jī)的P1口和P3口的一部分和中斷源、定時器、計(jì)數(shù)器各一個。因此在本設(shè)計(jì)中選取AT89S52控制器，該控制器具有低功耗、高性能的優(yōu)點(diǎn)，具有8 KB的FLASH和可編程的存儲器。AT89S52控制器是Atmel公司生產(chǎn)的高密度非易失性存儲器，與其他模塊可以完全兼容。AT89S52具有以下的性能標(biāo)準(zhǔn)：8 KB FLASH，256 B RAM，32位的I/O口線，具有2個數(shù)據(jù)指針、3個16位計(jì)數(shù)器、1個看門狗定時器、1個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)、片內(nèi)晶振和時鐘電路。除此之外，AT89S52支持兩種軟件工作模式，可以降到靜態(tài)邏輯操作模式以節(jié)省電量。在空閑模式下，CPU工作停止，RAM、計(jì)數(shù)器、定時器可以保持工作；當(dāng)發(fā)生掉電現(xiàn)象時，RAM的內(nèi)容被自動保存下來，單片機(jī)內(nèi)一切運(yùn)轉(zhuǎn)終止，防止意外的發(fā)生。 該單片機(jī)有40條引腳，按照功能來分可分為電源和時鐘引腳、控制引腳、輸入和輸出引腳，其中P1口和P3口對應(yīng)的輸入和輸出引腳在整個單片機(jī)結(jié)構(gòu)中處于核心地位。P1口是一組8位準(zhǔn)雙向I/O口，內(nèi)部有上拉電阻，將上拉電阻拉到高電平，P1口就具有輸入口的功能；P3口是一組8位雙向I/O口，內(nèi)部有上拉電阻，其輸出緩沖級可以驅(qū)動4個TTL邏輯門電路，將上拉電阻拉到高電平，P3口就具有輸入口的功能。不僅如此，P3口還承擔(dān)著許多第二功能。AT89S52控制器可以直接對LED顯示屏輸出數(shù)據(jù)，還有可編程的串行通信口，具有體積小、價(jià)格低、耗能低、性能高等優(yōu)點(diǎn)。 2.4 LED顯示 每一個LED都是由7段發(fā)光二極管組成的顯示單位，其具有10個引腳，分別對應(yīng)發(fā)光二極管的7個段、1個小數(shù)點(diǎn)和2個公共端。發(fā)光二極管有共陽極接法和共陰極接法2種，本設(shè)計(jì)需要4個LED組成一個顯示單元，并采用動態(tài)顯示的方式。由于同時使用4個單個LED構(gòu)成顯示單元的連線比較復(fù)雜，而且給單片機(jī)的端口驅(qū)動帶來很大壓力，這就需要加裝專門的驅(qū)動芯片。由于4個LED是連體的，所以可以使用共陽極接法，這樣的顯示單元具有12個引腳、7個發(fā)光二極管段、4個公共端，再加裝1個三極管驅(qū)動電路可以提高數(shù)碼管的亮度。圖2為本設(shè)計(jì)中的LED顯示單元電路圖。 圖2 LED顯示單元電路圖 根據(jù)顯示單元的電路圖可以看出電阻R和Ra太大或太小都會使LED正常顯示，所以需要選擇適合的電阻以保障LED的亮度。考慮到印制板布線的便捷，可以選擇貼片電阻和排阻的形式節(jié)省版布線的空間。
3 數(shù)字氣壓計(jì)的軟件實(shí)現(xiàn)
對于單片機(jī)來說，其輸入信號是具有一定頻率的脈沖序列，單片機(jī)的計(jì)數(shù)器可以獲取脈沖序列的頻率并將其換算成具體的氣壓值。所以本節(jié)將著重介紹單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)，分析其中的計(jì)算原理。
具體的信號轉(zhuǎn)換過程如下： 首先，待測氣壓被氣壓傳感器轉(zhuǎn)換成電壓輸出，根據(jù)氣壓傳感器的資料可知，輸出電壓Vout和氣壓P存在如下關(guān)系： Vout=VCC（0.01P-0.09） 由于VCC是+5 V，所以上式可以轉(zhuǎn)化為： Vout=5×（0.01P-0.09） 然后氣壓傳感器輸出的電壓Vout作為V/F的輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換成具體一定頻率的脈沖序列fo，而這二者又存在fo=KVin的關(guān)系。根據(jù)Vout=Vin的關(guān)系可以得出： [P=fo5K+0.090.01=20foK+9] 式中K為V/F轉(zhuǎn)換增益，K=2 000，根據(jù)上式可以將脈沖序列的頻率換算成氣壓值。 本設(shè)計(jì)的軟件程序設(shè)計(jì)采用C語言編程。C語言是一種編譯型的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，其語法結(jié)構(gòu)簡單，處理功能強(qiáng)大，有編譯效率高、可讀性強(qiáng)、運(yùn)行速度高等多方面優(yōu)點(diǎn)，可以讓編程者實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的直接操作。運(yùn)用C語言編寫數(shù)字氣壓計(jì)的系統(tǒng)軟件，可以大大縮短單片機(jī)的研發(fā)周期，增強(qiáng)軟件的可讀性，也便于對軟件內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)和變更，有利于應(yīng)用系統(tǒng)的大規(guī)模開發(fā)和高效率的利用。其具體的代碼為： void spi_proc（void） {unsigned int xdata c1，c2，c3，c4，c5，c6； long xdata utmp； float xdata dt，temp，off，sens，x，p； float xdata temp2，p2； c1=（w1 >> 1） & 0x7FFF；
c2=（（w3 << 6） & 0x0FC0）+（w4 & 0x003F）；
c3=（（w4 >> 6） & 0x03FF）；
c4=（（w3 >> 6） & 0x03FF）；
c5=（（w1 << 10）& 0x0400） +（（w2>>6）&0x03FF）；
c6=（w2 & 0x003F）；
utmp=8*c5+20224；
dt=（float）（d2-utmp）；
temp=200+dt*（c6+50）/1024；
off=c2*4+（（c4-512）*dt）/4096；
sens=c1+（c3*dt）/1024+24576；
x=（sens*（d1-7168））/16384?off；
p=x*10/32+2500；
if（temp>450）
{temp2=3*（c6+24）*（450-temp）*（450-temp）/1048576； p2=temp2*（p-10000）/8192； }
else if（temp<200）
{temp2=11*（c6+24）*（200-temp）* （200-temp）/1048576； p2=3*temp2*（p-3500）/16384； }
else
{temp2=0； p2=0； }
temp=temp-temp2；
p=p-p2； }
4 系統(tǒng)的調(diào)試與仿真
為保障本文設(shè)計(jì)的數(shù)字氣壓計(jì)的可靠性和穩(wěn)定性，還需要對整體系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試與仿真。使用Keil軟件和Proteus軟件相結(jié)合進(jìn)行仿真。使用Proteus軟件對系統(tǒng)的總體執(zhí)行效果進(jìn)行調(diào)試，主要調(diào)試單片機(jī)的電源供應(yīng)和電路復(fù)位。單片機(jī)的電源電路、復(fù)位電路和晶振電路是單片機(jī)乃至整個數(shù)字氣壓計(jì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，要首先保證這幾部分的正常工作。在調(diào)試中，單片機(jī)時鐘的頻率保持在11.059 2 MHz上。然后是應(yīng)用Proteus軟件對電氣規(guī)則功能進(jìn)行檢查，檢測其連接是否正確并得出檢查報(bào)告，一旦發(fā)現(xiàn)原理圖中存在錯誤要立刻根據(jù)錯誤點(diǎn)進(jìn)行改正。在原理圖的連接沒有問題時，再進(jìn)行器件連接調(diào)試，對電路中所有器件的名字、參數(shù)、器件之間的連接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)每一個器件的正確和之間關(guān)系的合理。之后對PCB圖進(jìn)行檢查，檢查PCB設(shè)計(jì)、PCB電氣特性和物理特性、印制板和導(dǎo)線圖形檢查。最后對整個程序進(jìn)行調(diào)試和仿真。
5 結(jié) 語
本文對基于單片機(jī)的數(shù)字氣壓計(jì)進(jìn)行分析，在硬件設(shè)施上，需要選擇合適的氣壓傳感器、V/F轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)和LED顯示，設(shè)計(jì)合理的硬件電路，并通過C語言編譯出能將脈沖序列的的頻率轉(zhuǎn)換為可讀取的氣壓值信號。使用V/F變換信號和編程克服了測量中穩(wěn)定性差、精確度低的缺點(diǎn)，為設(shè)計(jì)出功能易于擴(kuò)展、可靠而又穩(wěn)定的數(shù)字氣壓計(jì)提供了一種全新的思路。
參考文獻(xiàn)
[1] 曹萬丹.基于AVR的智能數(shù)字氣壓計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].武漢：武漢科技大學(xué)，2009.
[2] 沈紹祥，胡愛華.基于單片機(jī)控制的數(shù)字氣壓計(jì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].國外電子元器件，2004（7）：66?69.
[3] 田海燕，賴春強(qiáng)，賀思橋.基于MS5534C的數(shù)字氣壓計(jì)設(shè)計(jì)[J]. 兵工自動化，2012（9）：86?88.
[4] 楊智.低功耗數(shù)字氣壓計(jì)的設(shè)計(jì)[J].沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（3）：72?73. 本文由wWW.lw54.com提供，畢業(yè)論文 網(wǎng)專業(yè)代寫教育教學(xué)論文和畢業(yè)論文以及發(fā)表論文服務(wù)，歡迎光臨lw54.com
[5] 孫艷玲，劉亞麗.基于MPX4105芯片的數(shù)字氣壓計(jì)設(shè)計(jì)[J].中國儀器儀表，2007（11）：62?65.
[6] 方劉海，文繼國.基于BMP085的精密數(shù)字氣壓計(jì)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2014（24）：69?71.
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