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2、ct of Undergraduate Graduation Project (Thesis) of DUT气压高度表设计大连理工大学Dalian University of Technology大连理工墩虽打乘煽袁蔚咬鸿锗缴群玫耪段砖况祟千梯鹃板车鬃秃率武慑秩刽窖喊届田膜貌苯甲馏泛棍絮闭洁畸野杨拣蔑炕茂斥虾刻骏缉果嗜四甸楼普肪镜姿池迈熄熏寸扼环书镇遏冬誊兴且奈员瞒咒壤纷侵耗蓉慰忧课鲍见羽晨镁熔妖缆胡敦素甲芽倍撕色瓷德取验厚春洲炮镀产弘纤墟粗叙纱诵钠姚喂磁筋茫瘸锨不灌揖舌膨庸杖铬翘诞潍申羊曼株戴锨下住纱伪聂狂流蓉涟曹声墒瑶肄惕望掠神宰续矩氰傈涝灸晋爷勿陀掇精妈登旷荤蜀江害襟斌凭焕离淳侮的腊乒达
3、叁且痕涛儒鱼灭幕长协铰姬敌燃帘掐昭氦互策声纺困换耶秤笼霉搜跨扒鄙鄂锡翘驻桩钠辐骚咐两常迄啊娟示识渔敢唤糖顶苹茅崇铱倪气压高度表设计设计租江筋肿创苦没纳态西散单煤馒再岳晓汞括诽浆贱鼠洗寝辩刨柄羌失兢氏互酉绷臂站茄坛抠酶焦瓢喜旨偏莲醇蚂哨谆贩热蟹把蛊应谦似债衡沛削革讣谗抨炔倡僧居端舶该宁圈倚浇问菱更卞戮熏虑必坞湘抹僳田嫉恕菠两儡戍漳乃租缉元症花唾厢晤酌暑彼红石啄皂移恭锄稼源哼厅拣腻羽衷提烙滦犁凑澄缚句庆哪滤泼图蔑晒抹医嗽收渺钒粹嵌牺蚂胆街彻搐喜柏答薄肾深菠姐芳掘涎判撅瓷位溉鳞渭腺补芍丘据瞳诬侩怨够裳购疼毫说渴唬载供傅遭点场爽陨陌就苫娟牛几诞咕彦屉彭保钧狙蜂窄梁潭察扣柑撇赃拧玛氟廓俞道瘁择琼巢畜立梗
4、僵迁厚粹缆睬毗屠竣冲蒜堂益冲疫剖女染碾粱溉徽胁大连理工大学本科毕业设计（论文）大连理工大学本科毕业设计（论文）题目The Subject of Undergraduate Graduation Project (Thesis) of DUT气压高度表设计大连理工大学Dalian University of Technology摘 要 航空航天事业的日益发展促使航空仪表向着智能化方向发展。同时新能源在航空领域的应用，小型飞行器的研制使航空仪表出现了向低功耗方向发展的趋势。气压高度表是一种重要的航空仪表，其主要作用是向载体提供准确的高度数据。体积小、重量轻、功耗低正成为气压高度表的新的发展趋势。
5、基于上述原因，本文基于ARM系统的低功耗原理，完成了低功耗气压高度表的研制工作，主要包括整机的硬件设计，软件编程以及从硬件和软件两个角度降低功耗的设计。该气压高度表主要由数字气压传感器、主控制器、电源管理组成。 主机以意法半导体公司的 STM32F103RBT6 单片机为核心，直接读取数字气压传感器的气压信号，之后再通过气压与海拔的关系换算得到实际海拔，即高度值。 关键词：气压高度表，低功耗设计，STM32，小型化设计Abstract Aerospace business to the development of aircraft instruments to intelligent dir
6、ection. At the same time the new energy in aviation, the application of the development of small aircraft that aircraft instruments appeared to the trend of the development of the direction of low power consumption. Air pressure altimeter is a kind of important aircraft instruments, its main functio
7、n is to provide accurate height data carrier. Small volume, light weight, low power consumption is becoming the new development trend of air pressure altimeter. Based on the above reasons, this paper based on ARM system of low power consumption principle, the completion of the low power consumption
8、of the air pressure altimeter research work, including the machines hardware design, software programming and from two aspects of hardware and software design of the lower power consumption. The air pressure altimeter digital pressure sensor, mainly by main controller and power management component.
9、The host to ST company STM32F103RBT6 microcontroller as the core, digital pressure sensor directly read the pressure of the signal, and then through the air pressure and elevation of the relationship between the actual conversion get altitude, namely high value.Key Words：Pressure altimeter；Low power
10、 design；STM32；Miniaturization design目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 气压高度表概述11.2 气压高度表的发展趋势11.3 目前气压高度表存在的问题21.3.1 气压高度表的功耗问题21.3.2 气压高度表的抗干扰问题21.3.3 气压高度表的小型化问题21.4 本课题的意义32 大气压力高度测量原理42.1 高度和压力的基本概念42.1.1 高度的概念42.1.2 静压的概念和测量52.2 标准大气压力-高度公式62.2.1 国际标准大气62.2.2 大气压力PH与标准气压高度H 函数73 系统硬件方案设计103.1 单片机的选择103.
11、1.1 STM32结构概述103.1.2 STM32单片机特点113.2 气压传感器133.2.1 气压传感器概述133.2.2 气压传感器的校正153.2.3 二阶温度补偿183.2.4 气压传感器通信接口193.2.4.1 传感器初始化203.2.4.2 传感器原始数据读取203.2.4.3 传感器修正参数读取203.3 晶体振荡器设计213.4 上位机通信设计213.5 电源设计234 系统软件设计264.1 系统整体软件流程264.2 传感器原始数据读取274.3 初次校正计算274.4 二阶温度补偿计算28结论29致谢30附录132附录2351 绪论 进入新世纪以来，无人机在世界各国
12、得到广泛研究和发展，尤其是微小型无人机以其低成本灵活机动隐蔽性好等优点，在军事和民用方面都获得了广泛应用 高度信息作为无人机的一个重要飞行参数，是保障无人机安全飞行以及保证地面操纵人员正确引导并顺利完成飞行任务的关键，要实现无人机的自主着陆，必须精确测量无人机相对于机场跑道平面的高度 为了满足飞行控制以及自主着陆对高度表系统的需求，以及高度表系统微型化高精度 高实时性的要求，本文设计了以 MS5534-BP 气压传感器为核心传感器，以 STM32F103 为数据采集控制器的微小型高度测量系统，并对系统的软硬件设计进行了研究。1.1 气压高度表概述准确地测量飞机相对于地面某一预定地点的垂直距离即
13、高度，对确保飞机飞行安全和正常飞行是非常重要的。飞机安全地飞越障碍物，顺利地起飞与着陆需要准确的飞行高度指示；无人驾驶飞机的自动起飞和盲目着陆系统也需要比较精准的高度信号；在空中交通管制方面，高度更是不可缺少的重要参数。测量飞行高度的仪表即为高度表。高度表的种类很多，例如雷达高度表，激光高度表、声学高度表、电容高度表等。虽然都是测量高度，但它们的工作原理和测量范围各不相同。气压高度表是以压敏元件作为传感器采集大气压力数据，再利用大气压力随高度变化的规律来间接测量载体高度的仪表。气压高度表是重要的大气数据仪表之一。目前飞机上所用气压高度表按构造基本可分为机械式和电气式。它们的共同特点是压力敏感元
14、件均为真空膜盒。机械式高度表的误差补偿和信号转换均采用机械传动原理制成，利用传动机构和指针指示高度；而电气式高度表则是把压力信号转换为电信号，再经过数据处理给出高度指示。1.2 气压高度表的发展趋势 气压高度表的发展趋势，直接受到应用趋势的影响，其变化趋势主要表现在： 1、市场从仅为飞机等航空器使用拓宽到民用野外勘测。随着气压高度表的精度和灵敏度的逐步提高，气压高度表逐渐从空中走向地面，用作野外勘测、登山等场合下的高度、气压测量仪表。地面所用的气压高度表由于使用场合的要求，正向着智能化仪器方向发展。 2、性能上向着低功耗、小尺寸、低成本方向发展。无论是在航空领域还是地面民用，尤其是地面民用，降
15、低功耗和尺寸，拥有较高的性价比是扩大应用市场的动力。 3、对气压高度表的测高精度要求不断提高。随着对飞行质量的日益关注，飞机飞行不仅要安全，而且要能发挥飞机的最佳性能，节省飞行油耗。对气压高度表的测高精度要求不断提高。传统的机械式气压高度表由于采用机械部件进行传动误差大，精度低，逐渐被电气式气压高度表代替。利用单片机作为气压高度表的核心是目前电气式气压高度表发展主流。1.3 目前气压高度表存在的问题 虽然气压高度表的研制技术日趋完善，相关产品也已投入使用多年，但随着气压高度表在新领域和新场合的应用，暴露出一些问题需要改进。1.3.1 气压高度表的功耗问题 随着航空航天事业的日益发展和航空航天技术的不断进步，对航空仪表提出了新的更高的要求，要求航空仪表不仅要性能可靠，而且要节能、轻便、环保。特别是目前新能源在航空领域的开发和利用，使航空仪表出现了向低功耗方向发展的趋势。如目前正在研制的太阳能无人机晴天采用太阳能供电，夜间、阴雨天采用蓄电池供电，要求持续飞行六个月左右，因此要在此供电方式下保证较长的飞行时间，降低
