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1、气压高度计的设计目 录第1章 气压高度计的简介11.1 气压高度计的研究目的11.2 气压高度计的工作原理1第2章 气压高度计的设计方案32.1 电源的方案选择32.2 温度传感器的选择32.3压力传感器的选择42.4 RC滤波放大电路42.5 A/D转换芯片42.6 单片机的选择52.7 显示屏的选择52.8 电平转换芯片的选择5第3章 气压高度计的硬件设计73.1 电源电路设计73.2 温度传感器电路设计73.2.1 AD590的简介73.2.2 AD590的性能特点83.2.3 AD590的工作原理83.2.4 AD590的非线性误差及其补偿93.3 压力传感器的设计133.4 RC滤波
2、放大电路143.4.1 LM358的简介143.4.2 LM358的封装153.4.3 LM358的内部构造框图153.5 TLC2543的设计163.5.1 TLC2543的引脚及功能163.5.2 TLC2543内部寄存器工作原理173.5.3 TLC2543编程要点183.5.4 TLC2543与单片机的连接193.6 单片机89C52203.6.1 单片机89C52的简介203.6.2 单片机89C52引脚及部分功能213.6.3 89C52的晶振电路连接243.6.4 89C52复位电路243.6.5 按键电路253.6.6 单片机89C52的设计连接电路263.7 LCD12864
3、263.7.1 LCD12864的简介263.7.2 LCD12864管脚及其功能273.7.3 LCD12864的特性283.7.4 LCD12864本次设计连接方式283.8 MAX232293.8.1 MAX232的简介293.8.2 MAX232的设计连接图313.9串行通信口设计323.9.1 串行通信的简介323.9.2 RS-232原则323.9.3 RS-232的借口引脚定义333.9.4 RS-232的连接方式33第4章 气压高度计设计的软件设计344.1 主程序设计344.2显示程序设计354.3数据解决程序354.4 A/D转换程序36第5章 总结与展望38致 谢39参照
4、文献40附 录41第1章 气压高度计的简介1.1 气压高度计的研究目的随着人们生活水平的提高，户外运动也越来越受到人们的青睐。对于实时掌握周边环境的变化需求越来越大，气压、海拔和温度的变化都需要随时掌控。这就催生了气压高度计的迅速发展。与此同步技术的进步，气压高度计也逐渐有了新的应用。目前随着社会的发展，气压高度计的用途越加的广泛，这样对于气压高度计的规定越多，更以便快捷，稳定性及精确度都是有所规定，例如气压式高度表是航空大气数据系统的一部分，它是根据载体所在处大气静压测量载体的重力势高度。飞行员依赖她控制飞行器、保持地形许可和与其他飞行器的垂直距离。气压高度值将被提供应飞行管理系统、自动驾驶
5、仪、惯性导航系统、卫星导航系统及应答机使用，已成为各类飞行器不可缺少的导航仪表。特别是当高度信息与GPRS信息融合实现组合定位，可以最小成本提高GPRS定位精度和完好性监测性能。基于以上因素，本文设计了一款气压高度计，可以随时的显示气压、海拔及温度。通过传感器对压力、温度等参数的检测，通过信号调理、A/D转换之后由微解决器经行解决，并显示测量成果。同步测量数据可以上传给上位机，以便进一步的分析。1.2 气压高度计的工作原理 气压高度计是运用大气压的变化规律，来测量所在地的海拔高度和所在地的大气压变化，以及测量因地区变化发生的相对高度。运用气压测量海拔高度的具体原理是：根据计算和实测的成果表白，
6、在海拔高度-100m0m+4000m范畴内,可近似地觉得大气压的减少和海拔高度的升高成反比关系,比例系数约为(12. 311. 5) Pa/m，即:大概每升高1m，大气压力下降约12Pa。运用此原理,来实现对高度的计算。推导计算公式：u=1.3P-155（KPa）,其中P初始值为100KPa。要使用气压高度计，必须理解如下基本知识：大气压强（简称大气压）：即空气作用在所在地面单位面积上的压力（即空气重量）。大气压强的单位有：百帕（hPa）、毫巴（mBr）、毫米汞柱（mmHg）、英寸汞柱（inHg）。原则大气压：根据国际假设规定，在原则大气条件下空气作用在单位海平面的大气压力，即海拔0米高度面的
7、大气压强，一种原则大气压大概为1013.25hPa（760mmHg或29.92inHg）。海拔高度愈高，压在其上的空气柱愈短，大气压也就愈低。因此，大气压总是随着高度的增长而减少的。据实测，在近地面层中，高度每升高100米，大气压平均减少约12hPa.第2章 气压高度计的设计方案实行方案：通过传感器对压力、温度等参数的检测，通过放大电路，对信号进行放大解决，在通过A/D转换，将模拟信号转换成数字信号，在传送到单片机进行解决并输出。同步将测量数据传给上位机经行进一步的分析。TLC254389C52A/D转换电路RC 滤 波放大电路压力传感器电平转换模块温度传感器上位机图2-1 系统构造框图2.1
8、 电源的方案选择根据气压高度计的设计规定，本次气压高度计尽量的小巧轻便，所因此不能使用稳定的电压源进行供电，因此采用电池进行供电。方案一：使用一般的干电池使用一般干电池，通过串联然后稳压出5V的电压。方案二：使用锂电池使用15V的锂电池，然后通过转换之后得到5V的电压。方案比较：由于使用干电池时间久了电压会不稳定且干电池所需体积较大，而锂电池厚度小，重量轻，容量大，安全性能好，对于设计规定更加的符合，故选择方案二。2.2 温度传感器的选择 温度传感器目前有两种供选择，DS18B20和AD590。 方案一：DS18B20 DS18B20数字温度传感器接线以便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，
9、螺纹式，磁铁吸附式。 方案二：AD590 AD590是一块可以根据外界温度变化而产生相应电流值的集成芯片。AD590的校准精度可以达到0.5摄氏度，而当其在常问的区域范畴后，其精度可以达到0.1摄氏度。方案比较：根据设计规定，最后显示屏上显示的是以摄氏度为单位的，而方案一温度传感器测量的是数字量，不满足设计规定，因此选择方案二，AD590.2.3压力传感器的选择在气压高度计系统的设计中，气压对高度的影响最为直接。方案一：压力传感器SCP1000-D01SCP1000-D01是芬兰VTI公司生产的一款基于D-MEMS技术的绝对压力传感器，能在正常条件下达到亚米级别的辨别率和1m的精度。SCP10
10、00-D01提供了高精度、高速度、低功耗、和超级功耗4种模式。可供顾客需要自行选择测量方式。SCP1000-D01的测量范畴在-100pa+100pa。方案二：MPXA6115AMPXA6115A是由摩托罗拉公司生产的，它是一款高温精确，用来测量绝对压力的压力传感器芯片。在线信号生成时，具有温度补偿的功能。方案比较：SCP1000-D01此芯片的测量范畴比较的小，并且MPXA6115A具有温度补偿的功能，因此选择MPXA6115A。2.4 RC滤波放大电路方案一：一般的RC滤波放大电路此电路的特点就是简朴，但是误差比较的大。方案二：MC33502MC33502是一种单电源，大电流，低电压，价格
11、昂贵，并且误差相对较小。方案比较：使用MC33502测量误差更小，但是价格太贵，并且本次设计精度不用太高。2.5 A/D转换芯片本文设计的便携式气压高度计在气压传感器采集到的数据需要通过模数转换后传给单片机，常用的模数转换芯片有如下几种：方案一：TLC0809TLC0809是采样辨别率为8位的、以逐次逼近原理进行数模转换的器件，其内部有一种8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通一种通道进行A/D转换。方案二：TLC2543TLC2543是TI公司生产的一种低价位、高性能的8位A/D转换器，它以8位开关电容逐次逼近的措施实现A/D转换，其转换速度不不小于17us,最大转换速度为
12、40000HZ,4MHZ典型内部系统时钟，电源为3至6伏。它能以便的采用三线串行接口方式与多种微解决器连接，构成多种便宜的测控应用系统。方案比较：TLC2543相对于TLC0809所需要用的端口资源少，可以满足本文设计的需求，因此选择方案二。2.6 单片机的选择本文设计的便携式气压高度计以单片机为核心，常用的单片机有如下几种：方案一： AT89C51AT89C51的工作最高频率为22MHz。采用FLASHROM，内部具有4KB的存储空间， 能在3V超低压下工作，并且S51单片机完全兼容，但是运用于电路设计中时，由于不具有RSP在线编程技术，当对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功
13、能，需要烧入程序时对芯片的多次插拔会对芯片导致一定的损坏。方案二：AT89C52同AT89C51相比，AT89C52的功能和其是同样的，但是AT89C52的内存更加的大。方案选择：根据实际的需要，产品在使用的过程中，也许有较大的计算量，因此选择内存更大的比较合适。2.7 显示屏的选择本文设计的便携式气压高度计需要显示气压值和高度值，显示期价的选择方案如下：方案一：数码管显示数码管显示的数字虽然清晰，但是其耗电量比较大，并且只显示数字，但不能显示些复杂的字符。 方案二：液晶显示液晶显示具有零辐射，低耗能，散热小，纤薄轻巧，精确还原图像等长处，并且能显示星号。方案比较：液晶能较以便的显示多种字符，
14、且功耗低，满足本文设计的需求，因此选择方案二。2.8 电平转换芯片的选择MAX232，该产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232原则的芯片。由于电脑串口rs232电平是-10v +10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是ttl电平0 +5v,max232就是用来进行电平转换的,该器件涉及2驱动器、2接受器和一种电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。由于MAX232是一种比较常用的电平转换芯片，合用的范畴广泛，器件容易获取，因此选择MAX232。第3章 气压高度计的硬件设计本文设计的气压高度计是以AT89C52为核心，由电源电路、温度传感器AD590、压力传感器MPXA6115A、RC滤波放大电路、A/D转换电路、电平转换电路、显示电路及上位机通信电路构成。3.1 电源电路设计本设计采用锂电池供电，然后对电压进行转换，其电路原理如图3-1所示，重要部分是采用线性稳压芯片7805实现稳压,在输入电压存在波动时，输出电压保持恒定的装置，转换后的12V电压供应扩展部分，5V电压供应单片机。图中15V的电压由锂电池提供。 图3-1电源电路原理图LM7812系列
