基于单片机控制的数字气压计的设计

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1、基于单片机控制的数字气压计的设计-电气论文基于单片机控制的数字气压计的设计朱叶（西安铁路职业技术学院，陕西西安710014）摘要：数字气压计是一种精确测量压力大小的工具，运用单片机的数字气压计携带方便，操作简单，精确度高，安全性好，具有良好的应用前景。对基于单片机控制的数字气压计进行详细介绍，分析气压计的总体结构，介绍气压计的软硬件实现方法和数字气压计系统的调试与仿真，保障数字气压计系统功能的可靠性和稳定性。关键词：数字气压计；软件实现方法；硬件实现方法；结构分析中图分类号：TN43?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2015）16?0100?03收稿

2、日期：2015?01?280引言气压计是一种运用压敏元件将待测气压转化成易被检测和传输的电压电流信号，通过后续电路处理将数据显示出来的一种测量工具。气压计的核心器件是气压传感器，其在监测压力大小、控制压力变化和对其他物理数量测量多个方面都有十分重要的作用。气压计通过不同高度时的气压变化获取气压数值。根据气象学规定，作用于单位面积上空空气柱的重量被称为大气压力。根据气象学研究，垂直方向上气压随着海拔高度的上升而下降。在近地地区，每上升100m气压降低10hPa，在距地面5~6km的空中每上升100m高度气压降低7hPa；在距地面9~10km的高空中每上升100m气压降

3、低5hPa。当空气中有下降气流的时候气压会增加，反之会减小。数字气压计广泛应用于工矿企业、电子产品和户外作业之中，经过长时间的发展其精确度越来越高，功能更加多样化，逐步向智能化、多功能化方向发展，笔者认为基于单片机控制的数字气压计发展前景很好。1气压计的总体结构分析本文介绍的数字气压计采用集成的单片机控制，测量时待测气压被气压传感器转换成可检测的电压输出，通过V/F转化器将气压传感器输出的电压信号转化成有特定频率的脉冲信号，单片机接收脉冲信号，根据其单位时间内接收的脉冲数和电压频率的线性关系式计算出相应的气压值，最后气压值显示在LED屏幕上。在这个流程中有以下3点需

4、要注意：根据实际需求和气压传感器的具体参数选择合适的气压传感器芯片；选择合适的V/F转换器，确保气压传感器输出的模拟电压电流信号转换成能被识别的数字信号；设计合理的单片机与各模块的接口电路。数字气压计测量出的气压值是在气压传感器的线性范围内的绝对气压值。2数字气压计的硬件实现数字气压计的硬件构建需要考虑其稳定性、复杂性、制造成本、维护成本等多种因素。本节要对数字气压计的硬件设施的组成进行介绍，建立一套稳定的、系统的硬件设施。2.1气压传感器气压传感器在整个气压计结构中处于核心地位，其选择需要考虑测量精度、测量范围、温度变化、绝对气压值等因素。数字气压计测量的是绝对气

5、压值，因此需要能测量绝对气压值的气压传感器；为了简化电路设计，提高气压计的稳定性和抗干扰能力，还需要气压传感器具有温度补偿。根据上述要求，在本数字气压计中选择Motorda的MAX4100A型气压传感器。这种气压传感器的温度补偿范围为-40~125℃，承压范围为20~1050kPa，在这个压力范围内有良好的线性，电压输出信号范围为0.3~4.65V。本气压传感器可以用于测量绝对气压值，其输出关系具体如下：Vout=Vs（0.01059P-0.1528）±Error式中：Vs是工作电压；P是大气压值；Vout为输出电压。2.2V/F转换待测气压被气压传感器测出的是电压

6、电流信号，但是其不能被单片机识别，这时候就需要V/F器件把输入进来的电压值转换成可被单片机识别的脉冲串。虽然V/F器件本身不是量化器，但是定时器和计数器的存在可以实现A/D的转换，将模拟电压信号转化成抗干扰能力强、可实现远距离传输、可直接输入计算机的脉冲串。本文根据外围电路相关性能标准和实现的难易程度选取LM331电压/脉冲转换芯片，这种器件采用的是温度补偿能隙基准电路，温漂最大能达到50ppm/℃，温度稳定性非常好，而且这种器件输出的脉冲串兼容性好，可以和任何逻辑形式兼容；LM331可以使用单双电源供电，电压允许范围为5~40V，最大非线性误差为0.01%。LM3

7、31的压频转化关系为：fo=KVi其中，K=Rs(2.09RtCtRL)，Rs=Rs1+Rs。图1为LM331外围电路连接图。其中R的作用是调节电路的转换增益，K的值由设计者根据具体情况具体设定。考虑到单片机要使用测频率法测量fo，为保证频率信号的测量精度，在LM331中K=2000，Rs=28.424kΩ。对于不同元件的参数有着不同的要求，设计者要根据数字气压计的实际使用需求来选择元件的参数和测量精度。需要注意的是在选择V/F器件时要选取漏电流小的电容器，使用低通滤波器减小输出电压中的干扰脉冲，提高数据精度。2.3单片机在本设计中，气压计需要单片机的P1口和P