基于单片机的气压式高度计设计

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1、万方数据2011年6月15日第34卷第12期现代电子技术ModernElectronicsTechniqueJun．2011V01．34No．12基于单片机的气压式高度计设计孟洪兵1一，陈熙源2(1．塔里木大学信息工程学院，新疆阿克苏843300，2．东南大学仪器科学与工程学院，江苏南京210096)摘要：采用集成度高的压阻式硅气压传感器，运用模块化设计方法完成了基于C8051F353单片机的数字式气压高度计的设计。通过仿真软件采用分段插值方法优化提高测量精度．实现了数字式气压高度计的智能化。实验表明，本文设计的气压式高度计能够显著提高测量精度，非常适合时体积和功

2、耗有要求的小型飞行器上使用，也可使用在地面仪表上，进行大气数据采集。关键词：气压传感器；误差补偿；C8051F353，非线性校正中图分类号：TN911—34；TP212文献标识码：A文章编号：1004—373X(2011)12—0192—03DesignofMCU-basedBaro-altimeterMENGHong-bing“2。CHENXi-yuan2(1．TarimUniversity，Tarim843300。China2．SoutheastUniversity．Nanjing210096·China)Abstract：Thedigitalatmosphe

3、ricpressurealtimeterbasedonC8051F353singlechipmicrocomputerwasdesignedbyusingpie-zoresistivesilicon-barometricflelg．aorandmodulizeddesignmethod．T11emeasuringaccuracywasimprovedbytheaidofasimulationsoftwareandsegmentinterpolationoptimization．Theintelligentizationofdigitalatmosphericpre

4、ssurealtimeterwasrealized．Experi_mentsshowthatthedigitalatmosphericpressurealtimetermentionedabovecanimprovethemeasurementaccuracyremarkablyandisappliedtOsmallaircraftsandinstrumentsusedinthegroundequipmentstOperformthedataacquisition．Keywords：atmosphericpressuresensor；errorcompensati

5、on；C8051F353Inonlinearcalibration高度是载体到某一基准水平面的垂直距离，是导航的一个重要依据。气压传感器是气压式高度计的重要器件。传统的气压传感器信号调理电路校准和补偿电路复杂，稳定性差，不能直接用于计算机数字化处理，也不便于在便携式设备中集成。本气压式高度测量系统使用微型压阻式传感器，通过对静压的测量，经过模／数变换后由单片机进行数字滤波，函数解算出载体当前的绝对高度，具有较高精度和抗干扰能力。1高度测量系统的设计大气压力在数值上等于所在海拔高度往上直到大气上界整个空气柱的重量，因此理想情况下，大气压力与海拔高度具有一一对应的关系

6、。在海平面附近，海拔高度每升高100m，气压下降大约0．7kPa。由于空气具有可压缩性，大气压力与海拔高度具有非线性关系‘11。高度和气压之间的函数关系较为复杂。如果照搬气压公式来制作电路，电路将变得十分复杂，现实起来收稿日期：2011-01-26基金项目：国家“973”计划资助项目(2009CB724002)，塔里木大学校长基金重点项目(TDZKZD08002)非常困难。因此，设计该高度计时，可以将高度按区段划分，分别进行数据的解算。1．1气压高度计设计的理论基础．气压与高程的关系模型：H=To／L×(P／P。)A(1／(N一1))(近似公式)。以标准海平面为基

7、准：To=288．15K；Po=101．325kPa；N=5．25588；L=一0．0065℃／m，通过计算结果可见表1。从表中数据可以看出，传感器的漂移等引起的误差对高端和低端的影响是不同的。为提高测量精度，设计时要考虑这一点。根据气压公式可以得出o～6000m量程内的压力变化范围在47．18"-一101．325kPa。据此可确定硅压阻式传感器量程。为充分利用传感器的精度．选择硅压阻式传感器量程要尽量接近测量范围。裹1传感嚣每千帕变化引起矗程变化值万方数据第12期孟洪兵等：基于单片机的气压式高度计设计1931．2高度计的硬件设计硬件结构由微型硅压阻式传感器、单片

8、机、A／D