基于C8051单片机的通用型气压计的设计与实现

发布时间：2020-08-08 05:58

【摘要】：大气压力是气象研究与观测领域的重要参数。在科学技术发展的当今社会,数字型大气压力测量仪器被广泛应用于科学研究、工业以及医疗等诸多领域。研发设计的通用型数字气压计可用于海洋环境、大气环境等大气压力的精准测量。可为海洋监测平台、气象监测平台等提供大气压力的准确数据。本文叙述了基于C8051单片机与气压传感器芯片设计的数字型气压计系统,对系统中的硬件组成以及程序设计流程进行主要研究。本系统使用气压传感器芯片采集获取实时的环境温度及大气压力数据,对核心处理芯片进行相应控制及采集程序设计,获取并处理气压传感器的数值,并设计相应的数据采集处理程序,获得理想的测量数据,最后将得到的数据通过232串口连续发送出来。通过计算机串口助手或者232串口数据采集软件,可直接读取测量的连续大气压力数据。本文在对硬件设计思路与方法研究的同时,结合硬件工作原理,分析研究了气压传感器数据计算及补偿计算方法,阐述了该系统的软件程序设计方法。介绍了以C8051单片机为硬件电路的控制核心,采用C语言作为开发语言工具进行的详细编程设计的数字气压计系统。并根据实际使用时的需要,内嵌设计了修正系数,从而提高了系统的稳定性、通用性和数据的可靠性。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP368.1;P414.6
【图文】：

数字气压计,通用型,系统组成

加入对修正系数的设置和读取进行设计，对输出的气压数据多次计算平均值得到平均数据，使最终的数据更加稳定准确。通用型数字气压计系统组成图如图2-1所示。图2-1 通用型数字气压计系统组成通用型数字气压计在电路设计中全部采用的是低功耗芯片和元器件，系统整体的功耗低，系统整体的工作电流小于 50mA，减少了为该系统提供输入电压的供电系统的压力，也减少了不必要的电力资源的浪费。电路设计中的元器件具有广泛的工作电压范围，系统可在 9~18V 直流电压范围内稳定工作。由于在电路设计中采用了划分区域的模块化设计方法设计，将硬件电路设计中的电源信号与数字信号分隔在两个不同的电路区域，系统运行和工作过程中互不影响，从而大大提高了系统的稳定性。在电路设计中对气压测量采集芯片的选取有很高的要求

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的设计、气压/温度采集模块BMP085芯片的设计、电平转换电路模块的设计组成。并根据设计的原理图对整体电路进行PCB设计。硬件电路的设计采用Altium公司的Protel DXP 2004软件进行设计的。如图3-1所示为设计的电气原理图整体框图。图3-1 通用型数字气压计电气设计原理图3.2 数字型气压传感器 BMP085 芯片电路设计3.2.1 数字型气压传感器 BMP085 芯片的选取通过与国内外各数字气压传感器的内部电路和器件使用对比，设计中选用了德国Bosch公司生产的BMP085芯片。BMP085是利用压阻原理技术生产的芯片，

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[9]。数字型气压传感器 BMP085 芯片如图 3-2 所示。图3-2 数字型气压传感器BMP085芯片3.2.2 数字型气压传感器 BMP085 芯片电路部分的设计数字型气压传感器 BMP085 芯片由控制单元、电阻式压力传感器、和 AD 转换器组成，其中控制单元包括 E2PROM 和 I2C 接口[10]。E2PROM 中储存的标准数据用于补偿和计算转换传感器测量采集的数据及其他的常规参数。在 SDA 和SCL 线上需要上拉电阻，设计时一般采用 2.2KΩ~10kΩ 大小的电阻，通常使用4.7kΩ 或者 5.1kΩ 的电阻[11]。BMP085 有一个低电平输入的主清除信号用于对BMP085 进行复位和对寄存器和控制器的初始化。器件通过上电复位电路自动进行复位。一般地在实际使用过程中不会使用该功能。如图 3-3 所示。图3-3 数字型气压传感器BMP085芯片的典型电路设计传感器元件AD转换控制单元EEPROMI2C接口BMP085XCLREOCSCLSDAGNDVDD3.3VDC输出显示

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