测试技术课程设计

《测试技术基础课程设计》

题目高度计的设计

时间

班级

姓名

学号

指导教师

2016年6月17日

前言

随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。

传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的。因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。

本次课程设计的是压力传感器中的高度计。微型硅压阻式传感器、单片机、A/D转换、精密参考电压、显示驱动模块、串口通信模块、电源模块等几部分组成了它的硬件结构。高度计的软件结构由初始化子程序，采样数据处理，A/D转换子程序，压力补偿子程序，数据处理子程序，高度计算子程序，通信子程序，显示子程序等部分组成。 2 / 12 高度计根据压阻式压力传感器原理，因为所测压力大小P与传感器输出电压U有函数关系，可以由电压U计算出压力P。由于传感器的零位和灵敏度会随温度漂移，所以还需要修正，根据一定温度修正后压力P与电压U的关系式，可以由所测电压U计算出实际压力P。

目录

1、课程设计目的和要求----------------------------------------------------4

2、课程设计任务----------------------------------------------------------5

3、系统的设计------------------------------------------------------------6 3.1、气压高度计设计的理论基础---------------------------------------------6 3.2、高度计的硬件设计-----------------------------------------------------6

3.2.1 、单片机 ---------------------------------------------------------7

3.2.2、压阻式传感器-----------------------------------------------------7

3.2.3、 ADC芯片---------------------------------------------------------7

3.2.4、显示通信电路----------------------------------------------------7

3.2.5、电源与抗干扰设计------------------------------------------------7

3.3、高度计的软件设计----------------------------------------------------8

4、误差分析---------------------------------------------------------------10

5 、体会------------------------------------------------------------------11 参考资料-----------------------------------------------------------------12

1课程设计目的和要求

1．传感器原理课程设计是测控技术与仪器专业的必须完成的一个课程设计。是一个重要的教学环节，通过本设计，培养学生理论联系实际的设计思想，训练综合运用传感器设计和有关先修课程的理论，结合实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固加深有关传感器设计方面的知识。

2．通过制定设计方案，合理选择传感器结构和相关元件类型，正确计算、选择各零件和元件参数，确定尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等要求，达到了解和掌握传感器设计过程和方法。

3.进行设计基本技能的训练。如：计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、

图册、标准和规范等）以及使用经验数据、进行经验估算和数据处理及计算机应用的能力。

4.通过设计环节的实际训练，加深学生对该课程基础知识和基本理论的理解和

掌握，培养学生综合运用所学知识的能力，使之在理论分析、设计、计算、制图、运用标准和规范、查阅设计手册与资料以及计算机应用能力等方面得到初步训练，促进学生养成严谨求实的科学态度。

2、课程设计任务

题目:高度计的设计

初始条件：设计时根据测量范围、测量精度、温度补偿、测量绝对气压值等几个性能指标来选取气压传感器。设计时自行确定被测变量及测试范围。

要求：

1．理解气压高度计设计的理论基础；

2. 完成高度计的硬件部分设计；

3. 完成高度计的软件部分设计；

4. 进行误差分析。

3 系统的设计

高度是载体到某一水平面的垂直距离，是导航的一个重要依据。气压传感器是气压式高度计的一个重要依据。传统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，通过对压力的测量，经过A/D 变换后由单片机进行数字滤波，函数算出载体当前的绝对高度，具有较高精度和抗干扰能力。

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，因此在理想情况下，大气压力与海拔高度具有一一对应的关系。在海平面附近，海拔高度每升高100m ，气压下降大约是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。

高度和气压之间的关系较为复杂，如果照搬气压公式来制作电路，电路将变得十分复杂。实现起来相当困难。因此设计该高度计时，可将高度按区段划分，分别进行数据的计算。

3.1 气压高度计设计的理论基础

气压与高程的关系模型：H = T 0/L * (P/P 0) ^ (1/(N-1))（近似公式）。以标准海平面为基准：T 0 = 288.15K ；P 0 = 101.325kPa ；N = 5.25588 ；L = -0.0065 0C/m 。通过计算结果可见表1。从表中数据可以看出，传感器的漂移引起的误差对高端和低端的影响是不同的。为了提高精度，设计时要考虑这一点。根据气压公式可以得出0至6000m 量程内的压力范围在47.18至101.325kPa 。 据此可以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。

3.2 高度计的硬件设计

表1 传感器每千帕变化引起的高程变化值 高程值区间/m 气压值区间/kPa 每百帕高程变化值/m 0-500 101.32-95.46 85.32 500-1000 95.46-89.88 89.61 1000-2000 89.88-79.49 96.25 2000-3000 79.49-70.11 106.61 3000-4000 70.11-61.64 118.06 4000-5000 61.64-54.02 131.23