单片机应用调研报告

实习（调研）报告

一、课题的来源及意义

在工业生产中,电流、电压、温度、压力等都是很常见的生产要求参数，因此在很多工业生产中，人们都要对加热炉、生产炉中的气压进行监控，气压计是利用压敏元件将待测气压转化为其它容易检测和传输的电流或电压信号，再通过电路处理将其显示的工具，而其中的核心就是气压传感器，它在监视压力大小及控制压力变化方面起着重要作用。采用单片机对其进行控制，不仅控制简单方便，而且对这些参数指标的控制和调节能力更强，从而提高产品质量。

运用于气压计的气压传感器基本都是依靠不同高度时的气压变化来获取气压值的。气象学研究表明，在垂直方向上气压随高度增加而降低。例如在低层，每上升100m气压便降低10hPa；在5～6km的高空，高度每增加100m，气压便会降低7hPa；而当高度进一步增加时，即到9～10km的高空之后，高度每增加100m，气压便会降低5hPa；同样，若空气中有下降气流时，气压会增加；若空气中有上升气流时，作用于空气柱底部的气压就会减小。一般把作用于单位面积上空气柱的重量称为大气压力。[1]数字气压计大量应用在各种工矿企业，野外作业，消费类电子产品等等的地方，并且众多数字气压传感器的出现使得数字化气压测量装置更加多样化，并且精度也越来越高，现在的数字气压计已经不满足仅测量气压的功能，有的还具有测温及辨识方向的功能，智能化及多功能化将是其以后发展的趋势。

本课题设计充分利用了BMP085的功能，它满足数字气压计采集、控制和数据处理的需要，可提高系统稳定性和抗干扰能力。同时，微控制和数字化气压传感器的结合可以使得气压计的设计更具灵活性，测量精度相对于液体气压计也有了显著提高，测量结果的显示也更直观，由于大量的工作由单片机软件来实现，简化了设计电路，且调整方便、可兼顾的指标多，从而大大降低了成本。另外，由于该数字气压计的模块化设计，该数字气压计还具有很好的功能扩展性，具有精度高、稳定性好、功能易于扩展等优点，为仪器及电子产品设计的后续技术升级，以及进一步满足市场的需要提供了条件[2]

二、国内外发展状况

人类社会进入20世纪90年代以后微电子行业发展极为迅速，各种各样的电子传感器被发明且被运用到各行各业，为人们的生产生活创造了极大的便利。数字气压传感器亦已出现，并大量被运用，甚至现在很多手持设备中都已经加入了气压计功能，比如手机，GPS等，方便了人们的出行旅游。常见气压计有液体气压计和盒式气压计。飞机上使用的高度计实际上是用盒式气压计改装成的。常见的液体气压计有水银气压计和酒精气压计2种，这2种都是老式的气压计，体积大，精度低，不方便携带且容易坏，当今社会科技高速发展，各行各业不断出现新技术新材料，气压测量这块也是这样，盒式

气压计的出现部分的解决了液体气压计所无法解决的缺点，比如体积、方便携带等等。目前国际国内很多公司都推出了其数字气压传感器，如摩托罗拉公司的MPX4105和Intersema公司的MS5534b另外还有华普微电子的HP03系列数字气压传感器。众多数字气压传感器的出现使得多样化的数字化气压测量装置、用品大量出现，并越来越普及，精度也越来越高。数字气压计一般不会只有测量气压一种功能，一般都有其他的功能，比如测温度、指南针、码表等等的功能。[1]

三、课题的研究目标、研究内容

本设计介绍了一种用气压传感器BMP085与AT89S52单片机相结合的气压计设计方法。通过气压传感器获得与气压相对应的模拟电压值，再通过BMP085气压传感器内置的模块的转化和处理，以及单片机对其的控制，获得当前的气压值，并通过1602液晶显示模块显示。本设计以C语言为开发工具，进行了相关的设计与编程，总体实现了系统功能的可靠性、稳定性、经济性。在设计电子气压计之前首先要搞清楚气压的定义, 气压是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量,著名的马德堡半球实验证明了它的存在。气压的国际制单位是帕斯卡，简称帕，符号是Pa。气压的地区差别是气象变化的直接原因之一，在高处的大气层比较薄，那里的空气引力比低处要小，因此在高处的气压比在低处要低。

气压产生的成因，可以依据分子动理论分析，气体的压强是大量分子频繁地碰撞容器壁而产生的。单个分子对容器壁的碰撞时间极短，作用是不连续的，但大量分子频繁地碰撞器壁，对器壁的作用力是持续的、均匀的，这个压力与器壁面积的比值就是压强大小。

气压的大小与海拔高度、大气温度、大气密度等有关，一般随高度升高按指数律递减。气压有日变化和年变化：一年之中，冬季比夏季气压高；一天中，气压有一个最高值、一个最低值，分别出现在9～10时和15～16时，还有一个次高值和一个次低值，分别出现在21～22时和3～4时。气压日变化幅度较小，一般为0.1～0.4千帕，并随纬度增高而减小。气压变化与风、天气的好坏等关系密切，因而是重要气象因子。[3]四、可行性分析

本次设计采用集成的单片机主控，压力传感器采集到气压信号后,经过其自带的A/D 转换模块和控制单元，将其处理后，送入单片机中，通过单片机的控制，将处理的结果送显示模块进行显示，其原理框图如下：

图2-1 设计方案原理图

此方案直观明了，调整方便，可兼顾的指标多，因此使用本设计方案，本方案的重点有以下两点：

（1）要选择合适的气压传感器芯片，这需要根据实际需要以及各种气压传感器的性能参数来决定。

（2）要设计合理的单片机及各模块的接口电路。[4]

本系统的总体结构框图如图2-2所示:

图2-2 数字气压计系统结构框图

由图2-2可知，整个系统的工作流程如下：

测量时被测气压由气压传感器转换为模拟的电压输出，此输出信号不能直接交由单片机处理。因此，需通过BMP085气压模块内置的A/D转换模块的转换以及其寄存器的处理和单片机的控制，最后获得实际气压值，并通过LCD1602显示。

单片机对BMP085 发送控制命令的方式如下图（图2-7）所示。

图2-7 单片机向BMP085发送控制命令的方式

具体说来，单片机向BMP085 发送命令的步骤如下

（1）发送模块地址+W（表示写操作），如图2-7中的0xEE。

（2）发送寄存器地址(register address)，如图2-7中的第一个0xF4。

（3）发送寄存器的值(control register data)，如图2-7中的第二个0xF4。

寄存器的值代表BMP085 要进行的测量方式。不同的值分别代表，测量温度；低精度压力测量；中精度压力测量；高精度压力测量。

举例来说，向BMP085 写寄存器地址0xF4 代表要BMP085 进行测量，具体进行什么测量（温度、高精度压力、中精度压力还是低精度压力）要由发向寄存器的值（control register data）决定，在图2-7 中control register 的值是0xF4。对照表2-1可以看出，0xF4 代