数字气压计设计

计算机控制技术

课程设计

成绩评定表

设计课题：数字液压计的设计

学院名称：

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

设计地点：

设计时间：2011.6.27～2011.7.2

指导教师意见：

成绩:

签名：2011年7月日

计算机控制技术

课程设计

成绩评定表

设计课题：数字液压计的设计

学院名称：

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

设计地点：

设计时间：2011.6.27～2011.7.2

计算机控制技术课程设计任务书

学生姓名专业班级学号

题目数字气压计设计

课题性质工程设计课题来源自拟课题指导教师

主要内容

通过气压传感器MPX4115获得与大气压相对应的模拟电压值,并经过电压/频率(V/F)转换模块转换为数字脉冲,通过单片机接收该脉冲信号，得到单位时间内获得的脉冲数，依据电压与频率的线性关系式计算出所对应的实际气压值，最后在单片机的控制下由LCD显示电路显示出实际气压值。

任务要求

第1天：熟悉课程设计任务及要求，针对课题查阅技术资料。

第2天：确定设计方案。要求对设计方案进行分析、比较、论证，画出方框图，并简述工作原理。

第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。

第5天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅不少于5000字。

主要参考资料[1] 赵建领．51单片机开发与应用技术详解．北京：电子工业出版社，

2009

[2] 熊静琪．计算机控制技术．北京：电子工业出版社，2003

[3] 高金源．计算机控制技术．北京：北京航空航天大学出版社，2001

[4] 张晋格．计算机控制原理与应用．北京：电子工业出版社，1995

审查意见

系（教研室）主任签字：

年月日

目录

１引言 (1)

1.1课题背景 (1)

1.2系统功能 (1)

2总体设计方案 (1)

2.1设计整体思想 (1)

2.2系统组成框图及工作原理 (2)

2.21系统组成框图 (2)

2.22工作原理： (2)

2.3方案设计 (3)

3硬件电路设计 (3)

3.1系统设备选型 (3)

3.11芯片78L05 (3)

3.12气压传感器MPX4115 (4)

3.13 LM331转换芯片 (4)

3.14AT89C52单片机 (4)

3.15显示 (4)

3.2部分系统硬件电路设计 (5)

3.21电源模块的原理图 (5)

3.22 气压传感器原理图 (5)

3.23 V/F转换电路原理图 (6)

3.24显示电路 (6)

4软件设计 (7)

4.1单片机实现数字气压计的程序流程 (7)

4.2静态显示子程序流程图 (8)

5 总结 (9)

附录 (10)

系统总原理图 (10)

参考文献 (11)

１引言

1.1课题背景

气压计是利用压敏元件将待测气压直接变换为容易检测、传输的电流或电压信号，然后再经过后续电路处理并进行实时显示的一种设备。其中的核心元件就是气压传感器，它在监视压力大小、控制压力变化以及物理参量的测量等方面起着重要作用。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。

1.2系统功能

该方法通过气压传感器获得与大气压相对应的模拟电压值，并经过V／F变换输入到单片机进行处理，从而实时显示相应的气压值。用本文所述的方法制成的气压计携带方便，操作简单，精确度高，完全符合设计要求。

2总体设计方案

2.1 设计整体思想

基于MPX4115的数字气压计包括软硬件的设计与调试。软件部分通过对C 语言的学习和对单片机知识的了解，根据系统的特点编写出单片机程序。硬件部分分为四大块，包括大气压的非电信号数据的采集、转换、处理以及显示。通过

对设计的了解，选择适合的器件，画出原理图。

2.2 系统组成框图及工作原理

2.21系统组成框图

气压计硬件部分由四部分构成，它们分别是：信息采集模块，数据转换模块，信息处理模块和数据显示模块。图2.1为系统总框图。

气压传感器单片机

V/F 传感器LED 显示电源模块

图2.21 系统总框图

2.22工作原理

气压传感器将被测气压转换为电压信号；用Ｖ／Ｆ转换器则可把气压传感器输出的电压信号转换成具有一定频率的脉冲信号；以便用单片机接收该脉冲信

号，并根据单位时间内得到的脉冲数，依据电压与频率的线性关系式计算出所对应的气压值，最后在单片机控制下由ＬＥＤ显示出来。

本气压计能够在气压传感器的线性范围内准确测量相应气压值。需要说明的是，其测量值是绝对气压值。本文研究的气压计的技术指标如下：

●测量范围：３００ｈＰａ～１０５０ｈＰａ；

●测量精度：０．１％ＦＳ(２０℃)；

●显示精度：０．１％，由４个８段ＬＥＤ显示实现；

●工作温度范围：０～８５℃；

●电源电压：15V

2.3方案设计

被测气压经过传感器转换成电压输出，根据芯片资料，算出输出电压与大气压的关系：VOUT=5*（0.01P-0.09）

输出电压经过V/F转换电路转变为对应电压fo的脉冲序列FO。根据Vin 和FO的对应关系可得：P=(fo/5k+0.09)/0.01=(20fo/k+9)

3硬件电路设计

3.1系统设备选型

3.11芯片78L05

因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。