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1、中国地质大学长城学院本科毕业设计文献综述院 别工程技术学院学生姓名王妙哲专 业电气工程及其自动化学 号043130328 2017 年 3月 20 日6数字气压计的设计文献综述引 言随着科学技术的发展，单片机技术、传感器技术以及计算机控制技术的发展正走向逐渐走向成熟。人们的生活和工作也脱离不了科学技术的发展。比如我们的电脑、手机、MP3等等我们日常生活中用到的各种电子设备，几乎都是在单片机的控制下完成的。 在我们的实际生活中，各种智能控制的仪器或者机器都是建立在单片机和传感器的基础上的。在在实时监测和自动控制领域,设备和仪器,单片机智能方向已经称为一个不可避免的趋势。这是一个技术进步的象征,也
2、是社会和经济发展的需要。传感器和单片机集成是最为普遍的一种控制系统。随着现代科学技术和自动化智能控制技术的发展，传感器在人们的生活中的地位越来越高。近年来，由于科技发展、环境影响以及人们的需要，传感器在各个部门起到的作用是不容小觑的。当然在工业生产自动化、安全防卫、能源交通、环境保护、灾害预测、医疗卫生等方面所研发的各种传感器，在全球化科技发展中创造了巨大的贡献。其中很重要的一种就是：数字气压计的设计为气象预测和气候的判定提供了准确的信息。传统的数字气压计存在的问题还是很多的。如低精度,表明稳定性差,而设计的微处理器控制的数字气压计,而不是一个复杂的电路和控制系统,设计易于使用,实时显示稳定性
3、好,精度高,抗干扰能力,和技术规格的测量压力已经大大提高。因此，对于单片机控制的数字气压计的设计有非常重要的意义。关键词: 单片机 传感器 1研究背景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。气压以百帕（hPa）为单位，取一位小数。国际制单位：帕斯卡，简称帕，符号是Pa。常用单位：标准大气压。表示气压的单位，习惯上常用水银柱高度。例如，一个标准大气压等于760毫米高的水银柱的重量，它相当于一平方厘米面积上承受1.0336公斤重的大气压力。由于各国所用的重量和长度单位不同，因而气压单位也不统一，这不便于对全球的气压进行比较分析。因此，国际上统一规定用
4、百帕作为气压单位。经过换算： 一个标准大气压1013百帕（毫巴） 1毫米水银(汞柱）柱高4/3百帕（毫巴） 1个标准大气压760mm水银(汞柱）柱高。 气压产生的原因：从分子动理论可知，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，但大量分子频繁的碰撞器壁，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。影响压强的因素：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910时和1516时，还有一个次
5、高值和一个次低值，分别出现在2122时和34时。气压日变化幅度较小，一般为0.10.4千帕，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。通常所用的气压单位有帕(Pa)、毫米水银柱高(mmHg)、毫巴(mb)。它们之间的换算关系为：100帕1毫巴34毫米水银柱高。气象观测中常用的测量气压的仪器有水银气压表、空盒气压表、气压计。温度为0时760毫米垂直水银柱高的压力,标准大气压最先由意大利科学家托里拆利测出。2 国内外研究现状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
6、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。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。 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
7、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。 微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器诞生于20世纪70年代中期，经过20多年的发展，其成本越来越低，而性能越来越强大，这使其应用已经无处不在，遍及各个领域。例如电机控制、条码阅读器扫描器、消费类电子、游戏设备、电话、HVAC、楼宇安全与门禁控制、工业控制与自动化和白色家电(洗衣机、微波炉)等。本次设计也将采用微控制器作为电子气压计
8、的数据采集处理和控制元件。 微控制器可从不同方面进行分类：根据数据总线宽度可分为8位、16位和32位机；根据存储器结构可分为Harvard结构和Von Neumann结构；根据内嵌程序存储器的类别可分为OTP、掩膜、EPROMEEPROM和闪存Flash；根据指令结构又可分为CISC(Complex Instruction Set Computer)和RISC(Reduced Instruction Set Computer)微控制器。 气压传感器和微电子控制器的结合，可以创造出很多应用，可以说只要能有好的想法，一般都可以实现，气压计已经由以前的只有专业场合专业人士才能使用的测量器具变成今天的
9、随处可见，方便使用的电子产品，并集成到众多的电子产品中，都归功于电子行业技术发展和很多有创新精神开发者。 本课题是要设计一个利用微控制和数字化气压传感器为核心元件组成的电子气压计系统。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，并可灵活的加入超压、低压报警等特殊功能，以满足某些特定需要。3存在问题和发展趋势随着时代的发展人们对事物的研究程度更加的深入，更加的细化了，以前 我们研究的级别都还在毫米，微米级别上，而如今纳米级的精度都随处可见了，因此普通的物理级测量系统已经达不到如今社会对测量的要求了，因此高精度数字化
10、的测量仪器就成为了现在社会测量领域中一项很重要的技术。同样，数字气压计技术也就很顺其自然的成为了气压测量领域的先进技术了，它在很多领域里都发挥着非常巨大的作用：例如在工业方面，用数字气压计测量封闭空间的气压，以确保在封闭空间工作的安全性；在农业方面，用数字气压计测量大气气压，及时掌握预测和掌握天气变化；此外数字气压计还有测量海拔高度的作用。等等以上这些应用虽然普通的气压计都可以完成，但是普通气压计还是不能很好满足以上应用，和数字气压计相比普通气压的劣势主要体现在以下几个方面：第一，测量精度。普通的气压计都是从物理层面出发去测量气压的，因此它受外界环境，测量人员等因素影响很大，因此它测量的数值就
11、不是很精确，但是本文所介绍的气压计是完全数字化的气压计，受外界环境和测量人员的影响很小，还有它是将模拟量转换为数字进行测量，这样又更进一步的降低了测量过程中的干扰提高了测量精度。 第二，利于读数普通的气压计一般都是靠刻度进行读数的，由于刻度本身误差和读数误差使得测量数据在无形中又增加了误差，还有就是测量值的直观性，普通的气压计在读数时需要看刻度，并且需要简单计算才能得到数值，而数字气压计的数值显示很直观，直接将数值通过屏幕显示，能够很大程度上减少读数时间，提高了测量工作效率。 第三，智能化。普通的气压计在智能方面很欠缺，基本不能达到智能化应用，基本上就只能完成单一的气压测量任务，而且无法将测量
12、数据保存，也就是说想要测量一段时间气压变化值，必须测量者时时刻刻人工记录数值，这样使得工作人员工作量非常大，而数字气压计就可以做的非常的智能化，它不但可以将测量值时时的保存起来，它通过外部干预设定相应的上下限值，以达到自动判断的目的。 第四，便于携带。普通的气压计因为大部分是靠物理器件的变化来测量的气压的，因此它占用的空间就会大，而数字气压计就可以做的很小，大多数情况下都是做在了一块电路板上而且数字气压计有专门的芯片，它有着很高的集成度，只要配合外部单片机就能组成高性能的数字气压计。不但便于携带而且性能稳定。由以上的众多优点可以看出，数字气压计的研究设计是很有实际意义，而且会有很广泛的应用。本
13、文所设计的数字气压计就是利用高集成度的气压测量芯片，配合高速处理器单片机组成的，它具有高智能化，性能稳定，以及体积小等特点。4研究内容及方案4.1设计方案一使用SCM,获得压力传感器模拟信号,再经过A / D转换后,由微处理器控制的监控系统,并最终发送一个信号到单片机控制系统,然后通过显示。原理框图如下：A/D转换器显示器单片机控制的检测系统单片机控制的主控制器压力传感器 总线 图2-1 方案一原理图 4.2设计方案二 采用AT89C55单片机为核心，将获得的信号交由A/D转换器处理后直接送到单片机，最终由显示器显示出来。原理原理框图如下：气压传感器显示器A/D转换单片机处理 图2-2 方案二
14、原理图综上所述，两种方案虽然电路设计方面相似，但是我们可以看到方案二的设计更为简单快捷，而且相对于方案一来说性价比高。因此我们选择第二种方案。5毕业设计的预期结果预期达到的目标：（1）完整的数字气压计设计方案;（2）选择合适的气压传感器；（3）利用V/F转换来实现模数的转换；（4）所需使用的电压转换电路提供+5V电源；（5）成本低。参考文献1 孙艳玲，刘亚丽基于MPX4115芯片的数字气压计设计J.中国仪器仪表，2007.92 周润景.基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真M.北京：北京航空航天大学出版社，2006.53 沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析M北京航空航天大学出版社4
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