基于單片機(jī)技術(shù)的海拔高度測(cè)量電路設(shè)計(jì)

李延廷

（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100070）

基于單片機(jī)技術(shù)的海拔高度測(cè)量電路設(shè)計(jì)

李延廷

（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100070）

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了海拔高度測(cè)量方法，利用數(shù)字氣壓傳感器設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)的海拔高度測(cè)量電路，分析電路結(jié)構(gòu)框圖、各功能電路組成與工作原理及單片機(jī)控制程序的功能模塊及程序執(zhí)行流程，最后指出整個(gè)電路的工作穩(wěn)定性和性能指標(biāo)。

單片機(jī)；海拔高度；測(cè)量電路；控制程序

海拔高度是指某地點(diǎn)與基準(zhǔn)海平面的高度差。海拔高度的測(cè)量方法有傳統(tǒng)幾何水準(zhǔn)測(cè)量法、氣壓測(cè)量法、GPS高度擬合法及GPS大地水準(zhǔn)面精化法等。海拔高度的精確測(cè)量結(jié)果以傳統(tǒng)幾何水準(zhǔn)測(cè)量法測(cè)得的結(jié)果為準(zhǔn)，用其他方法的測(cè)量結(jié)果作為傳統(tǒng)幾何水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果的參照，以便縮小測(cè)量誤差。其中，氣壓測(cè)量法的原理是海拔高的地方空氣密度小，氣壓低，氣壓表的海拔示數(shù)高，反之亦然。本文正是利用氣壓測(cè)量法，用氣壓傳感器獲取氣壓值，再根據(jù)氣壓值計(jì)算出海拔高度。

1.海拔高度測(cè)量電路設(shè)計(jì)

1.1 海拔高度測(cè)量電路框圖

海拔高度測(cè)量電路主要由單片機(jī)控制電路、氣壓檢測(cè)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、海拔高度顯示電路及直流電源電路等組成，其電路框圖如圖1所示。

1.2 海拔高度測(cè)量電路工作原理分析

1.2.1 單片機(jī)控制電路

單片機(jī)控制電路主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)（包括AT89S51單片機(jī)、晶振和復(fù)位電路）、P0～P3端口接插件等組成。該電路用于控制氣壓傳感器，讀取氣壓傳感器采集數(shù)據(jù)；依據(jù)氣壓數(shù)據(jù)查找相應(yīng)海拔高度；送顯示電路顯示海拔高度。

1.2.2 氣壓檢測(cè)電路

氣壓檢測(cè)電路主要由壓力傳感器BMP085、集成運(yùn)算放大器AD620及其外圍電阻元件等組成，如圖2所示。其中，BMP085是高精度、超低能耗的數(shù)字壓力傳感器，內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器，可以通過(guò)I2C總線直接與單片機(jī)相連，可用于測(cè)試大氣溫度和大氣壓強(qiáng)。

在BMP085內(nèi)部擴(kuò)散硅的表面安裝有橋式電阻橋，當(dāng)擴(kuò)散硅受到氣體壓力而變化時(shí)，電阻橋輸出不平衡電壓，該電壓與擴(kuò)散硅所受壓力成近似正比關(guān)系。單片機(jī)讀取BMP085內(nèi)部指定寄存器中的未經(jīng)補(bǔ)償?shù)臏囟群蜌鈮褐禂?shù)據(jù)。

1.2.3 海拔高度顯示電路

海拔高度顯示電路主要由八位數(shù)碼管、排電阻R5等組成，如圖3所示。海拔高度數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)P0端口送至數(shù)碼管，P2.4～P2.7端口控制八位數(shù)碼管循環(huán)動(dòng)態(tài)顯示海拔高度（單位：m）。顯示的海拔高度保留兩位小數(shù)。

圖1　海拔高度測(cè)量電路框圖

圖2　氣壓檢測(cè)電路

圖3　海拔高度顯示電路

2.海拔高度測(cè)量電路控制程序設(shè)計(jì)

該電路的控制程序采用單片機(jī)C語(yǔ)言編制，包含主程序、氣壓數(shù)據(jù)讀取與儲(chǔ)存子程序、氣壓數(shù)據(jù)處理子程序、海拔高度顯示子程序。該程序工作流程如下：系統(tǒng)上電后，單片機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)始初始化；單片機(jī)讀取校準(zhǔn)參數(shù)，讀取、存儲(chǔ)氣壓與溫度數(shù)據(jù)；計(jì)算出經(jīng)過(guò)補(bǔ)償、噪聲處理的海拔高度值；將海拔高度值送到顯示電路顯示出來(lái)。

結(jié)論

目前，海拔高度測(cè)量電路經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期連續(xù)工作測(cè)試，系統(tǒng)硬件電路和控制程序運(yùn)行完全正常。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，實(shí)測(cè)海拔高度值與理論值之間的相對(duì)誤差小于0.1%。之所以會(huì)出現(xiàn)不小的誤差，原因在于海拔高度與大氣壓強(qiáng)的關(guān)系受大氣溫度的影響。因此需要用溫度值對(duì)氣壓值進(jìn)行補(bǔ)償，并且需要對(duì)氣壓值進(jìn)行噪聲處理。這樣才能得到更為精確的海拔高度值。

[1]朱紅軍.基于氣壓傳感器的海拔高度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)民航飛行學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，26(4)：67-70.

[2]張金燕，等.基于氣壓傳感器BMP085的高度測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2014(6)：64-67.

[3]雷曉靜，等.海拔高度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2015(4)：107-109.

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北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目（編號(hào)：XY-YN-09-201512）。