基于單片機控制的數字氣壓計的設計

王建偉

摘要：單片機控制的數字氣壓計小巧易攜帶、安全性與穩定性好、測量準確、簡單易用，可以精確測量壓力大小，是一種使用性很強的氣壓測量工具。本文對此展開介紹，從結構到軟硬件，再到系統調試與功能穩定的設計都作了簡單介紹。

關鍵詞：軟件實現方法;硬件實現方法;數字氣壓;單片機

前言：

通過壓敏元件把待測氣壓轉變為易識別的電子信號，并通過處理后顯示為實際數值的儀器就是數字氣壓計。氣壓傳感器是數字氣壓計的核心部件，它可以檢測壓力數值和監控壓力變化，在許多物理量的測量上應用十分廣泛。眾所周知，大氣壓力隨著海拔而變化，數字氣壓計可以準確測量不同海拔的氣壓。隨著海拔的上升大氣壓力會逐漸降低，但是降低的數值并不是線性的，在不同的高度大氣壓力降低的數值也不同。除此之外，大氣壓力還受到氣流的影響，下降氣流會增加大氣壓力而上升氣流會在一定程度上降低大氣壓力。而基于單片機控制的數字氣壓計可以實時測量大氣壓力，對于大氣壓力的研究以及很多需要測量氣壓的戶外作業有很大的實際應用意義。

一、基于單片控住的數字氣壓計的結構分析

基于單片機控制的數字氣壓計在使用時氣壓傳感器把測量氣壓轉變為電壓信號，然后通過V/F轉化器將電壓信號轉變為脈沖信號，再傳輸到單片機，最后通過關系式自動計算出氣壓值并顯示出具體數值。整個流程主要有4個結構實現：氣壓傳感器、V/F轉換器、單片機以及LED顯示屏，注意要根據測量不同的氣壓范圍要選擇適合的數字氣壓計，數字氣壓計的測量范圍由氣壓傳感器的敏感度覺得，所以要根據實際需要選擇，需要說明的是數字氣壓計測量出的氣壓值是絕對值。

二、基于單片控制的數字氣壓計的硬件介紹

數字氣壓計的制造需要考慮實用性、成本、穩定性以及可維護性等多方面，接下來就數字氣壓計的硬件構成進行介紹：

（1）氣壓傳感器：數字氣壓計的核心部件是氣壓傳感器，它決定了數字氣壓計的測量范圍、適用高度、測量結果準確性等重要指標，可以所數字氣壓計的應用程度都是由氣壓傳感器決定的。因為數字氣壓計測量的是絕對值決定了氣壓傳感器適用的也是絕對值測量，由于高度變化環境溫度也會產生變化，所以為了避免溫度帶來的影響，氣壓傳感器還要具有應對溫度變化的能力，以提高數字氣壓計的問穩定性，此外目前在空中電子信號非常多，數字氣壓計本身是通過電路連通，所以還需要氣壓傳感器具有抗干擾能力。

（2）V/F轉化器：氣壓傳感器將被測氣壓測出后轉化成的是電子信號，并不能被單片機直接接收，所以需要V/F轉化器將電子信號轉化為成正比的脈沖信號，并將脈沖信號傳輸給單片機。V/F轉化器本身并不是量化器，但是通過外加定時器與計數器配合，可以完成A/D的轉化，將電子信號轉化為脈沖信號。脈沖信號的抗干擾能力強、傳輸距離遠并且可以被計算機直接接受，因此可以通過測量V/F的輸出頻率完成A/D轉化。

（3）單片機：在實際基于單片機控制的數字氣壓計時單片機是脈沖信號的接受實現部件，為了實現穩定性需要單片機具有中斷源、定時器以及計數器，為保障數字氣壓計的續航性和應用性還需要單片機具有低功耗且高性能的特點，此外，為防止意外，單片機還需要具有斷電自動保存功能。

（4）LED顯示屏：LED顯示屏的組成單位是發光二極管，它的連接方式有兩種：共陽極接法與共陰極接法?；趩纹刂频臄底謿鈮河嬶@示比較復雜，需要實現動態顯示，因此LED的接線也比較復雜，并且單片機不足以實現驅動，因此需要專門加接驅動芯片。電阻值會影響LED的顯示效果，因此在設計時需要根據實際情況選擇合適的電阻值保障LED的正常顯示。

三、基于單片控制的數字氣壓計的軟件介紹

在數字氣壓計中單片機接受的是脈沖信號，然后通過算法將根據脈沖信號的頻率換算為氣壓值。以下簡單介紹原理：信號的整體轉化過程是首先有氣壓傳感器把測量氣壓轉化為電子信號輸出，然后由V/F轉化器接收電子信號并將其轉化為脈沖信號輸出到單片機，單片機依據接收到的脈沖信號頻率換算為氣壓值并在LED上實現動態顯示。單片機的換算與顯示過程需要通過C語言編程的軟件程序實現。

C語言是硬件編譯程序語言，可操作系統硬件，在數字氣壓計中應用C語言編程，方便快捷，可讀性與修改性都很強，對于數字氣壓計的開發和應用的效率都有很大提高。

四、基于單片機控制的氣壓計的系統仿真調試

為保障數字氣壓計設計可靠穩定，在設計完成后還應對整體進行仿真調試。一般應用Proteus軟件與Keil軟件對系統進行仿真調試，調試內容包括：單片機電源輸入、復位電路以及晶振電路;然后是檢查電氣是否符合連接原理，發現錯誤連接要立即改正;接下來調試器件連接，針對所有器件的參數和連接網絡全面檢查，確認器件關系合理;之后PCB整體檢查;最后對系統仿真調試。

結束語：

數字氣壓計的核心部件是氣壓傳感器需要根據實際設計要求選擇，此外V/F轉換器是實現電子信號轉化為脈沖信號的儀器，單片機可以接受脈沖信號并依據算法得出具體的氣壓值在LED上動態顯示出來。V/F轉化器的數字氣壓計相比純硬件解碼的氣壓計具有對于溫度的敏感度更低，穩定性更高以及精確度更高等優點，在復雜環境中應用范圍更廣。

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