基于单片机的便携式数字气压高度计的设计与实现开题报告.docx
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基于单片机的便携式数字气压高度计的设计与实现开题报告
杭州电子科技大学
毕业设计（论文）开题报告
题目
基于单片机的便携式数字气压高度计的设计与实现
学院
电子信息学院
专业
电子信息工程
姓名
班级
学号
指导教师
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
随着现代科学技术发展的需要，海拔高度已经成为工业、农业的发展不可缺少的一个重要组成部分；化学工业冶炼的熔点海拔随着高度的变化而变化，海拔高度越高，熔点就越低，海拔高度越低，熔点就越高；同时海拔高度也影响农业的分布，海拔低的地方地势平阔，温度较适中、含氧密度较大，适应大量水稻、小麦、玉米等农业作物的生长需要；海拔高的地方地势主要以山地为主，温度低、气压低、空气密度小，不利于动植物的生长。
在能源方面，海拔高度计充分发挥了它的优势,它让能源利用更合理。
比如IBM的服务器体内装有海拔高度计，不同海拔的地方，空气的密度并不相同，由此所带来的就是散热所需的风量的差别，在海拔较高的地方，往往空气比较稀薄，这时就需要服务器的风扇加快转速从而产生更大的风量来对系统进行冷却，避免过热造成的稳定性问题。
而在低海拔的地区则可以适当降低转速来节省电能的消耗，并延长风扇的寿命，而这样的设计业就是IBM的服务器无论是在什么样的环境中也能顺利运行的重要原因。
由于传统的海拔高度测量系统的精度、体积不能达到要求，而现代的GPS海拔高度仪价格都为人们不能接受，从它们的原理上讲；机械式的海拔高度仪集成度太小，体积笨重、内部结构非常的复杂，因此他的内部电路之间的干扰相当大，虽然多采取相应的措施，但是由于线路造成的误差是不可避免的；GPS应用还是比较广泛的，它通常运用到汽车的电子装置中、飞行器中和可移动的专业设备中,还有现在刚出来的智能手机也能装载GPS体系，但是它有两点不理想；第一是他的专用设备价格高，通常不能广泛在生活中得以使用。
第二是GPS主要是由于卫星定位系统来实现的，因此它直接受到通信信号、地理位置和天气的影响，例如在山下和在屏蔽干扰严重的地方或者在大雾天气，GPS就不能测量出标准的海拔高度值，或者直接不能海拔高度值。
综上所述，无论从工、农业和能源的发展来讲还是从改进传统的海拔高度仪的角度来讲，研究出一种新型的海拔高度仪是迫在眉睫的了。
海拔高度的测量方法，目前主要有3种测试仪器：
老款的机械的海拔高度仪器；配有GPS装置的测量仪；和气压海拔高度的测量仪
传统的机械式海拔高度仪器的精度有限、体积大，携带不方便。
GPS现在市面上有手持式GPS接收机和车载式GPS接收机。
但是当人们身处于树林里或者悬崖下时由于信号的反射，手持GPS接收机可能接收不到GPS卫星信号，所以电子罗盘和气压高度计就被设计在某些手持式GPS接收机上，如GARMINVISTA、还有麦哲伦探险家600等。
由于高精度的传感器成本比较高，导致手持式GPS接收机成本高，影响了市场发展规模。
车载GPS接收机也经常会发出错误，因为导航地图直接把三维数据当成二维的数据来处理，再加上GPS接收机的水平定位误差就会经常出现上下方位判断错误的现象，错误的导航指令不仅会给客户带来不便，如果客户完全按照导航指令来操作甚至会发生危险，但是这个问题之前一直没有得到很好的解决。
相比之下，采用单片机控制的海拔高度计更符合需求,本次设计主要以STC89C52为微型控制器，由气压传感器BMP085将温度、大气压力值、温度补偿数据等传输到微型控制器，经单片机的处理将大气压传感器的数据转换成高度值。
经过实验验证，该系统所得到的数据能满足人们的日常需要，具有重要的现实意义和较广泛的用途前景。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
一、研究的主要内容：
1、选择合适的压力传感器，了解传感器的工作原理。
2、理解海拔高度的计算原理。
3、完成各电路的设计。
4、完成软件的编写。
二、拟解决的主要问题：
1、比较不同气压传感器之间的优缺点，选择合适的传感器完成本次设计。
2、理解海拔高度的计算原理，得到最终的压力与海拔换算公式。
3、完成单片机模块的电路设计，理解各元器件起到的功能。
4、完成显示模块的电路设计，掌握LCD1602显示模块的基本功能。
5、完成传感器模块的电路设计，了解传感器的工作原理。
6、完成软件的编写并调试成功。
三、研究步骤、方法及措施：
一、气压传感器的选择
在此海拔高度计设计中，气压传感器是组成数字式海拔高度计的核心器件中的一个，在传统的气压传感器中，他们的电路结构复杂、体积庞大、稳定性差、没有A/D转化器和温度传感器的集成；其传输的信号不能立即供由单片微型计算机处理运算。
而在现在主流的有APM公司的TP015P和Bosch公司的BMP085数字式大气压传等感器。
方案一：
以TP015P为代表的总体设计思路
通过大气压强传感器得到表征大气压强的电压信号，该信号通过放大电路和滤波电路后，再经过模数转换电路进行A/D转换。
单片机作为本系统的控制单元主要完成三个功能：
其一是对A/D转换的数据进行数据转化，以得到海拔的准确值；二是控制温度传感器；三是控制液晶显示，以将海拔和温度准确值在液晶上显示。
其系统原理框图如图2-1所示。
图2-1TP015P传感器设计原理框图
方案二：
以BMP085大气压传感器为代表的设计思路。
硬件部分主要由BMP085数字气压传感器、STC89C52微控制器、LCD1206液晶显示器及电源模块及其他一些外围电路组成。
BMP085数字气压传感器采集表征大气压强的电压信号、因该芯片内部集成有A/D转换，以及温度传感器，所以通过I2C总线可直接与单片机连接，采集的电压信号经过微控制器STC89C52处理，从LCD1206液晶显示器实时显示出来，其系统原理框图如图所示；
在设计电子信息系统时,在满足功能和性能指标要求的前提下,应使电路尽量简单,因为同样功能的电路,电路越简单,元器件数目越少,连线和焊点越少,出现故障的概率就会越小,系统的可靠性就会越强.因此,对于电子系统,通常,集成电路能实现的就不选用分立元器件电路,大规模集成电路能实现的就不选用小规模集成电路。
由上可知，以TP015P传感器设计思路较复杂，TP015P气压传感器和温度传感器采集信号经过放大、滤波、A/D转换、温度补偿等电路才能把信号送入单片机，进入单片机的除了采集的气压信号和温度信号外，还有外界的干扰包括电路的噪声。
所以测量值不够精确，且成本也较高。
而BMP085传感器简化了电路设计步骤，因为BMP085是一块集成温度传感器、A/D转换器于一体的数字气压传感器芯片。
它的供电电压是1.8～3.6V，功耗低，精确度高，使用方便。
基于上述方案论证，选择以BMP085传感器为主的设计思路。
二、电路的设计思路
本次设计主要是基于BMP085数字气压传感器的气压高度计系统，利用海拔高度和气压、温度的关系，通过STC89C52的微型控制器读取传感器中压力值、温度值以及补偿参数，用软件对它进行测试，温度补偿和海拔高度计算，并在次基础上进行噪声处理，最后在LCD1206液晶显示器上显示，温度、气压、海拔高度值。
其硬件系统模块框图如图所示。
三、程序的设计思路
系统软件采用模块化设计方案，主要有微控制器上电复位系统初始化读EEPRAM中的补偿值、气压海拔高度转换、软件滤波、读气压值温度值、显示温度气压、LCD显示等子程序，主程序以循环执行方式工作
主程序设计流程，首先系统初始化，包括单片机复位，时钟初始化，传感器初始化，上电以后BMP085传感器初始化，判断是否有数据进行采样并送入单片机，经单片机校正处理后送入LCD1206液晶显示，重复以上步骤。
其具体流程如图所示。
否
是
循环
BMP085的气压传感器流程图如下图所示，首先开始初始化BMP085，检测气压，读取气压温度，气压校正，检测是否校正，如果没有校正，返回读取初始气、压温度，再检测，如果是则把实时气压温度读入单片机，由气压温度值转化成海拔高度。
然后由LCD1602液晶显示模块实时显示。
否
是
四、研究工作进度：
序号
时间
内容
1
2013.12.1-2014.1.5
选题并前期准备
2
2014.1.6-2014.3.4
任务书
3
2014.3.5
开题报告会
4
2014.3.6-2014.3.19
文献综述、外文翻译
5
2014.3.20-2014.4.2
电路设计，软件编程
6
2014.4.3-2014.4.16
元器件购买，焊接
7
2014.4.17-2014.4.30
调试并修改
8
2014.5.1-2014.5.14
撰写毕业论文
9
2014.5.15-2014.5.21
论文评审及修改
10
2014.5.28
毕业答辩
五、主要参考文献：
[1]王俊彩,王福平,王成,候瑞峰.基于BMP085的一种便携式海拔高度测量系统设计[J].传感器与微系统,2011（06）,第30卷第12期,123-125.
[2]高兴宝,葛化敏,陈康奇.基于STM32的便携式气压高度计设计[J].机械与电子,2012年第31期,189-174.
[3]赖武刚,郭勇,詹鹏.大气压强传感器TP015P在海拔高度测量中的应用[J].新特器件应用,2010（08）,第12卷第8期,11-13.
[4]袁捷,韩波,李平.基于89C52的气压高度计系统的设计和应用[J].机电工程,2005（03）,第22卷第10期,30-34.
六、指导教师审核意见：
指导教师签字：
2014年3月5日
七、系（教研室）评议意见：
系（教研室）主任签字：
2014年3月5日
八、开题小组评审意见：
开题小组负责人签字：
2014年3月5日
九、学院领导审核意见：
1．通过；2．完善后通过； ３．未通过
学院领导签字：
2014年3月7日
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