带报警功能的高精度数显数字气压计设计开发_石磊.pdf
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1、2023.6电脑编程技巧与维护1概述随着科学技术的不断进步,测量精度高、功能多(测温和辨识方位)、智能化仪表成为数字化气压测量装置的发展趋势1。把作用于单位面积上空气柱的重量定义为大气压力。气压计装置是利用压敏元件将待测气压直接转换为容易检测、传输的电信号,再经过对后续电路的设计而实时显示的测量设备。其中,核心元件就是气压传感器,它在监视压力大小、控制压力变化及测定物理参量等方面起着重要的作用。气压传感器应用于气压计时是依靠不同高度的气压变化获取气压值的。采用模块化、集成化的设计新理念,充分利用气压传感器BMP085的功能,将气压测量和数据处理工作交由单片机软件来实现,测量数据结果显示直观、测
2、量精度相对于液体气压计显著提高,同时其对于上下限设定调整方便快速,能够很好地实现自动报警功能2。该数字化气压计还具有功能易于扩展、适用性强的优点,为后续气压计技术升级提供了依据和条件。2方案设计2.1总体方案在多种方案比选的基础上,通过对技术路径实现的功能性、可靠性及节约性进行分析,为设计结构合理的气压计提供了前提,在此选用成熟稳定的单片机作为主处理器,将气压传感器采集到的信号,以及按键输入的信号送入处理器运算,处理结果通过显示模块显示3,将气压计的测量值与按键设定的上下限值进行比较从而实现报警功能。单片机是新型的单片微控制器,它不是为了完成某个逻辑功能的单一芯片,是把具有集成功能的计算机系统
3、集成到芯片上。它的规格比较小、质量轻、价格低,为科研和开发提供了便利条件。学习使用单片机是学习和掌握计算机原理、结构的优佳选择。硬件上,数字气压计系统的基本结构如图1所示4。2.2元器件选型总体上,元器件选型兼顾功能和造价,处理器选择性价比高的AT89C51单片机。根据处理需要,还可以采用更高处理速度的ARM、AVR单片机处理器5。气压传感器选用高精度、超低能耗的BMP085,其绝对精度可以达到310-3kPa,电气接口,显示屏采用LCD1602液晶显示屏,设置参数选用独立按键。3软硬件搭建与分析3.1系统硬件电路及其原理图系统硬件电路的实物与硬件电路原理分别如图2和图3所示。系统的硬件电路图
4、的模块包括报警模块、液晶显示模块、气压检测模块、单片机控制模块及按键等,实际电路是仪表仪器设计和优化的基础,通过对元器件的选型与焊接,可以更好地掌握元器件的使用环境及使用寿命等。作者简介:石磊(1982),男,本科,工程师,研究方向为消防产品电气自动化。带报警功能的高精度数显数字气压计设计开发石磊(中色科技股份有限公司,河南 洛阳471000)摘要:基于 BMP085 气压传感器、51 芯片和 LCD1602 液晶显示等硬件,设计开发了一款智能化的气压检测计。编写了基于 C 语言的源程序软件处理。软硬件测试结果表明,气压计可以完成高精度数据自动检测和数据显示等功能,并能快速地完成温度气压上下限
5、设定,实现超限自动报警,同时基于该设计的数字气压计还具有很好的扩展性,为仪器的后续升级提供了条件。关键词:气压传感器;C 语言;单片机;BMP085 气压传感器图1数字气压计系统的基本结构图图2系统硬件电路的实物传输设定参数液晶显示器传输数据气压传感器单片机传输命令外部设定按键传输数据65DOI:10.16184/prg.2023.06.0082023.6电脑编程技巧与维护电路原理图是实物研发模拟的重要环境,通过搭建模拟电路,对于电路的调试及优化设计具有指导作用,模拟电路可以解决硬件电路焊接元器件不能重复使用的缺陷。例如,BMP085由电阻式压力传感器、模数(AD)转换器等元器件组成,对于节约
6、资源具有很大意义。系统测试电路BMP085由电阻式压力传感器、AD转换器及控制单元构成,该芯片采用I2C协议进行通信,微型控制器发出信号后进行气压值测量,把数据信息通过转换计时器直接由I2C接口显示读出,未经过补偿的数据需用EEPROM中的标准数值进行补充7。30110 kPa气压值范围分别对应海拔9000 m和-500 m。图3系统硬件电路的原理3.2系统设计系统使用Keil for 51开发平台,通过C语言进行程序开发。主要的程序设计包括液晶屏初始化函数LCD-1602_init()、环境气压读取程序BMP085Read Pressure()、按键读取程序Key_scan()和蜂鸣器报警程
7、序Beep()。首先,对单片机进行初始化,包括显示屏的初始化、BMP085的初始化、按键和蜂鸣器的初始化,然后,在while(1)循环程序中对气压数据进行读取,并将读取结果存储至气压值变量中,最后,通过与按键预先设定好的气压上下限进行比较,如果超出气压设定范围,则启动报警。3.3元器件选型原则为了扩大设计产品的适用范围,在元器件选型的过程中要遵循以下原则,能够保证设计具有通用性和互换性的要求,选型原则如下:(1)普遍性的原则。所使用的元器件要被广泛使用过、验证过的,不使用冷门或偏门的芯片,以减少开发风险,从而保证产品具有普遍适用性。(2)在元器件的功能、性能、使用频率都相近的情况下,选择价格比
8、较低的元器件,降低使用成本。(3)尽量使用容易购买到、供货周期较短的元器件。(4)选择在可预见的时间内持续生产的元器件。(5)尽量选择兼容性强、芯片品牌比较多的元器件。(6)选择以前成熟产品用过的元器件。(7)保证资源节约,用上电子元器件的全部功能和引脚。4测试与分析4.1系统硬件测试的目的硬件测试是气压传感器设计的重要环节,只有通过对实物电路进行测试,才能够从实验中得到硬件设备的性能、测试精度等参数。当一个新做电路板焊接完成后,在检测电路板是否正常时,一般不直接进行电路板供电,而是要按一定的步骤进行,确定每一步都无误后再进行电源接通。(1)确保连接线正确。检查电路原理图是关键,首先检查的重点
9、是使用芯片的电源和网络节点的标注,同时也要关注网络节点的重叠现象。电子元器件的封装,检查所用的封装型号、封装引脚的顺序、封装是否可以VCC 5VK1S112INT0电源接口U1单片机控制模块RSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/NT0P3.3/IINT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1GND12345678
10、91011121314151617181920RW4039383736353433323130292827262524232221P00P01P02P03P04P05P06P0712345678R110KVCC 5V161514131211109R210KVCC_5VVCC_5VRSRWEP00P01P02P03P04P05P06P07123456789101112131415161602液晶P3.3P3.4P3.5K2K3K4键盘输入模块GNDGNDB1R6+50.1kP1.3报警模块Q19012晶振U2VCC_3V气压传感器模块稳压模块BMP085123765SDASCLNCGNDEOCV
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