基于MPX4115的数字气压计设计论文

沈阳理工大学学士学位论文I摘要气压计被广泛应用于国防领域、工业领域、医疗领域以及我们日常家庭生活中。本设计中就介绍了一种气压的实时显示设备。它是利用软、硬件基础知识，通过单片机与气压传感器的结合，使得在液晶显示器上显示出当前大气压值。本文详尽的描述了基于MPX4115气压计的软硬件实现过程。设计是基于气压传感器MPX4115的精密数字气压计系统。通过气压传感器MPX4115获得与大气压相对应的模拟电压值,并经过电压/频率(V/F)转换模块转换为数字脉冲,通过单片机接收该脉冲信号，得到单位时间内获得的脉冲数，依据电压与频率的线性关系式计算出所对应的实际气压值，最后在单片机的控制下由液晶显示电路显示出实际气压值。关键词：单片机；气压传感器；V/F转换器；液晶显示沈阳理工大学学士学位论文IIAbstractBarometeriswidelyusedinthedefensesector,industry,medicalfieldsaswellasourdailylife.Usingbasicknowledgeofhardwareandsoftware,andthroughthecombinationofSCMandpressuresensors,ThecurrentatmosphericpressurevalueisdisplayedbytheLCD.ThisarticledescribesindetailthehardwareandsoftwarebasedonMPX4115barometerrealization.AnaccuratedigitalbarometersystemisdesignedbasedonpressuresensorMPX4115.ThesystemfirstlygainsthevalueofanalogvoltagecorrespondingtotheatmosphericpressurebysensorMPX4115.Thenthevoltagesignalistransferredintodigitalpulsesusingvoltage/frequencytransferringmodel.Asingle-chipisutilizedinreceivingthepulsesignal,measuringthenumberofpulsesreceivedperunitinterval,andincalculatingtheactualmagnitudeofpressureaccordingtothelinearrelationshipbetweenvoltageandfrequency.Finally,controlledbythesingle-chip,theactualvalueofpressureisdisplayedbytheliquidcrystaldisplayingcircuit.Keywords:MCU；pressuresensor；V/Ftransferor；LCD沈阳理工大学学士学位论文III目录1绪论..................................................................11.1课题背景...........................................................11.2技术概况及发展趋势.................................................11.2.1传感器的技术性能...............................................11.2.2传感器的发展趋势...............................................31.3数字气压计系统设计意义.............................................52系统总体设计..........................................................62.1设计整体思想.......................................................62.2系统总体框图.......................................................62.3数据采集模块.......................................................72.3.1数据采集模块的芯片选择........................................72.3.2数据采集模块的原理图..........................................72.3.3气压传感器MPX4115的原理图....................................82.4数据转换模块.......................................................92.4.1数据转换芯片选择..............................................92.4.2数据转换电路部分电路原理图...................................102.4.3LM331的原理.................................................112.5数据处理模块......................................................112.5.1数据处理模块的芯片选择.......................................112.5.2单片机部分的原理图...........................................122.5.3AT89C52引脚及功能...........................................122.6显示模块及芯片选择................................................152.6.1显示模块的芯片选择...........................................152.6.2显示器LCD部分的原理图.......................................152.6.3LCD1602原理.................................................162.6.4电源模块的原理图.............................................182.6.5芯片78L05原理...............................................19沈阳理工大学学士学位论文IV2.7总体原理图........................................................222.8PCB制作..........................................................223软件设计.............................................................243.1程序流程图........................................................243.2软件开发语言介绍..................................................254系统调试与仿真.......................................................264.1伟福仿真介绍......................................................264.2KEIL-C介绍.......................................................284.3联机调试过程......................................................30结论..................................................................31致谢..................................................................32参考文献................................................................33附录A英文原文.........................................................34附录B中文译文.........................................................40附录C程序代码.........................................................44沈阳理工大学学士学位论文11绪论1.1课题背景气压计是一种测量大气压的装置，一般把作用于单位面积上空气柱的重量称为大气压力，简称气压。气象学研究表明，在空间垂直方向上气压随高度增加而降低，这种变化的幅度在近表面和高空时又有所不同，近地表时气压随高度增加而降低的幅度最大，越到高空这种变化越缓慢。气压还会受空气中的气流影响，若空气中有下降气流，气压会增加；若空气中有上升气流，气压会减小。本课题要求利用单片机控制实现气压计功能，而单片机的接口信号必须是数字信号，因此想要用单片机获取气压这类非电信号的信息，必须使用气压传感器。气压传感器的作用是气压信息转换成电流或电压输出，转换后的电流或电压输出常为模拟信号因此还必须进行A/D转换，以满足单片机接口的需要。1.2技术概况及发展趋势基于传感器在本设计中的重要作用，下面介绍一下传感器的技术性能以及发展趋势。1.2.1传感器的技术性能差动技术：差动技术是传感器中普遍采用的技术。它的应用可显著地减小温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度的影响，抵消了共模误差，减小非线性误差等。不少传感器由于采用了差动技术，还可使灵敏度增大。平均技术：在传感器中普遍采用平均技术可产生平均效应，其原理是利用若干个传感单元同时感受被测量，其输出则是这些单元输出的平均值，若将每个单元可能带来的误差均可看作随机误差且服从正态分布，根据误差理论，总的误差将减小。可见，在传感器中利用平均技术不仅可使传感器误差减小，且可增大信号量，即增大传感器灵敏度。光栅、磁栅、容栅、感应同步器等传感器，由于其本身的工作原理决定有多个传感单元参与工作，可取得明显的误差平均效应的效果。这也是这一类传感器固有的优点。另外，误差平均效应对某些工艺性缺陷造成的误差同样起到弥补作用。在懂得这种道理之后，设计时在结构允许情况下，适当增多传感单元数，可收到很好的效果。例如圆光栅传感器，若让全部栅线都同时参与工作，设计成“全接收”形式，误差平均效应就可较充分沈阳理工大学学士学位论文2地发挥出来。补偿与修正技术：补偿与修正技术在传感器中得到了广泛的应用。这种技术的运用大致是针对下列两种情况。一种是针对传感器本身特性的，另一种是针对传感器的工作条件或外界环境的。对于传感器特性，可以找出误差的变化规律，或者测出其大小和方向，采用适当的方法加以补偿或修正。针对传感器工作条件或外界环境进行误差补偿，也是提高传感器精度的有力技术措施。不少传感器对