基于单片机控制的数字气压计.doc

1、本科生毕业论文(设计)基于单片机控制的数字气压计 院系名称姓名学号专业指导教师 2015年4月28日 摘要 随着科技发展，为了生活使用工具方便和工业发展，气压、温度等常见的参数在工业生产中要求越来越精确，因此，人们发明出来各种高精度的仪器为生产服务。当然，在生产中，高精度气压计是非常重要的。本设计将介绍一种基于STM32F103RCT6单片机控制BMP085传感器的气压计的设计方法。通过软件模拟IIC和单片机的控制以及气压传感器BMP085内部模块的模数转化及处理，得到当前气压值，再通过LCD液晶屏显示。本设计以keilMDK为开发环境,以C语言为开发工具，进行了设计和编程，实现了总体的功能的

2、稳定性，可靠性，实用性。关键词： 单片机；stm32；bmp085；气压计；IIC AbstractIn industrial production, with the development of technology,temperature, pressure, and current production parameters are very common production parameters , as well as the demanding requirements for product quality, in the production process, produc

3、tion parameters for these increasingly stringent requirements, so the kinds of high precision instruments have been invented to serve for production. to obtain the pressure data, high-precision pressure gauge is indispensable.This design describes the design of precise numerical barometer based on B

4、MP085, giving the achieve-method of soft and hardware Obtain the value of analog voltage according to the air pressure via BMP085,and then handy by the corresponding module built into the BMP085 pressure sensor, and the Microcomputer controls the process. The results will displayed on the LCD1602. O

5、n the system software design, development tools is C programming language, The objective is to achieve system reliability, stability, security and economy. Key Words: Pressure sensor; Barometer; MCU; BMP085目录1 引言51.1 课题背景51.2 本课题国内外研究现状51.3发展趋势61.4 本设计意义72 总体设计72.1 设计思路72.2 各模块介绍82.2.1 BMP085气压传感器82

6、.2.2 stm32f103简介122.2.3 IIC简介122.2.3 bmp085简介132.3 设计流程153软件设计153.1 主函数153.2 bmp085.c文件174下载验证21参考文献22总结23致谢2422 1 引言1.1 课题背景 随着社会的发展，人们对电压、电流、温度、气压等参数要求越来越高。在电学的手机、PDA、GPS导航器件以及户外装备上和在自动控制应用领域，很多设备都已经采用了微型气压传感器。在单片机的控制下，使这些参数的指标控制以及调节更加方便、节能、灵活。 气压传感器的基本工作原理是依靠不同的环境而产生的不同的气压而获取气压值，根据气象学专家研究表明，在垂直方向

7、，随着高度的增加气压值下降。比如在地面时，每上升100米，气压值就会下降7hPa，当高度在9米之后，高度每上升100米，气压值就会下降5Pa；同样的，随着空气流的变化，气压也随之改变。 气压计是利用压敏元件将待测气压直接变换为容易检测、传输的电流或电压信号,然后再经过后续电路处理并进行实时显示的一种设备。其中的核心元件就是气压传感器,它在监视压力大小、控制压力变化以及物理参量的测量等方面起着重要作用。运用于气压计的气压传感器基本都是依靠不同高度时的气压变化来获取气压值的。气象学研究表明, 在垂直方向上气压随高度增加而降低。例如在低层, 每上升100m, 气压便降低10hPa ; 在56km的高

8、空,高度每增加100m,气压便会降低7hPa ;而当高度进一步增加时,即到910km的高空之后,高度每增加100m,气压便会降低5hPa ;同样, 若空气中有下降气流时, 气压会增加; 若空气中有上升气流时, 作用于空气柱底部的气压就会减小。一般把作用于单位面积上空气柱的重量称为大气压力。1.2 本课题国内外研究现状常见气压计有液体气压计和盒式气压计。常见的液体气压计有水银气压计和酒精气压计这两种，这两种都是老式的气压计，体积大，精度低，不方便携带且容易坏，当今社会科技高速发展，各行各业不断出现新技术新材料，气压测量领域也是这样，盒式气压计的出现部分的解决了液体气压计无法解决的缺点，比如体积、

9、携带等等。人类社会进入20世纪90年代以后微电子行业发展极为迅速，各种各样的电子传感器被发明且被运用到各行各业，为人们的生产生活创造了极大的便利。数字气压传感器亦已出现，并大量被运用，甚至现在很多手持设备中都已经加入了气压计功能，比如手机，GPS等，方便了人们的出行旅游。 目前国际国内很多公司都推出了其数字气压传感器，如摩托罗拉公司的MPX4105和Intersema公司的MS5534b，另外还有华普微电子的HP03系列数字气压传感器以及BOSCH公司的SMD500和BMP085等等。众多数字气压传感器的出现使得多样化的数字化气压测量装置大量出现，并越来越普及，精度也越来越高。 微控制器是将微

10、型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器诞生于20世纪70年代中期，经过20多年的发展，其成本越来越低，而性能越来越强大，这使其应用已经无处不在，遍及各个领域。例如电机控制、条码阅读器扫描器、消费类电子、游戏设备、电话、HVAC、楼宇安全与门禁控制、工业控制与自动化和白色家电(洗衣机、微波炉)等。本次设计也将采用微控制器作为数字气压计的控制元件。气压传感器和微电子控制器的结合，可以创造出多种产品，随着科技的发展，气压计已经由以前的只有专业人士才能使用的测量器具变成今天的随处可见的电子产品，并集成到众多的电子产品中。1.3发展趋势 液体气压计与盒式气压计是常见气压计，飞机上

11、使用盒式气压计改装而成的高度计，常见的液体气压计有水银气压计和液体气压计。随着科技发展，数字气压计的出现，得到了大量的应用，体积小、使用方便，给人们生活带来了很大的方便。 现在，气压计和微控制器结合，创造出更多应用，气压计由原来的只归专业人士使用转变为随处可见，方便使用电子产品。数字气压计应用领域广，在工业生产，电子领域，野外郊游等方面都十分实用，方便。随着数字气压传感器发展，不仅气压值精度越来越高，而且还测量了精度较高的温度，越来越智能化、多功能化。1.4 本设计意义 本设计利用单片机和气压计传感器结合，使使用气压计更加灵活、方便、准确。通过本次实验，可以较好的锻炼了自己的动手能力，使自己在

12、课堂上面学的东西得到充分应用，加深了对知识的了解，同时为将来工作打下一定的基础。2 总体设计2.1 设计思路 本设计以stm32单片机通过自带的IIC接口控制数字气压计bmp085，气压计传感器获得气压信号后，再由自带A/D转换和控制模块进行处理，处理之后送入单片机控制，结果由显示模块LCD显示，原理图如下2.2 各模块介绍2.2.1 BMP085气压传感器 BMP085是BOSCH（博世）公司生产的新一代数字气压传感器，BMP085的低功耗、低电压的电学特性使它可以很好的适用于手机、PDA、GPS导航器件以及户外装备上。BMP085在低的高度噪声（merely 0.25）快速转换的情况下，表

13、现很好。 BMP085采用强大的8脚陶瓷无引线芯片承载（LCC）超薄封装，它性能卓越，具有稳定的电磁兼容性、高精度、线性性以及稳定性，并且内置有校准补偿，绝对精度最低可以达到0.03hPa（0.25米），并且耗电极低，只有3A。气压测量范围从300hPa到1100hPa，换算成高度为海拔9000米到500米。 BMP085是基于压阻效应技术的，它共有八个引脚, 1脚（GND）接电源地，2脚（EOC）为完成转换输出，3脚（VDDA）为正电源，4脚（VDDD）为数字正电源，5脚为空，6脚（SCL）为IIC的时钟端，7脚（SDA）为IIC的数据端，8脚（XCLR）为主清除信号输入端，低电平有效，用来

14、复位BMP085和初始化寄存器和控制器，在不用的情况下可以空置,其引脚图如图2-3所示。 BMP085的工作电压为1.8V3.6V，典型工作电压为2.5V，其与单片机相连的典型电路如下图（图2-4）所示：图2-4 BMP085与单片机相连的典型电路从上图（图2-4）中可以看到，BMP085内包含有电阻式压力传感器、AD转换器和控制单元，其中控制单元包括了EEPROM和IIC接口。读取BMP085时会直接传送没有经过补偿的温度值和压力值。而在EEPROM中则储存了176位单独的校准数据，这些数据将对读取的温度压力值进行补偿。176位的EEPROM被划分为11个字，每个字16位，这样就包含有11个

15、校准系数。每个器件模块都有自己单独的校准系数，在第一次计算温度压力数据之前，单片机就应该先读出读出EEPROM中的这些校准数据，然后再开始采集数据温度和压力数据。 和所有的IIC总线器件一样，BMP085也有一个器件的固定地址，根据其数据手册，出厂时默认BMP085的从机地址为0xEE（写入方向），或0xEF（读出方向）。温度数据UT和压力数据UP都存储在寄存器的第0到15位之中，压力数据UP的精度还可扩展至1619位。图2-5 BMP085读取顺序图 图2-6 EEPROM中的校准数据 从读取过程顺序图(图2-5)中可以看出，单片机发送开始信号启动温度和压力测量，经过一定的转换时间（4.5ms）后，从IIC接口读出结果。为了将温度的单位换算成和将压力的单位换算成hPa，需要用到EEPROM中的校准数据（图2-6）来进行补偿计算，这些数据也可以从IIC接口读出。事实上，EEPROM中的这些校准数据应该在程序初始化的时候就读出，以方便后面的计算。