基于單片機的數(shù)字氣壓計設計 1 學院名稱： 電 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 09 電 姓 名： 元元 指導教師姓名： 倩 指導教師職稱： 年 月 JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 本 科 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 1）摘要本文主要介紹的是基于單片機和氣壓傳感器 BMP085 設計的數(shù)字氣壓計系統(tǒng)，主要介紹了本系統(tǒng)的硬件組成以及軟件流程。本系統(tǒng)通過氣壓傳感器 BMP085 獲取環(huán)境溫度以及當?shù)貧鈮海⑼ㄟ^核心處理芯片單片機獲取氣壓傳感器 BMP085 的數(shù)值，然后經(jīng)過相應的軟件處理，獲得理想的數(shù)值，最后單片機將獲得的數(shù)據(jù)送至顯示器件LCD1602 進行顯示。本文還重點介紹了應用單片機達到系統(tǒng)自動檢測功能，以及自由設定溫度以及氣壓上下限功能。在介紹硬件的同時，本文還結合硬件闡述了該系統(tǒng)系統(tǒng)的軟件設計，詳細的介紹以C 語言為開發(fā)語言，以單片機為控制核心的數(shù)字氣壓計設計系統(tǒng)。本系統(tǒng)的最終目標是完成基本的測量環(huán)境溫度以及當?shù)貧鈮海⑶液芊€(wěn)定快速的完成溫度氣壓上下限自由設定功能，還要能很好的完成超限報警功能。 關鍵詞：氣壓傳感器；C 語言；單片機；目錄摘要 .2目錄 .3前言 .41. 本系統(tǒng)設計意義以及目的 .42. 數(shù)字氣壓計發(fā)展趨勢 .5第一章 數(shù)字氣壓計基本概述 61.1 本系統(tǒng)基本結構 61.2 本系統(tǒng)方案和器件選型方案論證 .7第二章 數(shù)字氣壓計系統(tǒng)的硬件電路設計 .92.1 本系統(tǒng)硬件電路概述 .92.2 系統(tǒng)硬件各模塊設計簡介 .10第三章 數(shù)字氣壓計系統(tǒng)的軟件設計 .203.1 本系統(tǒng)主程序設計流程 .203.2 系統(tǒng)各子程序設計 .21第四章 數(shù)字氣壓計系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試 .294.1 本系統(tǒng)硬件調(diào)試 .294.2 本系統(tǒng)軟件調(diào)試 .29第五章 總結 .315.1 系統(tǒng)完成結果 .315.2 經(jīng)驗總結和感謝 .31參考文獻 32前言1.本系統(tǒng)設計意義以及目的隨著時代的發(fā)展人們對事物的研究程度更加的深入，更加的細化了，以前我們研究的級別都還在毫米，微米級別上，而如今納米級的精度都隨處可見了，因此普通的物理級測量系統(tǒng)已經(jīng)達不到如今社會對測量的要求了，因此高精度數(shù)字化的測量儀器就成為了現(xiàn)在社會測量領域中一項很重要的技術。同樣，數(shù)字氣壓計技術也就很順其自然的成為了氣壓測量領域的先進技術了，它在很多領域里都發(fā)揮著非常巨大的作用：例如在工業(yè)方面，用數(shù)字氣壓計測量封閉空間的氣壓，以確保在封閉空間工作的安全性；在農(nóng)業(yè)方面，用數(shù)字氣壓計測量大氣氣壓，及時掌握預測和掌握天氣變化；此外數(shù)字氣壓計還有測量海拔高度的作用。等等以上這些應用雖然普通的氣壓計都可以完成，但是普通氣壓計還是不能很好滿足以上應用，和數(shù)字氣壓計相比普通氣壓的劣勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，測量精度普通的氣壓計都是從物理層面出發(fā)去測量氣壓的，因此它受外界環(huán)境，測量人員等因素影響很大，因此它測量的數(shù)值就不是很精確，但是本文所介紹的氣壓計是完全數(shù)字化的氣壓計，受外界環(huán)境和測量人員的影響很小，還有它是將模擬量轉換為數(shù)字進行測量，這樣又更進一步的降低了測量過程中的干擾提高了測量精度。第二，利于讀數(shù)普通的氣壓計一般都是靠刻度進行讀數(shù)的，由于刻度本身誤差和讀數(shù)誤差使得測量數(shù)據(jù)在無形中又增加了誤差，還有就是測量值的直觀性，普通的氣壓計在讀數(shù)時需要看刻度，并且需要簡單計算才能得到數(shù)值，而數(shù)字氣壓計的數(shù)值顯示很直觀，直接將數(shù)值通過屏幕顯示，能夠很大程度上減少讀數(shù)時間，提高了測量工作效率。第三，智能化普通的氣壓計在智能方面很欠缺，基本不能達到智能化應用，基本上就只能完成單一的氣壓測量任務，而且無法將測量數(shù)據(jù)保存，也就是說想要測量一段時間氣壓變化值，必須測量者時時刻刻人工記錄數(shù)值，這樣使得工作人員工作量非常大，而數(shù)字氣壓計就可以做的非常的智能化，它不但可以將測量值時時的保存起來，它通過外部干預設定相應的上下限值，以達到自動判斷的目的。第四，便于攜帶普通的氣壓計因為大部分是靠物理器件的變化來測量的氣壓的，因此它占用的空間就會大，而數(shù)字氣壓計就可以做的很小，大多數(shù)情況下都是做在了一塊電路板上而且數(shù)字氣壓計有專門的芯片，它有著很高的集成度，只要配合外部單片機就能組成高性能的數(shù)字氣壓計。不但便于攜帶而且性能穩(wěn)定。由以上的眾多優(yōu)點可以看出，數(shù)字氣壓計的研究設計是很有實際意義，而且會有很廣泛的應用。本文所設計的數(shù)字氣壓計就是利用高集成度的氣壓測量芯片，配合高速處理器單片機組成的，它具有高智能化，性能穩(wěn)定，以及體積小等特點，本設計在系統(tǒng)外部設計了人工干預設定上下限功能，并且能夠自動判斷超限報警。2.數(shù)字氣壓計發(fā)展趨勢近年來，傳感器技術發(fā)展的特別快，并且得到了廣泛的應用，正因為這些傳感器的應用使得越來越多的智能測量儀器出現(xiàn)。數(shù)字氣壓計就是傳感器技術的產(chǎn)物，它被廣泛的應用于工業(yè)領域、農(nóng)業(yè)領域、國防領域等。因為其眾多的優(yōu)點使得它的應用領域還會更廣。第 1 章 數(shù)字氣壓計基本概述1.1 本系統(tǒng)基本結構本文所設計的數(shù)字氣壓計系統(tǒng)是由高速處理器 8052 單片機、BMP085氣壓傳感器、lcd1602 液晶等器件組成。由氣壓傳感器測量出環(huán)境溫度和當?shù)貧鈮海⑶覍?shù)據(jù)傳輸給單片機，單片機經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，將結果顯示在LCD1602 液晶上，同時可由系統(tǒng)外部的按鍵設定溫度上下限和氣壓上下限，并且由單片機進行判斷實際的環(huán)境溫度以及當?shù)氐臍鈮菏欠癯^設定的上下限，如果超限了則由單片機驅動外部報警器件進行報警。本系統(tǒng)的基本結構如下圖：1.2 本系統(tǒng)方案和器件選型方案論證1.2.1 本系統(tǒng)方案論證最初方案：利用 BMP085 氣壓傳感器時時測量環(huán)境溫度和大氣氣壓，并將測量的數(shù)據(jù)經(jīng)過總線傳輸給單片機，經(jīng)單片機將數(shù)據(jù)處理后，將處理后的數(shù)據(jù)送至傳輸設定 參 數(shù)傳輸顯示數(shù)據(jù)傳輸命令傳輸數(shù)據(jù)BMP085氣壓傳感器8052單片機LCD1602 液晶外部設定按鍵lcd1602 液晶進行顯示。方案優(yōu)點：以上方案能夠很好的實現(xiàn)氣壓測量和溫度測量，并且測量精度高，抗干擾強，比普通的氣壓計有很大的優(yōu)勢。方案缺點：本方案雖然能夠完成基本的測量功能，而且還提高了測量精度，增強了抗干擾能力，但是本方案將設計重點只放在了數(shù)字上面了，更多的是為了將數(shù)字氣壓計的數(shù)字化體現(xiàn)出來，忽略了功能方面的欠缺，使得本系統(tǒng)比傳統(tǒng)的氣壓計優(yōu)勢不大。當然這樣的設計是我們所不希望的，我們的設計目的是想要我們的系統(tǒng)發(fā)揮它最大的優(yōu)勢。改進方案：總結最初方案的缺點后，設計了改進方案，改進方案是在最初方案優(yōu)點的基礎上，發(fā)揮優(yōu)點的長處，改進缺點方面的不足。只要是完善系統(tǒng)的功能。在系統(tǒng)外部加入了外部設定按鍵，可以由人工設定溫度上下限和氣壓上下限，并且能夠在超限后報警，這樣的設計不僅能發(fā)揮最初方案的優(yōu)勢，又使得系統(tǒng)在功能上更加的完善了。本系統(tǒng)最終采用了改進后的方案，從缺點出發(fā)，以改進缺點保持優(yōu)點為主線分析設計出補充方案，使得整個設計能夠很好的滿足設計需要。1.2.2 本系統(tǒng)器件選型方案論證本系統(tǒng)主要用到的元器件有：單片機、氣壓傳感器、顯示屏、按鍵，器件型號的選擇也在很大程度上影響著整個系統(tǒng)的功能和成本，因此器件選型對于整個系統(tǒng)設計來說也顯的非常的重要，因此對于器件選型在設計時也做了詳細的論證過程。下面對以上器件選型方案進行論證單片機本系統(tǒng)在選擇處理器時有多種選擇，例如 51 單片機、AVR 單片機、ARM 等，這些處理器都可以完成本系統(tǒng)的功能，雖然 ARM、AVR 單片機在處理速度以及外設上都比 51 好，但是從系統(tǒng)本身復雜程度和系統(tǒng)成本上考慮，最終還是采用了 51，因為 51 雖然在性能上比不上 ARM 和 AVR 單片機，但是 51的價格比他們低，而且在本系統(tǒng)上 51 能夠很好的完成。因此從本系統(tǒng)實際情況出發(fā)（本系統(tǒng)并不是很復雜的系統(tǒng)結構和并不需要很高速的數(shù)據(jù)處理）在單片機選型上選擇 51 單片機。氣壓傳感器本系統(tǒng)可選氣壓傳感器分別有 BMP085、MXP4115、MXP4105 等，雖然他們都可以完成對氣壓的測量，但是 MXP4115 和 MXP4105 只能測量氣壓，而前面的 BMP085 不但可以測量氣壓還可以測量溫度，而且三者的價格都差不多，因此考慮系統(tǒng)功能豐富的情況下，本系統(tǒng)選擇使用了 BMP085 氣壓傳感器。這樣就使得系統(tǒng)的功能變得豐富了。顯示屏本系統(tǒng)在顯示屏選型上同樣也有多種選擇，LCD1602 液晶、數(shù)碼管、LCD12864 中文液晶等，雖然數(shù)碼管價格低，12864 中文液晶可顯示中文，但是數(shù)碼管的顯示很簡單，在設置上下限時顯示不是很好，且不能顯示提示性話語，12864 中文液晶價格昂貴，用在本系統(tǒng)中揮增加成本，綜合價格和顯示直觀這兩個條件，本系統(tǒng)最終選擇了 1602 液晶，因為它價格不是很貴，而且顯示也相對來說比較直觀。按鍵本系統(tǒng)在按鍵選型上一樣也有幾種選擇，分別是獨立按鍵、矩陣鍵盤等，他們都各自有各自的優(yōu)缺點。獨立按鍵價格低廉，而且堅固耐用，且編程操作簡單，但是接線麻煩。而矩陣鍵盤相對來說價格昂貴，編程操作比較麻煩，但是他接線簡單，而且占用少量的 IO 口就可以達到多個按鍵使用。但是綜合本系統(tǒng)的實際情況，本系統(tǒng)只是簡單的設置溫度上下限和氣壓上下限，不用大量的按鍵輸入，因此本系統(tǒng)還是采用了獨立按鍵，不僅價格便宜，編程方便，而且也能很好的滿足系統(tǒng)的需要。按照上面所述，整個系統(tǒng)的器件選型都首先將系統(tǒng)的功能放在了第一位，其次考慮了系統(tǒng)的成本，在很好的保證功能完善的情況下，進一步的降低成本，從而設計出一套功能完善，價格低廉的優(yōu)質產(chǎn)品。第 2 章 數(shù)字氣壓計系統(tǒng)的硬件電路設計2.1 本系統(tǒng)硬件電路概述本系統(tǒng)硬件電路設計包括單片機最小系統(tǒng)的設計，以及氣壓傳感器BMP085 芯片接線的設計，LCD1602 液晶接線設計，還有電源部分的設計，以下是系統(tǒng)的整體框圖2.2 系統(tǒng)硬件各模塊設計簡介單片機部分單片機要實現(xiàn)工作必須要如下的最小系統(tǒng)8051 單片機簡介目前，8051單片機在工業(yè)檢測領域中得到了廣泛的應用，因此我們可以在許多單片機應用領域中，配接各種類型的語音接口，構成具有合成語音輸出能力的綜合應用系統(tǒng)，以增強人機對話的功能。8051是Intel公司生產(chǎn)的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個8位的微型處理器CPU；一個256K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM；片內(nèi)程序存儲器ROM；四個8位并行的I/O接口P0-P3，每個接口既可以輸入，也可以輸出；兩個定時器/記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是12MHZ。以上各個部分通過內(nèi)部總線相連接。下面簡單介紹下其各個部分的功能。中央處理器CPU是單片微型計算機的指揮、執(zhí)行中心，由它讀人用戶程序，并逐條執(zhí)行指令，它是由8位算術邏輯運算部件(簡稱ALu)、定時控制部件，若干寄存器A、B、B5w、5P以及16位程序計數(shù)器(Pc)