基于单片机控制的数字气压计的设计

王建伟

摘要：单片机控制的数字气压计小巧易携带、安全性与稳定性好、测量准确、简单易用，可以精确测量压力大小，是一种使用性很强的气压测量工具。本文对此展开介绍，从结构到软硬件，再到系统调试与功能稳定的设计都作了简单介绍。

关键词：软件实现方法;硬件实现方法;数字气压;单片机

前言：

通过压敏元件把待测气压转变为易识别的电子信号，并通过处理后显示为实际数值的仪器就是数字气压计。气压传感器是数字气压计的核心部件，它可以检测压力数值和监控压力变化，在许多物理量的测量上应用十分广泛。众所周知，大气压力随着海拔而变化，数字气压计可以准确测量不同海拔的气压。随着海拔的上升大气压力会逐渐降低，但是降低的数值并不是线性的，在不同的高度大气压力降低的数值也不同。除此之外，大气压力还受到气流的影响，下降气流会增加大气压力而上升气流会在一定程度上降低大气压力。而基于单片机控制的数字气压计可以实时测量大气压力，对于大气压力的研究以及很多需要测量气压的户外作业有很大的实际应用意义。

一、基于单片控住的数字气压计的结构分析

基于单片机控制的数字气压计在使用时气压传感器把测量气压转变为电压信号，然后通过V/F转化器将电压信号转变为脉冲信号，再传输到单片机，最后通过关系式自动计算出气压值并显示出具體数值。整个流程主要有4个结构实现：气压传感器、V/F转换器、单片机以及LED显示屏，注意要根据测量不同的气压范围要选择适合的数字气压计，数字气压计的测量范围由气压传感器的敏感度觉得，所以要根据实际需要选择，需要说明的是数字气压计测量出的气压值是绝对值。

二、基于单片控制的数字气压计的硬件介绍

数字气压计的制造需要考虑实用性、成本、稳定性以及可维护性等多方面，接下来就数字气压计的硬件构成进行介绍：

（1）气压传感器：数字气压计的核心部件是气压传感器，它决定了数字气压计的测量范围、适用高度、测量结果准确性等重要指标，可以所数字气压计的应用程度都是由气压传感器决定的。因为数字气压计测量的是绝对值决定了气压传感器适用的也是绝对值测量，由于高度变化环境温度也会产生变化，所以为了避免温度带来的影响，气压传感器还要具有应对温度变化的能力，以提高数字气压计的问稳定性，此外目前在空中电子信号非常多，数字气压计本身是通过电路连通，所以还需要气压传感器具有抗干扰能力。

（2）V/F转化器：气压传感器将被测气压测出后转化成的是电子信号，并不能被单片机直接接收，所以需要V/F转化器将电子信号转化为成正比的脉冲信号，并将脉冲信号传输给单片机。V/F转化器本身并不是量化器，但是通过外加定时器与计数器配合，可以完成A/D的转化，将电子信号转化为脉冲信号。脉冲信号的抗干扰能力强、传输距离远并且可以被计算机直接接受，因此可以通过测量V/F的输出频率完成A/D转化。

（3）单片机：在实际基于单片机控制的数字气压计时单片机是脉冲信号的接受实现部件，为了实现稳定性需要单片机具有中断源、定时器以及计数器，为保障数字气压计的续航性和应用性还需要单片机具有低功耗且高性能的特点，此外，为防止意外，单片机还需要具有断电自动保存功能。

（4）LED显示屏：LED显示屏的组成单位是发光二极管，它的连接方式有两种：共阳极接法与共阴极接法。基于单片控制的数字气压计显示比较复杂，需要实现动态显示，因此LED的接线也比较复杂，并且单片机不足以实现驱动，因此需要专门加接驱动芯片。电阻值会影响LED的显示效果，因此在设计时需要根据实际情况选择合适的电阻值保障LED的正常显示。

三、基于单片控制的数字气压计的软件介绍

在数字气压计中单片机接受的是脉冲信号，然后通过算法将根据脉冲信号的频率换算为气压值。以下简单介绍原理：信号的整体转化过程是首先有气压传感器把测量气压转化为电子信号输出，然后由V/F转化器接收电子信号并将其转化为脉冲信号输出到单片机，单片机依据接收到的脉冲信号频率换算为气压值并在LED上实现动态显示。单片机的换算与显示过程需要通过C语言编程的软件程序实现。

C语言是硬件编译程序语言，可操作系统硬件，在数字气压计中应用C语言编程，方便快捷，可读性与修改性都很强，对于数字气压计的开发和应用的效率都有很大提高。

四、基于单片机控制的气压计的系统仿真调试

为保障数字气压计设计可靠稳定，在设计完成后还应对整体进行仿真调试。一般应用Proteus软件与Keil软件对系统进行仿真调试，调试内容包括：单片机电源输入、复位电路以及晶振电路;然后是检查电气是否符合连接原理，发现错误连接要立即改正;接下来调试器件连接，针对所有器件的参数和连接网络全面检查，确认器件关系合理;之后PCB整体检查;最后对系统仿真调试。

结束语：

数字气压计的核心部件是气压传感器需要根据实际设计要求选择，此外V/F转换器是实现电子信号转化为脉冲信号的仪器，单片机可以接受脉冲信号并依据算法得出具体的气压值在LED上动态显示出来。V/F转化器的数字气压计相比纯硬件解码的气压计具有对于温度的敏感度更低，稳定性更高以及精确度更高等优点，在复杂环境中应用范围更广。

参考文献：

[1]曹万丹.基于AVR的智能数字气压计的优化设计[D].武汉：武汉科技大学，2009.

[2]田海燕，赖春强，贺思桥.基于MS5534C的数字气压计设计[J].兵工自动化，2012（9）：86?88.

[3]方刘海，文继国.基于BMP085的精密数字气压计设计[J].电子设计工程，2014（24）：69?71.