基于單片機技術的海拔高度測量電路設計

李延廷

（北京信息職業技術學院，北京 100070）

基于單片機技術的海拔高度測量電路設計

李延廷

（北京信息職業技術學院，北京 100070）

摘要：本文簡要介紹了海拔高度測量方法，利用數字氣壓傳感器設計基于單片機技術的海拔高度測量電路，分析電路結構框圖、各功能電路組成與工作原理及單片機控制程序的功能模塊及程序執行流程，最后指出整個電路的工作穩定性和性能指標。

單片機；海拔高度；測量電路；控制程序

海拔高度是指某地點與基準海平面的高度差。海拔高度的測量方法有傳統幾何水準測量法、氣壓測量法、GPS高度擬合法及GPS大地水準面精化法等。海拔高度的精確測量結果以傳統幾何水準測量法測得的結果為準，用其他方法的測量結果作為傳統幾何水準測量結果的參照，以便縮小測量誤差。其中，氣壓測量法的原理是海拔高的地方空氣密度小，氣壓低，氣壓表的海拔示數高，反之亦然。本文正是利用氣壓測量法，用氣壓傳感器獲取氣壓值，再根據氣壓值計算出海拔高度。

1.海拔高度測量電路設計

1.1 海拔高度測量電路框圖

海拔高度測量電路主要由單片機控制電路、氣壓檢測電路、A/D轉換電路、海拔高度顯示電路及直流電源電路等組成，其電路框圖如圖1所示。

1.2 海拔高度測量電路工作原理分析

1.2.1 單片機控制電路

單片機控制電路主要由單片機最小系統（包括AT89S51單片機、晶振和復位電路）、P0～P3端口接插件等組成。該電路用于控制氣壓傳感器，讀取氣壓傳感器采集數據；依據氣壓數據查找相應海拔高度；送顯示電路顯示海拔高度。

1.2.2 氣壓檢測電路

氣壓檢測電路主要由壓力傳感器BMP085、集成運算放大器AD620及其外圍電阻元件等組成，如圖2所示。其中，BMP085是高精度、超低能耗的數字壓力傳感器，內置A/D轉換器，可以通過I2C總線直接與單片機相連，可用于測試大氣溫度和大氣壓強。

在BMP085內部擴散硅的表面安裝有橋式電阻橋，當擴散硅受到氣體壓力而變化時，電阻橋輸出不平衡電壓，該電壓與擴散硅所受壓力成近似正比關系。單片機讀取BMP085內部指定寄存器中的未經補償的溫度和氣壓值數據。

1.2.3 海拔高度顯示電路

海拔高度顯示電路主要由八位數碼管、排電阻R5等組成，如圖3所示。海拔高度數據經單片機P0端口送至數碼管，P2.4～P2.7端口控制八位數碼管循環動態顯示海拔高度（單位：m）。顯示的海拔高度保留兩位小數。

圖1　海拔高度測量電路框圖

圖2　氣壓檢測電路

圖3　海拔高度顯示電路

2.海拔高度測量電路控制程序設計

該電路的控制程序采用單片機C語言編制，包含主程序、氣壓數據讀取與儲存子程序、氣壓數據處理子程序、海拔高度顯示子程序。該程序工作流程如下：系統上電后，單片機控制系統開始初始化；單片機讀取校準參數，讀取、存儲氣壓與溫度數據；計算出經過補償、噪聲處理的海拔高度值；將海拔高度值送到顯示電路顯示出來。

結論

目前，海拔高度測量電路經過長期連續工作測試，系統硬件電路和控制程序運行完全正常。經過多次測試，實測海拔高度值與理論值之間的相對誤差小于0.1%。之所以會出現不小的誤差，原因在于海拔高度與大氣壓強的關系受大氣溫度的影響。因此需要用溫度值對氣壓值進行補償，并且需要對氣壓值進行噪聲處理。這樣才能得到更為精確的海拔高度值。

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[2]張金燕，等.基于氣壓傳感器BMP085的高度測量系統實現[J].微型機與應用，2014(6)：64-67.

[3]雷曉靜，等.海拔高度測量儀設計[J].工業儀表與自動化裝置，2015(4)：107-109.

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北京信息職業技術學院科研項目（編號：XY-YN-09-201512）。