基于52单片机的数字气压计设计毕业设计

基于单片机的数字气压计设计 1 学院名称： 电 专 业： 电子信息工程 班 级： 09 电 姓 名： 元元 指导教师姓名： 倩 指导教师职称： 年 月 JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 1）摘要本文主要介绍的是基于单片机和气压传感器 BMP085 设计的数字气压计系统，主要介绍了本系统的硬件组成以及软件流程。本系统通过气压传感器 BMP085 获取环境温度以及当地气压，并通过核心处理芯片单片机获取气压传感器 BMP085 的数值，然后经过相应的软件处理，获得理想的数值，最后单片机将获得的数据送至显示器件LCD1602 进行显示。本文还重点介绍了应用单片机达到系统自动检测功能，以及自由设定温度以及气压上下限功能。在介绍硬件的同时，本文还结合硬件阐述了该系统系统的软件设计，详细的介绍以C 语言为开发语言，以单片机为控制核心的数字气压计设计系统。本系统的最终目标是完成基本的测量环境温度以及当地气压，并且很稳定快速的完成温度气压上下限自由设定功能，还要能很好的完成超限报警功能。 关键词：气压传感器；C 语言；单片机；目录摘要 .2目录 .3前言 .41. 本系统设计意义以及目的 .42. 数字气压计发展趋势 .5第一章 数字气压计基本概述 61.1 本系统基本结构 61.2 本系统方案和器件选型方案论证 .7第二章 数字气压计系统的硬件电路设计 .92.1 本系统硬件电路概述 .92.2 系统硬件各模块设计简介 .10第三章 数字气压计系统的软件设计 .203.1 本系统主程序设计流程 .203.2 系统各子程序设计 .21第四章 数字气压计系统的软硬件调试 .294.1 本系统硬件调试 .294.2 本系统软件调试 .29第五章 总结 .315.1 系统完成结果 .315.2 经验总结和感谢 .31参考文献 32前言1.本系统设计意义以及目的随着时代的发展人们对事物的研究程度更加的深入，更加的细化了，以前我们研究的级别都还在毫米，微米级别上，而如今纳米级的精度都随处可见了，因此普通的物理级测量系统已经达不到如今社会对测量的要求了，因此高精度数字化的测量仪器就成为了现在社会测量领域中一项很重要的技术。同样，数字气压计技术也就很顺其自然的成为了气压测量领域的先进技术了，它在很多领域里都发挥着非常巨大的作用：例如在工业方面，用数字气压计测量封闭空间的气压，以确保在封闭空间工作的安全性；在农业方面，用数字气压计测量大气气压，及时掌握预测和掌握天气变化；此外数字气压计还有测量海拔高度的作用。等等以上这些应用虽然普通的气压计都可以完成，但是普通气压计还是不能很好满足以上应用，和数字气压计相比普通气压的劣势主要体现在以下几个方面：第一，测量精度普通的气压计都是从物理层面出发去测量气压的，因此它受外界环境，测量人员等因素影响很大，因此它测量的数值就不是很精确，但是本文所介绍的气压计是完全数字化的气压计，受外界环境和测量人员的影响很小，还有它是将模拟量转换为数字进行测量，这样又更进一步的降低了测量过程中的干扰提高了测量精度。第二，利于读数普通的气压计一般都是靠刻度进行读数的，由于刻度本身误差和读数误差使得测量数据在无形中又增加了误差，还有就是测量值的直观性，普通的气压计在读数时需要看刻度，并且需要简单计算才能得到数值，而数字气压计的数值显示很直观，直接将数值通过屏幕显示，能够很大程度上减少读数时间，提高了测量工作效率。第三，智能化普通的气压计在智能方面很欠缺，基本不能达到智能化应用，基本上就只能完成单一的气压测量任务，而且无法将测量数据保存，也就是说想要测量一段时间气压变化值，必须测量者时时刻刻人工记录数值，这样使得工作人员工作量非常大，而数字气压计就可以做的非常的智能化，它不但可以将测量值时时的保存起来，它通过外部干预设定相应的上下限值，以达到自动判断的目的。第四，便于携带普通的气压计因为大部分是靠物理器件的变化来测量的气压的，因此它占用的空间就会大，而数字气压计就可以做的很小，大多数情况下都是做在了一块电路板上而且数字气压计有专门的芯片，它有着很高的集成度，只要配合外部单片机就能组成高性能的数字气压计。不但便于携带而且性能稳定。由以上的众多优点可以看出，数字气压计的研究设计是很有实际意义，而且会有很广泛的应用。本文所设计的数字气压计就是利用高集成度的气压测量芯片，配合高速处理器单片机组成的，它具有高智能化，性能稳定，以及体积小等特点，本设计在系统外部设计了人工干预设定上下限功能，并且能够自动判断超限报警。2.数字气压计发展趋势近年来，传感器技术发展的特别快，并且得到了广泛的应用，正因为这些传感器的应用使得越来越多的智能测量仪器出现。数字气压计就是传感器技术的产物，它被广泛的应用于工业领域、农业领域、国防领域等。因为其众多的优点使得它的应用领域还会更广。第 1 章 数字气压计基本概述1.1 本系统基本结构本文所设计的数字气压计系统是由高速处理器 8052 单片机、BMP085气压传感器、lcd1602 液晶等器件组成。由气压传感器测量出环境温度和当地气压，并且将数据传输给单片机，单片机经过数据处理，将结果显示在LCD1602 液晶上，同时可由系统外部的按键设定温度上下限和气压上下限，并且由单片机进行判断实际的环境温度以及当地的气压是否超过设定的上下限，如果超限了则由单片机驱动外部报警器件进行报警。本系统的基本结构如下图：1.2 本系统方案和器件选型方案论证1.2.1 本系统方案论证最初方案：利用 BMP085 气压传感器时时测量环境温度和大气气压，并将测量的数据经过总线传输给单片机，经单片机将数据处理后，将处理后的数据送至传输设定 参 数传输显示数据传输命令传输数据BMP085气压传感器8052单片机LCD1602 液晶外部设定按键lcd1602 液晶进行显示。方案优点：以上方案能够很好的实现气压测量和温度测量，并且测量精度高，抗干扰强，比普通的气压计有很大的优势。方案缺点：本方案虽然能够完成基本的测量功能，而且还提高了测量精度，增强了抗干扰能力，但是本方案将设计重点只放在了数字上面了，更多的是为了将数字气压计的数字化体现出来，忽略了功能方面的欠缺，使得本系统比传统的气压计优势不大。当然这样的设计是我们所不希望的，我们的设计目的是想要我们的系统发挥它最大的优势。改进方案：总结最初方案的缺点后，设计了改进方案，改进方案是在最初方案优点的基础上，发挥优点的长处，改进缺点方面的不足。只要是完善系统的功能。在系统外部加入了外部设定按键，可以由人工设定温度上下限和气压上下限，并且能够在超限后报警，这样的设计不仅能发挥最初方案的优势，又使得系统在功能上更加的完善了。本系统最终采用了改进后的方案，从缺点出发，以改进缺点保持优点为主线分析设计出补充方案，使得整个设计能够很好的满足设计需要。1.2.2 本系统器件选型方案论证本系统主要用到的元器件有：单片机、气压传感器、显示屏、按键，器件型号的选择也在很大程度上影响着整个系统的功能和成本，因此器件选型对于整个系统设计来说也显的非常的重要，因此对于器件选型在设计时也做了详细的论证过程。下面对以上器件选型方案进行论证单片机本系统在选择处理器时有多种选择，例如 51 单片机、AVR 单片机、ARM 等，这些处理器都可以完成本系统的功能，虽然 ARM、AVR 单片机在处理速度以及外设上都比 51 好，但是从系统本身复杂程度和系统成本上考虑，最终还是采用了 51，因为 51 虽然在性能上比不上 ARM 和 AVR 单片机，但是 51的价格比他们低，而且在本系统上 51 能够很好的完成。因此从本系统实际情况出发（本系统并不是很复杂的系统结构和并不需要很高速的数据处理）在单片机选型上选择 51 单片机。气压传感器本系统可选气压传感器分别有 BMP085、MXP4115、MXP4105 等，虽然他们都可以完成对气压的测量，但是 MXP4115 和 MXP4105 只能测量气压，而前面的 BMP085 不但可以测量气压还可以测量温度，而且三者的价格都差不多，因此考虑系统功能丰富的情况下，本系统选择使用了 BMP085 气压传感器。这样就使得系统的功能变得丰富了。显示屏本系统在显示屏选型上同样也有多种选择，LCD1602 液晶、数码管、LCD12864 中文液晶等，虽然数码管价格低，12864 中文液晶可显示中文，但是数码管的显示很简单，在设置上下限时显示不是很好，且不能显示提示性话语，12864 中文液晶价格昂贵，用在本系统中挥增加成本，综合价格和显示直观这两个条件，本系统最终选择了 1602 液晶，因为它价格不是很贵，而且显示也相对来说比较直观。按键本系统在按键选型上一样也有几种选择，分别是独立按键、矩阵键盘等，他们都各自有各自的优缺点。独立按键价格低廉，而且坚固耐用，且编程操作简单，但是接线麻烦。而矩阵键盘相对来说价格昂贵，编程操作比较麻烦，但是他接线简单，而且占用少量的 IO 口就可以达到多个按键使用。但是综合本系统的实际情况，本系统只是简单的设置温度上下限和气压上下限，不用大量的按键输入，因此本系统还是采用了独立按键，不仅价格便宜，编程方便，而且也能很好的满足系统的需要。按照上面所述，整个系统的器件选型都首先将系统的功能放在了第一位，其次考虑了系统的成本，在很好的保证功能完善的情况下，进一步的降低成本，从而设计出一套功能完善，价格低廉的优质产品。第 2 章 数字气压计系统的硬件电路设计2.1 本系统硬件电路概述本系统硬件电路设计包括单片机最小系统的设计，以及气压传感器BMP085 芯片接线的设计，LCD1602 液晶接线设计，还有电源部分的设计，以下是系统的整体框图2.2 系统硬件各模块设计简介单片机部分单片机要实现工作必须要如下的最小系统8051 单片机简介目前，8051单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用，因此我们可以在许多单片机应用领域中，配接各种类型的语音接口，构成具有合成语音输出能力的综合应用系统，以增强人机对话的功能。8051是Intel公司生产的一种单片机，在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。每一个单片机包括：一个8位的微型处理器CPU；一个256K的片内数据存储器RAM；片内程序存储器ROM；四个8位并行的I/O接口P0-P3，每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器/记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART的串行I/O口；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率是12MHZ。以上各个部分通过内部总线相连接。下面简单介绍下其各个部分的功能。中央处理器CPU是单片微型计算机的指挥、执行中心，由它读人用户程序，并逐条执行指令，它是由8位算术逻辑运算部件(简称ALu)、定时控制部件，若干寄存器A、B、B5w、5P以及16位程序计数器(Pc)