基于MS5561的液位传感器设计论文.doc

基于 MS5561 的液位传感器设计 摘要 基于单片机和 C 语言液位传感器的设计 可用于石油化工 冶金 电力 制药 供排水 环保 利用液位传感器是一种有效的接触式测量方法 可广泛应用于各种需要 测量的场合 具有高精度 低功耗 经温度补偿和数字校正 无需外部元件 防潮保 护 压力和温度测量 本液位传感器采用 MS5561 装置 包括一个精密的压阻式压力 传感器和一个 51 单片机 运用温度传感器进行温度补偿 提高了测量的精度 在硬件电 路的基础上 用 C 语言编制了具体实现各个功能的程序 在电压的支持下 提供一个压 力和温度的 16 位数据 它采用三相串行接口进行交流 精巧的结构 简单的调校和 灵活的安装方式为用户轻松地使用提供了方便 本文介绍了利用传感器与单片机测 量温度和压力的原理 通过传感器向单片机输入数据 经过单片机处理 从而得到温 度和压力值 关键词 C 语言 MS5561 压阻式压力传感器 单片机 Based on the design of MS5561 level sensor ABSTRACT Based on SCM and C language level sensor design can be used for petroleum chemical industry metallurgy electric power pharmacy water supply and drainage environmental protection Use level sensor is a kind of effective contact measurement methods and can be widely used in various measurements of occasion With high precision low power consumption the temperature compensation and digital correction without external components moistureproof protect pressure and temperature measurement This level sensor using MS5561 device including a precision piezoresistive pressure sensor and a 51 SCM Using temperature sensors for temperature compensation and improve the measuring precision In the hardware circuit and on the basis of C language of the concrete realization each functional program In voltage support provide a pressure and temperature of the 16 bits of data It adopts three phase serial interface communication Exquisite structure simple adjustment and flexible installation way for users to easily use provides convenient This paper describes the use of sensor and single chip microcomputer measure temperature and pressure principle Through the sensor chip to enter the data and single chip and get a temperature and pressure Key words C MS5561 Piezoresistive pressure sensor Single chip microcomputer 目录 摘要 I ABSTRACT II 1 绪论 1 1 1 背景 1 1 2 液位测量技术概况 1 1 3 各类传感器的介绍 1 1 3 1 接触式的液位测量 1 1 3 2 非接触式液位测量 4 1 3 3 国内外液位传感器的现状分析 6 1 3 4 研究本课题的意义 7 1 4 本课题的主要研究内容 8 2 基于 MS5561 的液位传感器的硬件设计 9 2 1 系统设计 9 2 1 1 CPU 介绍 9 2 1 2 CPU 的外围器件简介 9 2 2 液位传感器的原理 10 2 2 1 MS5561 的管脚 10 2 2 2 485 电路设计 13 2 2 3 程序下载接口设计 14 2 2 4 电源电路的设计 14 2 2 5 CPU 的设计 15 2 2 6 液位传感器设计图 15 2 2 7 实物电路设计图 16 3 基于 MS5561 的传感器的软件设计 17 3 1 基于 MS5561 的传感器设计 17 3 1 1 数据传送 17 3 1 2 工厂校准 17 3 1 3 压力和温度测量 17 3 2 程序流程图 18 3 2 1 二阶温度补偿 20 结论 21 致谢 22 参考文献 23 附录 C 程序 24 1 绪论 1 1 背景 随着现代生产技术的不断进步 液位测量广泛应用于石油 化工 气象等部门 液位检测作为检测方式的一种 在保证生产 环保中起着越来越重要的作用 特别是 在石油化工中起着十分重要的功能 可以随时观测储存罐的温度和压力 1 2 液位测量技术概况 液位传感器是指检测液体高度信息的仪器 液位测量技术在工程领域有着极为广 泛的应用 在一般的生产工艺加上过程中 通常只需要对物料的表面位置进行一记录 和储存 为确保生产工艺 安全等方一面的需要 随着生产自动化程度的不断提高 必须首先对液位测量数据进行控制与调节 以保证自动化生产能够自动控制在最佳状 态 在现代化的企业生产过程中 采用计算机控制系统对生产进行各种综合控制与原 理的普及 控制系统的智能化 统一化 要求测量的对象要广 测量的精度要高 可 靠性要好 实用性要强 且适用于特殊测量环境等 这些对液位测量技术也提出了更 高的要求 尤其是当液面有波动和存在气泡 或液面高度随时间改变的动态测量 或 被测介质具有粘滞性 导电性 或需要考虑容器的密封性以及介质是否含有腐蚀物 毒性和易爆性等情祝 选择合适的液位测量技术就显得尤为重要 可以测量出液位高 度 随着工业 建筑业 农业 军事等领域的不断发展 计算机 微电子 传感器等 高新技术的应用于研究 传统的液位测量方法在很多场合已经无法满足人们的需求 由此很多先进大的测量工具应运而生 1 3 各类传感器的介绍 按应用习惯将这些测量工具分为接触式和非接触式两大类 1 3 1 接触式的液位测量 主要有人工检尺法 浮子测量装置 伺服式液位计 电容式液位计以及磁致伸缩 式液位计 1 人工检尺法 利用浸入式刻度钢尺测量液位 取样测量液体温度和密度 通过计算得到液体的 体积和重量 这是迄今为止依然在全世界范围内广泛使用的液位测量方法 也可以把 它用作现场检验其他测量仪表的参考手段 该方法分为实高测量和空高测量两种 人 工检尺法一般精度为 2mm 通常至少测量两次 两次结果相差不得超过 lmm 人工 检尺法具有测量简单 直观 成本低等优点 但需要检测人员动手测量 不适合恶劣 环境下的操作 另外 需要较长的测量时间 难以实现在线实时测量 即实时性较差 且需手工处理数据 不利于数据的计算机管理 2 浮子测量装置 浮子式测量装置采用大而重的浮子作为液位测量元件 驱动编码盘或编码带等显 示装置 或连接电子变送器以便远距离传输测量信号 由于机械装置的使用 这类装 置的测量误差一般约为 4 10 mm 误差较大 浮子式液位测量装置具有结构简单 价格便宜等优点 但是浮子随着液面的波动而波动 从而造成读数误差 该装置传动 部件较多 容易造成系统的机械磨损 因而增加了系统维护开销 浮子测量装置的适 用范围为非腐蚀性液体的测量 3 伺服式液位计 图 1 1 伺服式液位计 伺服式液位计与浮子式液位测量装置相比 提高了测量精度和可靠性 它采用波 动积分电路 消除了抖动 延长了使用寿命 现代伺服式液位计的测量精度已达到 40m 范围内小于 1mm 但是 由于伺服式液位计仍属于机械测量装置 存在机械磨 损 影响了测量的精度 因此需要定期维修和重新定标且安装困难 4 电容式液位计 图 1 2 电容式液位计 电容式液位计的核心是电容液位传感器 该传感器一般由标准电容 测量电容和 比较电容等组成 其中 比较电容用来测量液体的介电常数 测量电容用来检测液位 的变化 由液体的介电常数和测量电容的容量计算出液位 电容式液位计的价格较低 安装容易且可以应用于高温 高压的测量场合 5 磁致伸缩式液位计 图 1 3 磁致伸缩式液位计 磁致伸缩式液位计采用磁致伸缩技术来测盘大罐的油水界面和油气界面 通常情 况下 磁致伸缩液位计安装有两个浮子 其中一个浮子的密度小于油品的密度 另一 个浮子的密度大于油品的密度而小于水的密度 它们分别用来检测油气界面和油水界 面 磁致伸缩液位计安装容易 不需要定期维修和重新定标 工作寿命较长 其测量 精度较高 测量的重复精度也较高 是比较理想的接触型液位计 但是磁致伸缩液位 计与被测液体接触 仪器容易受到腐蚀 且液体的密度变化会带来测量误差 他们共同的特点是感应元件与被测液体接触 因此存在一定的磨损且容易被液体 粘住或腐蚀 1 3 2 非接触式液位测量 非接触式液位测量出现了微波雷达液位计 射线液位计 激光液位计及超声波液 位计等 它们共同的特点是感应元件与被测液体不接触 测量仪器不受被测介质的影 响 这就大大解决了在粉尘多情况下 给人类引起的身体接触伤害 腐蚀性质的液体 对测量仪器的腐蚀 触点接触不良造成的误测情况 但前几种方法由于技术难度大 成本高 一般用于军事工业 而超声波液位计由于其技术难度相对较低 且成本低廉 适用于民用推广 所以现在所见到一些液位计基本上都是利用超声波来测距的 虽然 超声波液位计电路多种多样 甚至已有专用超声波测距集成电路 但是有的电路复杂 技术难度大 有的调试困难 有的元件不易购买 非接触型液位测量仪表主要包括超声波液位计 雷达液位计 射线液位计 以及激光液位计等 1 超声波液位计 图 1 3 超声波液位计 超声波液位计是非接触式液位计中发展最快的一种 超声波在同一种介质中传 播速度相对恒定 遇到被测物体表面时会产生反射 基于此原理研制出超声波液位 计 目前 智能化的超声波液位计能够对接收信号做精确的处理和分析 可以将各 种干扰信号过滤出来 识别多重回波 分析信号强度和环境温度等有关信息 这样 即便在有外界干扰的情况下也能够进行精确的测量 超声波液位计不仅能定点和连 续测量 而且能方便地提供遥测和遥控所需的信号 同时 超声波液位计不存在可 动部件 所以在安装和维护上比较方便 超声波测位技术适用于气体 液体或固体 等多种测量介质 因而具有较大的适应性且价格较为便宜 2 雷达液位计 图 1 4 雷达液位计 雷达液位计发明于 20 世纪 60 年代 通常采用调频雷达原理 利用同步 调频脉冲技术 将微波发射器和接收器安装在液面以上 向液面 发射频率 调制的微波信号 当接收到回波信号时 由于来回传播时间的延迟 发射频率 发生了改变 将两种信号混合处理 所得信号的差频正比于发射器到液面之间 的距离 雷达液位测量特别适用于高粘度或高污染的产品 雷达液位计的测量 精度较高 而且无需定期维修和重新定标 但是安装比较复杂且价格不菲 3 射线液位计 图 1 5 射线液位计 核辐射放出的射线 如 射线等 具有较强的穿透能力 且穿过不同厚度的介 质有不同的衰减特性 核辐射式液位计正是利用这一原理来测量液位的 核辐射式 液位计的核辐射源用点式或狭长型结构安装在液面以上 狡长型核辐射源检测元件 也安装在液面以上 可实现对液位动态变化的检测 除利用核辐射射线来测量之外 还可采用中子射线来测量液位 射线液位计安装非常方便 测量精度较高 因为它 没有任何部件与被测物体直接接触 特别适用于传统测量液位仪表不能解决的测量 问题 4 激光液位计 图 1 6 激光液位计 其测量原理类似于超声波液位计 只是采用光波代替了超声波 发射传感器发 射出激光 照射到被测液面 在液面处发生反射 接收传 感器接收反射光 将从发射至接收的时间换算成液位距离 激光的光束很窄 在液 位测量中通过光学系统转换成约 20mm 宽的光束 这样即使被测物面很粗糙 漫 反射光也能被传感器接收 激光液位计非常适用于开口很狭窄的容器以及高温 高 粘度的测量对象 而缺点是对液面的波动很敏感 油汽 水气等微粒对测量不利 且光学镜头必须定期保持清洁 1 3 3 国内外液位传感器的现状分析 在液位测量传感器方面 国外的液位测量技术起步较早 且投入资金雄厚 发 展非常迅速 到目前为止国外许多公司都研制出许多功能齐全 自动化智能程度高 的测量体系与产品系列 如美国 DREXELBROOK 公司研制的 Universal TM 连 续液位变送器 其精度可达 0 1 量程最大 15 米 4 20mA 电流输出 上下 限位报警 叠加智能通讯协议 美国在液位传感器的研制方面一直处于领先地位 美国 Milltronics 公司研制的多量程液位监测系统具有测量液位 测量液位差的能 力 波分布图储存在计算机存储器中 采用连续测量确定液位方法来检验和修改分 布图 Magmetrol 国际公司的 Echtel F 型超声波液位控制仪有两种控制模式 连 续波信号的高增益系列和脉冲信号的超增益系列 还增加了一个检验机构使之具有 自检功能 避免了一般超声波仪器中零电压输出即可能表明无液体也可能表明低液 位或控制出现故障等问题 Hybepark 电子公司的双液位传感系统采用二只分别调 节上限和下限液位的电位计 超声波探头安装在液体之上且与控制装置连接 控制 装置比较感受到的极限液位后 去启动指示器和继电器然后启动液体输出 美国的 DREXELBROOK 公司与 ROSEMOUNT 公司以及日本 加拿大等国公司研制开发 的产品在国际市场上占有很大的比重 据统计 DREXELBROOK 公司至今在全世 界已经有 3 万多例成功的现场应用 还有其它国家和公司研制的液位传感器等产 品广泛应用于工业 食品等行业 并大量地进入我国液位测量领域 在我国由于受到历史原因影响 液位传感器的研制开发技术比较落后 各个基 础行业的资金投入不协调 以及一定时期的人才青黄不接导致了相关配套领域发展 迟缓 甚至于停滞不前 这使得我国的液位测量技术测量方法远远落后于其它发达 国家 测量系统的自动化程度不高 精度可靠性 功能等多方面都不如国外同类产 品 近几年来随着改革开放的不断深入 我国的经济技术水平得到了迅第猛的发展 国家也加大了这方面的投入 测量技术得到了全面发展和更新 使得我国的液位测 量技术发展比迅速 我国许多科研单位及企业共同研制开发了有关液位测量方面的 传感器 这些产品在性能指标上 功能上都比以前有了很大程度的提高 但是与国 外同类技术相比还有待进一步的改进 目前国内高精度液位测量仪表的发展主要采 用引进加仿制手段 还有许多合资企业代理国外相应产品 总之我国在该领域的发 展相对国外还有很大差距 普遍存在产品性能指标低 仪表可靠性差 企业技术力 量及装备差等问题 1 3 4 研究本课题的意义 传感器是摄取信息的关键器件 它与通信技术和计算机技术构成了信息技术的三 大支柱 是现代信息系统和各种装备不可缺少的信息采集手段 也是采用微电子技术 改造传统产业的重要方法 对提高经济效益 科学研究与生产技术的水平有着举足轻 重的作用 科学技术的快速发展 液位传感器将在传感器中的应用越来越广 但就目 前技术水平来说 人们可以具体利用的传感技术还十分有限 因此 这是一个正在蓬 勃发展而又有无限前景的技术及产业领域 展望未来 液位传感器作为一种新型的非 常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间 它将朝着更加高定位 高精度的 方向发展 以满足日益发展的社会需求 在新世纪里 面貌一新的传感器将发挥更大 的作用 传感器的基本作用是将某种形式的输入能量 被测对象 的变化转换为同种或其 它形式的能量 信号 的单值变化 在科学技术迅猛发展的今天 人类社会己步入信 息时代 人们的社会活动主要依靠对信息的采集 传输和处理 传感器处于研究对 象和测控系统的接口位置 地位和作用显得尤为重要 现在 所有以计算机为基础 的测控系统 都需要传感器提供赖以做出实时决策的数据 因此 传感器是当今社 会的重要技术基础 在现代工业生产过程中 液位是一个非常重要的参数 液位测 量仪表在工业生产中有着广泛的应用 1 4 本课题的主要研究内容 本设计第一章介绍液位测量技术及主要的液位测量方法 国内外液位传感器的 发展情况 第二章介绍了液位传感器的原理 设计完成了基于MSS561 液位传感 器的结构和原理 并对结构模型进了详尽的分析 本文研究的液位传感器的设计 系统从电池中取电 以满足接触液位检测的需要 采用三相串行接口与外部通讯 详细介绍了基于 MS5561 液位传感器的设计 第三章介绍了液位传感器的软件设计 本课题的研究主要以 MS5561 SCL11LO4E 单片机元件为基础 用 C 语言进行开发 2 基于 MS5561 的液位传感器的硬件设计 2 1 系统设计 2 1 1 CPU 介绍 STC11L04E 是单时钟 机器周期 1T 的单片机 是高速 低功耗 超强抗干扰的新 一代8051 单片机 指令代码完全兼容传统8051 但速度快8 12 倍 内部集成高可靠复 位电路 针对高速通信 智能控制 强干扰场合 增强型 8051 CPU 1T 单时钟 机 器周期 指令代码完全兼容传统8051 工作电压为3 6V 2 4V 2 1V 工作频率范围 0 35MHz 相当于普通8051 的 0 420MHz 选择 STC11L04E 系列单片机的理由 加密性强 无法解密 具有超强抗干扰 超强 抗静电 整机可轻松过 2 万伏静电测试 速度快 1 个时钟 机器周期 超低功耗 在 系统可编程 无需编程器 无需仿真器 可远程升级 2 1 2 CPU 的外围器件简介 1 MS5561 简介 MS5561C 是 Intersema 公司 2009 年初推出的新款产品 这款产品不用硅胶而是用 不锈钢进行外封装 不锈钢上面开孔与外部气压相连 是同类产品中体积最小的 MS5561 工作原理 MS5561 由一个压阻传感器和传感器接口 IC 卡组成 它的主要作用就是将 MS5561 未得到补偿的模拟输出电压 从压阻压力传感器得到一个 16 位数字值 以及提 供一个 16 位数字值 它采用三线串行接口与外界进行交流 MS5561 特征 1 它可以测量的范围为10 1100mbar 1 110kPA绝对压力 2 压力分辨率为0 1mbar 3 工作温度 40 C 85 C 4 工作电压2 2V 3 6V 5 供应低电流 4 A 6 待机电流 0 1 A 2 MAX485CSA 本设计利用 MAX484CSA 对数码管进行驱动显示 分别显示当前温度和压力 3 程序下载接口设计 程序下载接口本设计中基本组成部分 利用程序下载接口 人们可以向单片机输 入程序 指令 数据等 通过控制 P1 口的值 经过去抖 去连接等处理 来对 CPU 进行控制 2 2 液位传感器的原理 液位传感器是一种测量液位的压力传感器 静压投入式液位变送器 液位计 是 基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理 采用 MS5561 将温度和压力转换为 电信号 再经过温度补偿 转化成标准电信号 工作原理 用静压测量原理 当液位变送器投入到被测液体中某一深度时 传感器迎液面 受到的压力公式为 g H Po 式中 P 是变送器迎液面所受压力 是被测液 体密度 g 是当地重力加速度 Po 是液面上大气压 H 是变送器投入液体的深度 同时 通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔 再将液面上的大气 压 Po 与传感器的负压腔相连 以抵消传感器背面的Po 使传感器测得压力为 g H 显然 通过测取压力 P 可以得到液位深度 2 2 1 MS5561 的管脚 图 2 2 MS5561 的管脚排列 表 2 1 MS5561 引脚功能表 管脚类型功能 SCLK1I串行数据时钟 GND2G接地 PV 1 3N负面电压程序 PEN 1 4I芯片启动程序 VDD5P正电源电压 MCLK6I主时钟 32 768kHZ DIN7I串行数据输入 DOUT8I串行数据输出 DOUT DINMCLK 组成数据通讯 DOUT 负责数据输出 DIN 负责数据输入 MCLK 为主时钟 表 2 2 工作条件 参数符号 条件最小典型最大单位 操作压力 范围内 p 101100 mbar 电源电压 VDD 2 23 03 6V 供应电流 VDD 3 0V 平均 1 Iavg 4 A 转换期间 2 Isc 1 mA 待机 没 有转换 Iss 0 1 A MCLK 的 功耗电流 3 MCLK 32 768 kHz 0 5 A 操作温度 范围 T 40 25 85 C 转换时间TconvMCLK 32 768 kHz 35 ms 外部时钟 信号 4 MCLK 30 00032 76835 000kH MCLK 的 责任周期 40 60 50 50 60 40 串行数据 时钟 SCLK 500kHz 表 2 3 绝对最大额定值 参数符号条件最小最大单位 电源电 压 VDDTa 25 C 0 34V 贮藏温 度 Ts 4085 C 超压PTa 25 C 10bar 2 2 2 485 电路设计 图 2 3 485 电路 RS485 基本知识 RS 485 接口芯片已广泛应用于工业控制 仪器 仪表 多媒体网络 机电一体化 产品等诸多领域 可用于 RS 485 接口的芯片种类也越来越多 如何在种类繁多的接口 芯片中找到最合适的芯片 是摆在每一个使用者面前的一个问题 RS 485 接口在不同 的使用场合 对芯片的要求和使用方法也有所不同 RS 485 接口芯片在使用 焊接或设备的运输途中都有可能受到静电的冲击而损坏 在传输线架设于户外的使用场合 接口芯片乃至整个系统还有可能遭致雷电的袭击 选用抗静电或抗雷击的芯片可有效避免此类损失 2 2 3 程序下载接口设计 图 2 4 输入程序电路图 通过与 STC11L04E 的 P1 口连接 可以将程序输入主机中 完成对主机的控制 2 2 4 电源电路的设计 图 2 5 电源电路图 输入 9V 电压 通过 7805 转换为 5 5V 的电压 再通过 AS1117 转化为 3 3V 的电 压 为整个系统供电 电容的功能是滤波 2 2 5 CPU 的设计 图 2 6 CPU 电路图 CPU 电路图管脚说明 P3 6 RST 复位输入 当振荡器复位器件时 要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间 P3 0 RXD 串行数据接收 P3 1 TXD 串行数据发 送 P3 4 插口 P3 5 接 LED GND 接地 VCC 电源电压 接 3 3V 的电源 P17 TXD1 串行输出口 1 P16 RXD1 串行输入口 1 P15 SCLK 时钟信号 P14 DOUT 串行数据输出 P13 DIN 串行数据输入 P10 MCLK 主时钟 2 2 6 液位传感器设计图 图 2 7 液位传感器设计图 由电源电路为整个系统供电 通过 MS5561 测量温度和压力 经过 A D 转换 将 数据输入 STC11L04E 通过 STC11L04E 的 P1 口 将程序输入到 STC11L04E 中 经 过 STC11L04E 的计算 将温度值和压力值通过 MAX485CSA 输出 2 2 7 实物电路设计图 图 2 8 实物电路图 3 基于 MS5561 的传感器的软件设计 3 1 基于 MS5561 的传感器设计 3 1 1 数据传送 图 3 1 数据传送 D1 是测量出的压力值 16 位 D2 是测量出的温度 16 位 作为输出电压成压 传感器是强烈依赖于温度和过程公差 这是必要的 以弥补这些影响 该补偿过程必须 进行软件使用外部单片机 对于压力和温度测量同一 ADC 方法 对压力测量 差动输 出电压是从压力传感器转换的 对温度测量 由桥电阻传感器感知和转换 在测量传感 器将只显示了很短的时间 以减少功率消耗 3 1 2 工厂校准 每个模块都是工厂校准 在温度和压力两方面 6 个系数用来补偿压力变化和温度 变化 进行了计算和存储在各模块的 64 位的可编程序只读存储器 读取这些 64 位 划 分成四个字的 16 位 并用于单片机软件程序转换 D1 和 D2 为补偿的压力值 3 1 3 压力和温度测量 首先 Word1 Word4 必须阅读并通过串行接口 这样做可以重新利用单片机的接 口访问 MS5561 对压力测量 在单片机已读 16 位值的压力 D1 和温度 D2 通过串行接口在一个回路 然后 根据算法图计算出不同的补偿压力 D1 D2 C1 的到 C6 串行接口 MS5561 相通的微处理器 通过 3 线其他数位系统的同步串行接口 这 些数据应该因此被采样的单片机的下降沿上 被送到 MS5561 SCLK SCLK 与下降沿的 SCLK 信号产生的微处理器的系统 数字数据所提供的 MS5561 DOUT 是转换的结果或 软件校准数据 此外 信号 DOUT 也是用来表示 信号转换状态 输出数据的选择是由发 送相应的指令在 DIN 数据输入 3 2 程序流程图 位排列图案 对 Word1 Word2 Word3 Word4 的校准数据如表 3 1 3 2 3 3 3 4 表 3 1 WORD1 C1 表 3 2 WORD2 C5 II 10 位 C6 6 位 DB9DB8DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0DB5DB4DB3DB2DB1DB0 表 3 3 WORD3 C4 10 位 C2 I 6 位 DB9DB8DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0DB11DB10DB9DB8DB7DB6 表 3 4 WORD4 C3 10 位 C2 II 6 位 DB9DB8DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0DB5DB4DB3DB2DB1DB0 DB14DB13DB12DB11DB10DB9DB8DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0DB10 C51 I1 位 读校准数据 工厂校准 从 MS5561C 的可编程 序只读存储器 Word1 Word2 Word3 and Word4 4x16 Bit 转换成系数校准数据 Word1 Word4 C1 压力敏感性 15 位 C2 压力补偿 12 位 C3 温度系数的压力敏感性 10 位 C4 压力温度系数的压力补偿 10 位 C5 参考温度 11 位 C6 温度系数随温度的变化 6 位 从 MS5561 读数字压力值 D1 16 位 温度校准计算 UT1 8 C5 20224 计算实际温度 区别实际温度和参考温度 dT D2 UT1 实际温度 TEMP 200 dT C6 50 210 0 1 C 分辨率 从 MS5561 读数字温度值 D2 16 位 计算温度压力补偿 实际温度补偿 OFF C2 4 C4 512 dT 212 在实际温度敏感性下 SENS C1 C3 dT 210 24576 X SENS D1 7168 214 OFF 温度补偿压力 P X 10 25 250 10 0 1 mbar resolution 显示压力和温度的值 开始 图 3 2 程序流程图 3 2 1 二阶温度补偿 为了在整个温度范围内获得最好的精度 建议进行非线性补偿温度传感器的输出 此方法可达到计算温度和压力补偿就目的 流程图的温度和压力计算具有最佳的准确 性 T2 是二阶温度补偿 P2 是二阶压力补偿 当温度小于 200 C 时 二阶温度补偿 T2 11 C6 24 200 TEMP 200 温度 220 二阶压力补偿 P2 3 T2 P 3500 2 14 当温度在 200 C 于 450 C 之间时 二阶温度补偿 T2 0 二阶压力补偿 P2 0 当温度大于 450 C 时 二阶温度补偿 T2 3 C6 24 450 TEMP 450 TEMP 220 二阶压力补偿 P2 T2 P 10000 213 二阶因素的计算方式如下 温度 200 200 温度 450 温度 450 低温 T2 11 C6 24 200 TEMP 200 温度 220 P2 3 T2 P 3500 2 14 图 3 3 二阶温度补偿 不补偿 T2 0 P2 0 高温 T2 3 C6 24 450 TEMP 450 TEMP 220 P2 T2 P 10000 213 计算压力和温度 TEMP TEMP T2 P P P2 结论 本设计采用单片机技术 以 STC11L04E 为核心制作 采用 MS5561 传感器进行测 温测压 利用 MAX485CSA 完成对数码管的驱动和显示的控制 系统具有设计简单 成本低 体积小 性能可靠等特点 具有较强的抗干扰能力 安装简单 此外它体积 小 功耗低 便于嵌入其他系统 本仪器应用于接触式距离测量 如测深 测高 测温 对于静态 准静态及慢动态 被测物进行精确测量 数字显示结果 致谢 短短的 12 周转瞬即逝 在这段日子里程万胜老师一直关心 指导我的毕业设计 无论从设计思路 还是器件的选择 算法的分析都给了我极大的启发和帮助 更重要 的是在程老师身上我学到了做人做事的道理 踏踏实实做人 认认真真做事是程老师 给我最好的礼物 此外对于程老师的学识和为人 也深深的另我敬佩 感谢程老师在这 12 周给予我的关心和帮助 参考文献 1 李华 孙晓民 李红青 徐平 张新宇 MCS 51 系列单片机实用接口技术 M 北京 北京航空航天大学出版社 1993 505 508 2 雷丽文 朱晓华 蔡征宇 微机原理与接口技术 M 北京 电子工业出版社 1997 307 314 3 沙战友 薛树琦 庞志锋 中外集成传感器实用手册 M 北京 电子工业出版 社 2005 94 113 4 MS5561C STC11L04E 使用手册 5 夏继强 单片机实验与实践教程 M 北京 北京航空航天大学出版社 2001 6 徐惠民 安德宁 单片微型计算机原理接口与应用 第 1 版 M 北京 北 京邮电大学出版社 1996 7 玛柏群 祁和义 检测与传感技术 M 北京 人民邮电出版社 2008 8 孟庆昌 刘振英 标准 C 语言程序设计 M 北京 宇航出版社 1993 9 Li Hanwei Display integrated circuit practical manual Electronic industry press 2004 附录 C 程序 袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节 衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈 肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂 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