杭电信工开题报告

1、杭州电子科技大学信息工程学院毕业设计（论文）开题报告题 目液晶显示的数字气压计设计系电子通信专 业电子信息工程姓 名叶晨枫班 级11091812学 号11918234指导教师郑立1、 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1643年，托里拆利实验的成功，标志着对大气压的研究步入人类的视野，气压计开始成为了人类研究大气压强的重要工具。从此，水银气压计和无液气压计在气压测量领域就扮演了重要角色。人类根据大气压的变化预测天气的变化，以及测量高度。气压是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。从分子动理论可知，气体的压强产生原因是由于是大量分子频繁地碰

2、撞容器壁而产生的。由于地心引力作用，距地球表面近的地方，地球吸引力大，空气分子的密集程度高，撞击到物体表面的频率高，由此产生的大气压力就大。单个分子对容器壁的碰撞时间极短，作用是不连续的，但大量分子频繁地碰撞器壁，对器壁的作用力是持续的、均匀的，这个压力与器壁面积的比值就是压强大小。一个标准大气压等于760毫米高的水银柱的重量，它相当于一平方厘米面积上承受1.0336公斤重的大气压力。随着科技的发展，技术的创新，传感器技术也在不断的进步和创新，采用新工艺生产的气压传感器将会越来越实用和精准。系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性将会大幅的提高。同时传感器趋于小型化、无线化、智能化、多功能化的发展

3、。气压计应用十分广泛，能够集成到国防系统、建筑设施、医疗设备、工业器材中，并且在日常生活中也能经常见到。气压计的核心元件就是气压传感器，它在监视压力大小、控制压力变化以及物理参量的测量等方面起着重要作用。气压计是利用压敏元件将待测气压直接变换为容易检测、传输的电流或电压信号，然后再经过后续电路处理并进行实时显示的一种设备。其中的核心元件 就是气压传感器，它在监视压力大小、控制压力变化以及物理参量的测量等方面起着重要作用。大气压力是指作用与单位面积上的空气柱质量。运用于气压计的气压传感器基本都是依靠不同高度时的气压变化来获 取气压值的。气象学研究表明，在垂直方向上气压随高度增加而降低。例如在低层

4、，每上升100m气压便降低10hPa；在56km的高空，高度每增加100m，气压便会降低7hPa；而当高度进一步增加时，即到910km的高空之后，高度每增加100m，气压便会降低5hPa；同样，若空气中有下降气流时，气压会增加；若空气中有上升气流时，气压就会减小。传统气压计有水银气压计与无液气压计。这两种都是老式的气压计，精度低，显示单一，体积大，不方便携带且容易坏。当今社会科技高速发展，各行各业不断出现新技术新材料，传感器这块也是这样。人类社会进入20世纪90年代以后电子行业发展迅猛，各式各样的电子传感器被发明并被运用到各行各业，现今很多手持设备中都已经加入了气压计功能，比如手机，车载导航等

5、，方便了人们的出行。本次课题采用51单片机作为控制器，其结构小巧，与外设连接提供了稳定可靠的硬件架构、功耗小、性能稳定、维护方便；不仅降低了成本，并且有效实现了高精度、高速、实时的数据采集，提高了系统的可靠性和实时性。随着科技的发展，气压计已经由以前的只有专业人士才能使用的测量器具变成今天的随处可见的电子产品，并集成到众多的电子产品中。图1-1 气压海拔对照表二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：本课题是在实现以单片机为基础的液晶显示数字气压计。完成气压数据的采集分析以及精确显示的功能，具有一定的可用性和可靠性。通过气压传感器MPX4115获得与待测气压相对的模拟电压值，并经过电压/频率（V/

6、F）转换模块转换为数字脉冲，得到单位时间内获得的脉冲数，依据电压与频率的线性关系式计算出所对应的实际气压值，最后在单片机的控制下由液晶显示电路显示出实际气压值。以C语言为开发工具，进行了设计和编码。总体目标是实现系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。传感器是一种精密的元器件，但毕竟存在误差，因此要进行修正补偿。补偿与修正技术广泛的运用在传感器上。修正技术基本上运用于下列两种情况：一种是针对传感器自身的，另一种是针对传感器的工作条件或外界环境的。对于传感器特性，可以找出误差的变化规律，或者测出其大小和方向，采用适当的方法加以补偿或修正。根据传感器工作条件或外界环境进行误差补偿，包括非线性补偿和线

7、性补偿，这也是能够提高传感器精度的有效技术措施。温度变化会对不少传感器造成影响，而且温度变化导致的误差十分可观。对于温度造成的变化，在必要场合可以控制温度，增加恒温装置，但会增加支出，或使用现场条件不允许。所以传感器内引入温度误差补偿又常常是可行的。这时应该在不同温度下对传感器进行测试，找出温度对测量值影响的规律，然后引入温度补偿。屏蔽、隔离与干扰抑制：传感器大都要在现场工作的，现场的条件往往是难以充分预料的，有时是极其恶劣的。各种外界因素要影响传感器的精度与各有关性能的。为了减小测量误差，保证其原有性能，就应设法削弱或消除外界因素对传感器的影响。其方法归纳起来有二：一是减小传感器对影响因素的

8、灵敏度；二是降低外界因素对传感器实际作用的强度。对于电磁干扰，可以采用屏蔽、隔离措施，也可用滤波等方法抑制。对于如温度、湿度、机械振动、气压、声压、辐射、甚至气流等，可采用相应的隔离措施，如隔热、密封、隔振等，或者在变换成为电量后对干扰信号进行分离或抑制，减小其影响。提高传感器性能的稳定性，应该对材料、元器件或传感器整体进行必要的稳定性处理。如结构材料的时效处理、冰冷处理、永磁材料的时间老化、温度老化、机械老化及交流稳磁处理，电气元件的老化筛选等。2.1研究的基本内容1.理论研究搜集数字气压传感器的相关技术资料，了解其理论、精度和封装等相关参数；收集51单片机、A/D转换电路的相关应用方案。2

9、.系统设计结合电子、测控、等领域的实际应用，利用单片机的硬/软件设计电路，确定系统的参数指标，提出所要研发系统的总体方案。3. 硬件设计采用MPX4115传感器和STC89C52单片机，外加TLC549转换电路以及1602液晶显示电路。4.软件设计单片机程序编写，包括A/D变换后的数据分析，线性关系式计算，液晶显示程序设计，输入量程可调节。5.系统测试利用仪器产生不同的气压，调节气压计量程，然后将气压计置于该环境中，将气压计检测到的值与仪器产生的真实值进行对比，检查气压计的精度。2.2拟解决的主要问题（1）气压传感器的选择，传感器原理的研究；（2）采集传感器输出的模拟量，进行A/D转换；（3）

10、单片机处理转换后的数字信号，并进行分析计算；（4）A/D芯片基准电压与量程的切换；三、研究步骤、方法及措施：研究的基本框图:压力传感器A/D转换器电源模块单片机LCD液晶显示器图 3-1 研究基本框图3.1单片机模块硬件电路设计一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两个部分：一是系统扩展，即内部功能单元；二是系统配置，即外围设备。在设计过程中尽可能选择典型电路结构，符合常规用法。系统扩展和外围设备应该根据实际需求来设计。软件部分和硬件设计应该相互协调。相关器件要尽可能做到性能匹配。硬件部分的器件要尽量精简，器件越多互相干扰越强。3.2电子电路布线PCB设计设计好原理图后，下一步就是绘制PCB版图

11、，要熟悉Altium Designer 软件，使用该软件绘制封装以及整体的版图绘制。在电子电路的设计过程中，良好的布局和走线方式能够节省电路模块的面积，增加电路板的美观度，焊接也能够更加便捷。3.3单片机程序设计C语言是目前在单片机开发中用的最多的语言，C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。市面上的大多数单片机都能完美的运行C语言程序。用C语言配合硬件模块实现对采集到的数据进行处理，液晶显示，量程调节。对于本次设计，使用C语言对A/D转换后的数字信号进行分析，根据传感器自身特性以及模数转换模块的输出特性，列出气压线性表达式以及修正函数，计算出最接近实

12、际的气压值，输送到LCD1602液晶显示模块显示出来。由于本次设计要做到量程可调节，因此在单片机程序中要加入不同量程时的表达式以便切换。最终对整个系统进行调试，将软件与硬件电路相结合，最后实现液晶显示的数字气压计的设计。四、研究工作进度：序号时间内容12014.6.1-2014.6.25查阅资料22014.6.26-2014.10.14任务书32014.10.15开题报告会42014.10.16-2014.10.29查阅资料文献、确定最终方案52014.10.30-2014.11.12系统硬件电路设计、软件设计62014.11.13-2014.11.26部分功能软件程序设计及硬件调试72014

13、.11.27-2014.12.11整体调试82014.12.12-2014.12.17撰写毕业论文92014.12.18-2014.12.23论文评审及修改102014.12.24毕业答辩五、主要参考文献：1来清民. 传感器与单片机接口及实例M. 北京:北京航空航天大学出版社, 2008.2靳桅, 潘育山, 邬芝权, 李骐. 单片机原理及C51开发技术M. 成都:西南交通大学出版社, 2009.3田立, 马鸣鹤. 51系列单片机开发实例精解M. 北京:中国电力出版社, 2009.4陈永真. 全国大学生电子设计竞赛试题精解选M. 北京:电子工业出版社, 2007.5何希才, 任力颖, 杨静. 实用传感器接口电路实例M. 北京:中国电力出版社, 2007.6徐向民. Altium Designer快速入门M. 北京:北京航空航天大学出版社, 20