基于ADuC7060模拟微控制器的气压式高度计设计方案

发表于 5/23/2012 8:00:03 PM 阅读（4477）

　高度是载体到某一基准水平面的垂直距离，是导航的一个重要依据。气压传感器是气压式高度计的重要器件。传统的气压传感器信号调理电路校准和补偿电路复杂，稳定性差，不能直接用于计算机数字化处理，也不便于在便携式设备中集成。本气压式高度测量系统使用微型压阻式传感器，通过对静压的测量，经过模／数变换后由单片机进行数字滤波，函数解算出载体当前的绝对高度，具有较高精度和抗干扰能力。

1 高度测量系统的设计

　　大气压力在数值上等于所在海拔高度往上直到大气上界整个空气柱的重量，因此理想情况下，大气压力与海拔高度具有一一对应的关系。在海平面附近，海拔高度每升高100 m，气压下降大约0．7 kPa。由于空气具有可压缩性，大气压力与海拔高度具有非线性关系。

　　高度和气压之间的函数关系较为复杂。如果照搬气压公式来制作电路，电路将变得十分复杂，现实起来非常困难。因此，设计该高度计时，可以将高度按区段划分，分别进行数据的解算。

1.1 气压高度计设计的理论基础

　　气压与高程的关系模型：H=T0／L×(P／P0)∧(1／(N-1))(近似公式)。以标准海平面为基准：T0=288.15K；P0=101.325kPa；N=5.2558 8；L=-0．006 5℃／m。传感器的漂移等引起的误差对高端和低端的影响是不同的。为提高测量精度，设计时要考虑这一点。根据气压公式可以得出0～6 000 m量程内的压力变化范围在47．18～101．325 kPa。据此可确定压阻式传感器量程。为充分利用传感器的精度，选择硅压阻式传感器量程要尽量接近测量范围。

1.2 单片机的选择

数据处理要求单片机体积小功耗低，并且内部应带有高分辨率ADC。 ADuC7060正是面对这种应用需求的不二之选，它专门面向仪表，工业检测等领域。具有十分强大的模拟外设，极其优越的数据采集处理功能，低功耗，封装小巧，性价比很高！

主频为10.24兆赫兹，ADC分辨率高达24位，并集成了GPIO，uart,spi / I2C及定时器等常用外设。下图是利用PROTEL绘制的最小系统原理图。

1.3 压阻式传感器

　　气压传感器在气压计中占据核心位置。设计时可根据测量精度、测量范围、温度补偿、测量绝对气压值等几个性能指标来选取气压传感器。选用传感器量程要尽量与测量的范围相符，以利于同样的精度条件下减小误差。传感器选用体积较小的MPX2100D型绝压传感器，量程为100～0 kPa。线性度为±0．25％FS。满量程输出为40 mV(10 V供电)。它用单个由离子注入工艺形成并经激光修整的X型电阻代替一般用4个电阻构成的惠斯登电桥，避免了由4个电阻的不匹配而引起的误差。

1.4 液晶驱动电路

设计中采用LCD液晶屏显示高度信息。由于使用的液晶需要5V电压驱动，而ADUC7060的I/O口高电平只有2.5V，所以要对电平进行提拉，首先采用74LVC07A缓冲器将高电平提拉到其供电电压3.3V，然后再通过上拉电阻将高电平提拉到5V。驱动电路如下图所示。