基于单片机技术的海拔高度测量电路设计

李延廷

（北京信息职业技术学院，北京 100070）

基于单片机技术的海拔高度测量电路设计

李延廷

（北京信息职业技术学院，北京 100070）

摘要：本文简要介绍了海拔高度测量方法，利用数字气压传感器设计基于单片机技术的海拔高度测量电路，分析电路结构框图、各功能电路组成与工作原理及单片机控制程序的功能模块及程序执行流程，最后指出整个电路的工作稳定性和性能指标。

单片机；海拔高度；测量电路；控制程序

海拔高度是指某地点与基准海平面的高度差。海拔高度的测量方法有传统几何水准测量法、气压测量法、GPS高度拟合法及GPS大地水准面精化法等。海拔高度的精确测量结果以传统几何水准测量法测得的结果为准，用其他方法的测量结果作为传统几何水准测量结果的参照，以便缩小测量误差。其中，气压测量法的原理是海拔高的地方空气密度小，气压低，气压表的海拔示数高，反之亦然。本文正是利用气压测量法，用气压传感器获取气压值，再根据气压值计算出海拔高度。

1.海拔高度测量电路设计

1.1 海拔高度测量电路框图

海拔高度测量电路主要由单片机控制电路、气压检测电路、A/D转换电路、海拔高度显示电路及直流电源电路等组成，其电路框图如图1所示。

1.2 海拔高度测量电路工作原理分析

1.2.1 单片机控制电路

单片机控制电路主要由单片机最小系统（包括AT89S51单片机、晶振和复位电路）、P0～P3端口接插件等组成。该电路用于控制气压传感器，读取气压传感器采集数据；依据气压数据查找相应海拔高度；送显示电路显示海拔高度。

1.2.2 气压检测电路

气压检测电路主要由压力传感器BMP085、集成运算放大器AD620及其外围电阻元件等组成，如图2所示。其中，BMP085是高精度、超低能耗的数字压力传感器，内置A/D转换器，可以通过I²C总线直接与单片机相连，可用于测试大气温度和大气压强。

在BMP085内部扩散硅的表面安装有桥式电阻桥，当扩散硅受到气体压力而变化时，电阻桥输出不平衡电压，该电压与扩散硅所受压力成近似正比关系。单片机读取BMP085内部指定寄存器中的未经补偿的温度和气压值数据。

1.2.3 海拔高度显示电路

海拔高度显示电路主要由八位数码管、排电阻R5等组成，如图3所示。海拔高度数据经单片机P0端口送至数码管，P2.4～P2.7端口控制八位数码管循环动态显示海拔高度（单位：m）。显示的海拔高度保留两位小数。

图1　海拔高度测量电路框图

图2　气压检测电路

图3　海拔高度显示电路

2.海拔高度测量电路控制程序设计

该电路的控制程序采用单片机C语言编制，包含主程序、气压数据读取与储存子程序、气压数据处理子程序、海拔高度显示子程序。该程序工作流程如下：系统上电后，单片机控制系统开始初始化；单片机读取校准参数，读取、存储气压与温度数据；计算出经过补偿、噪声处理的海拔高度值；将海拔高度值送到显示电路显示出来。

结论

目前，海拔高度测量电路经过长期连续工作测试，系统硬件电路和控制程序运行完全正常。经过多次测试，实测海拔高度值与理论值之间的相对误差小于0.1%。之所以会出现不小的误差，原因在于海拔高度与大气压强的关系受大气温度的影响。因此需要用温度值对气压值进行补偿，并且需要对气压值进行噪声处理。这样才能得到更为精确的海拔高度值。

[1]朱红军.基于气压传感器的海拔高度测量系统设计[J].中国民航飞行学院学报，2015，26(4)：67-70.

[2]张金燕，等.基于气压传感器BMP085的高度测量系统实现[J].微型机与应用，2014(6)：64-67.

[3]雷晓静，等.海拔高度测量仪设计[J].工业仪表与自动化装置，2015(4)：107-109.

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北京信息职业技术学院科研项目（编号：XY-YN-09-201512）。