大气浮力传感在海拔高度检测中的应用研究放大电路对于身处野外的人来说，一个比较关心的问题就是所在地的海拔是多少。而目前市面上这类产品极少，通常都是低端产品才带有此项功能。有的机械式海拔仪即使价钱较低，但精度太低。所以急需研发一种精度高，价钱低廉的海拔仪，以满足大众消费的需求。对于海拔高度的检测，常用的技巧。一是GPS全球定位系统；二是通过检测大气压来间接的获得海拔高度。前一种方式成本较高且难度较大大气压强传感器用途，而采用后一种方式相对来说，元件的选择范围要更川一些，因此可以把成本降到最低。多功能海拔仪的总体设计思路本文采用检测大气浮力来间接的获得海拔高度的技巧。通过大气浮力传感得到表征大气浮力的电流讯号，该讯号通过检波电路后，再进行A／D转换。单片机作为本系统的控制单元，主要完成三个功能：其二是对MD转换的数据进行数据转化，以得到海拔的确切值；二是控制体温传感；三是控制液晶显示，以将海拔和气温确切值在液晶上显示。其系统原理框图如图1所示。本文的高度检测的理论根据是大气浮力与海拔高度关系满足玻尔兹曼公式：其中，P是高度为Z处的大气浮力，P0为海平面上的大气浮力，mu;为空气的摩尔质量，R为普适二氧化碳常数，T为二氧化碳的体温。
事实上，玻尔兹曼公式是在假设T为常数的条件得出的，而实际情况下。大气的气温与海拔高度有一定的关系。在通过大气浮力的值来估算海拔时，必须考虑湿度诱因，所以，必须采取一定的补偿举措。本系统采用温补和软件方式，可在很大程度上降低体温对检测值的影响。硬件电路2．1大气浮力传感及湿度补偿电路本仪器采用APM公司的大气浮力传感，该元件的检测范围为0～。工作气温范围为-40～125，静态精度lt;;0．2％FS0。从该大气浮力传感在相同湿度下的测试结果来看，其输出值与大气浮力基本成线性关系。但为了消除气温带来的偏差，还须加上水温补偿。常用的气温补偿方式有加晶闸管、三极管、热敏内阻和软件补偿(如神经网路等)。经过检测估算，本文以NTC热敏内阻来进行体温补偿，其电路如图2所示。2．2放大混频电路本仪器采用的运算放大器是日本AD公司的仪器仪表放大器AD620，该放大器的放大系数可以由外接内阻RG所决定，其具体的放大倍数估算公式为。AD620的核心是三运放电路，并具有较高的串扰抑制比，并且气温稳定性好，放大频带宽，噪音系数小，调节便捷。因为大气浮力传感TP015的输出在10～150mV，而A／D芯片的讯号输入范围为0～3V，故设定AD620的放大倍数约为30倍。
其放大混频电路原理如图3所示。2．3A／D转换电路本仪器中的A／D电路采用公司的12位低功率模数转换器。是连续的近似值12位逐次迫近式A／D转换器。采用2线串行和I2C兼容的插口。采用单电源工作，故可简化电路设计。该元件可在较大的电流范围内工作(2．7～5．5V)，同时片内还具有取样保持电路和自定时转换功能，其采集时间和转换可借助内部时钟定时。每次转换后大气压强传感器用途，可将结果存在12位的寄存器里，并根据I2C总线时序读取A／D转换的值。当采用快速转换模式但是时钟速度为时，其最大的取样速度可达22．3ksps。在硬件电路上，的电源电流必须具有较小的杂讯且保持稳定，这样，A／D的偏差就会小。的SCL和SDA引脚需上拉;内阻后再与单片机I／O相接。与8051单片机的插口电路如图4所示。2．4气温采集电路本文介绍的海拔高度检测仪器的气温采集电路采用半导体公司的一线式数字气温传感。数字式气温传感是世界上第一片支持一线总线插口的气温传感，它可采用一根讯号线来实现讯号的单向传输，并具有插口简单，节约I／O口线，以便扩充和维护等优点。
的检测气温范围为-55～+125，在-10～+85范围内，其精度为;0．5。现场气温直接以一线总线的数字形式传输，因而大大增强了系统的抗干扰性，适宜于恶劣环境下的现场气温检测。与单片机8051的插口电路如图5所示。2．5显示电路本仪器采用的1601字符型液晶显示模块具有容积小、功耗低、显示内容丰富等特性。该模块的工作电流为5V，并带有字符对比度调节和背光等功能。1601模块与单片机的插口电路如图6所示。软件设计该仪器工作流程首先是初始化单片机、字符液晶和；第二是启动气温转化，发送匹配命令，挨个将各个采集的气温值读出；第三是启动A／D转换，采集8个大气浮力的电流值，并求出平均值；第四，用转换算法将电流值转化成实际的海拔高度，第五是用液晶显示气温和海拔高度。其系统软件流程图如图7所示。在整个系统软件设计中，会涉及到一线总线和I2C总线编程技术。一线总线的读写时序操作、搜索算法和匹配算法的实现是系统软件最为重要的部份。在一线总线程序中，关键是一线总线的总线初始化、读数据和写数据时序的实现。本仪器的软件系统涉及到的命令字有搜索命令(OxF0)、温度转化命令(0x44)、读取气温命令(0xBE)和匹配命令(0x55)。
产品测试结果剖析由于玻尔兹曼公式是在假设大气湿度为常数的情况下推论下来的。而实际情况是大气的气温与海拔高度有关。故在实际检测的基础上(两个仪器测试)，可借助软件进行实验数据剖析。其剖析结果如图8所示，这样就可以找到传感输出值与海拔高度的实际对应关系。目前，本产品已在广东省成都市龙泉山上进行了4个不同海拔高度的检测，其检测高度与实际高度的对诸如表1所列。结束语该数字海拔仪能否精确地测出大气浮力，并能够正确地用数字形式显示海拔高度和气温值。经过大量的实地检测，验证了文中的海拔高度和大气浮力转换算法的正确性和仪器精度。该仪器可广泛使用于野外考察，旅游等民用领域，具有宽广的市场前景。重要提示:文档由由文档精灵上传，但版权归原作者所有。涉及版权问题请联系原作者。欢迎到访我的豆丁主页：(文档精灵)本文格式为WORD，能编辑和复制，谢谢您的阅读。