杭電信工開題報(bào)告

1、杭州電子科技大學(xué)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題 目液晶顯示的數(shù)字氣壓計(jì)設(shè)計(jì)系電子通信專 業(yè)電子信息工程姓 名葉晨楓班 級11091812學(xué) 號11918234指導(dǎo)教師鄭立1、 綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義1643年，托里拆利實(shí)驗(yàn)的成功，標(biāo)志著對大氣壓的研究步入人類的視野，氣壓計(jì)開始成為了人類研究大氣壓強(qiáng)的重要工具。從此，水銀氣壓計(jì)和無液氣壓計(jì)在氣壓測量領(lǐng)域就扮演了重要角色。人類根據(jù)大氣壓的變化預(yù)測天氣的變化，以及測量高度。氣壓是作用在單位面積上的大氣壓力，即等于單位面積上向上延伸到大氣上界的垂直空氣柱的重量。從分子動理論可知，氣體的壓強(qiáng)產(chǎn)生原因是由于是大量分子頻繁地碰

2、撞容器壁而產(chǎn)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，空氣分子的密集程度高，撞擊到物體表面的頻率高，由此產(chǎn)生的大氣壓力就大。單個分子對容器壁的碰撞時(shí)間極短，作用是不連續(xù)的，但大量分子頻繁地碰撞器壁，對器壁的作用力是持續(xù)的、均勻的，這個壓力與器壁面積的比值就是壓強(qiáng)大小。一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓等于760毫米高的水銀柱的重量，它相當(dāng)于一平方厘米面積上承受1.0336公斤重的大氣壓力。隨著科技的發(fā)展，技術(shù)的創(chuàng)新，傳感器技術(shù)也在不斷的進(jìn)步和創(chuàng)新，采用新工藝生產(chǎn)的氣壓傳感器將會越來越實(shí)用和精準(zhǔn)。系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性將會大幅的提高。同時(shí)傳感器趨于小型化、無線化、智能化、多功能化的發(fā)展

3、。氣壓計(jì)應(yīng)用十分廣泛，能夠集成到國防系統(tǒng)、建筑設(shè)施、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)器材中，并且在日常生活中也能經(jīng)常見到。氣壓計(jì)的核心元件就是氣壓傳感器，它在監(jiān)視壓力大小、控制壓力變化以及物理參量的測量等方面起著重要作用。氣壓計(jì)是利用壓敏元件將待測氣壓直接變換為容易檢測、傳輸?shù)碾娏骰螂妷盒盘?，然后再?jīng)過后續(xù)電路處理并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示的一種設(shè)備。其中的核心元件 就是氣壓傳感器，它在監(jiān)視壓力大小、控制壓力變化以及物理參量的測量等方面起著重要作用。大氣壓力是指作用與單位面積上的空氣柱質(zhì)量。運(yùn)用于氣壓計(jì)的氣壓傳感器基本都是依靠不同高度時(shí)的氣壓變化來獲 取氣壓值的。氣象學(xué)研究表明，在垂直方向上氣壓隨高度增加而降低。例如在低層

4、，每上升100m氣壓便降低10hPa；在56km的高空，高度每增加100m，氣壓便會降低7hPa；而當(dāng)高度進(jìn)一步增加時(shí)，即到910km的高空之后，高度每增加100m，氣壓便會降低5hPa；同樣，若空氣中有下降氣流時(shí)，氣壓會增加；若空氣中有上升氣流時(shí)，氣壓就會減小。傳統(tǒng)氣壓計(jì)有水銀氣壓計(jì)與無液氣壓計(jì)。這兩種都是老式的氣壓計(jì)，精度低，顯示單一，體積大，不方便攜帶且容易壞。當(dāng)今社會科技高速發(fā)展，各行各業(yè)不斷出現(xiàn)新技術(shù)新材料，傳感器這塊也是這樣。人類社會進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后電子行業(yè)發(fā)展迅猛，各式各樣的電子傳感器被發(fā)明并被運(yùn)用到各行各業(yè)，現(xiàn)今很多手持設(shè)備中都已經(jīng)加入了氣壓計(jì)功能，比如手機(jī)，車載導(dǎo)航等

5、，方便了人們的出行。本次課題采用51單片機(jī)作為控制器，其結(jié)構(gòu)小巧，與外設(shè)連接提供了穩(wěn)定可靠的硬件架構(gòu)、功耗小、性能穩(wěn)定、維護(hù)方便；不僅降低了成本，并且有效實(shí)現(xiàn)了高精度、高速、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，提高了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。隨著科技的發(fā)展，氣壓計(jì)已經(jīng)由以前的只有專業(yè)人士才能使用的測量器具變成今天的隨處可見的電子產(chǎn)品，并集成到眾多的電子產(chǎn)品中。圖1-1 氣壓海拔對照表二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：本課題是在實(shí)現(xiàn)以單片機(jī)為基礎(chǔ)的液晶顯示數(shù)字氣壓計(jì)。完成氣壓數(shù)據(jù)的采集分析以及精確顯示的功能，具有一定的可用性和可靠性。通過氣壓傳感器MPX4115獲得與待測氣壓相對的模擬電壓值，并經(jīng)過電壓/頻率（V/

6、F）轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖，得到單位時(shí)間內(nèi)獲得的脈沖數(shù)，依據(jù)電壓與頻率的線性關(guān)系式計(jì)算出所對應(yīng)的實(shí)際氣壓值，最后在單片機(jī)的控制下由液晶顯示電路顯示出實(shí)際氣壓值。以C語言為開發(fā)工具，進(jìn)行了設(shè)計(jì)和編碼?？傮w目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。傳感器是一種精密的元器件，但畢竟存在誤差，因此要進(jìn)行修正補(bǔ)償。補(bǔ)償與修正技術(shù)廣泛的運(yùn)用在傳感器上。修正技術(shù)基本上運(yùn)用于下列兩種情況：一種是針對傳感器自身的，另一種是針對傳感器的工作條件或外界環(huán)境的。對于傳感器特性，可以找出誤差的變化規(guī)律，或者測出其大小和方向，采用適當(dāng)?shù)姆椒右匝a(bǔ)償或修正。根據(jù)傳感器工作條件或外界環(huán)境進(jìn)行誤差補(bǔ)償，包括非線性補(bǔ)償和線

7、性補(bǔ)償，這也是能夠提高傳感器精度的有效技術(shù)措施。溫度變化會對不少傳感器造成影響，而且溫度變化導(dǎo)致的誤差十分可觀。對于溫度造成的變化，在必要場合可以控制溫度，增加恒溫裝置，但會增加支出，或使用現(xiàn)場條件不允許。所以傳感器內(nèi)引入溫度誤差補(bǔ)償又常常是可行的。這時(shí)應(yīng)該在不同溫度下對傳感器進(jìn)行測試，找出溫度對測量值影響的規(guī)律，然后引入溫度補(bǔ)償。屏蔽、隔離與干擾抑制：傳感器大都要在現(xiàn)場工作的，現(xiàn)場的條件往往是難以充分預(yù)料的，有時(shí)是極其惡劣的。各種外界因素要影響傳感器的精度與各有關(guān)性能的。為了減小測量誤差，保證其原有性能，就應(yīng)設(shè)法削弱或消除外界因素對傳感器的影響。其方法歸納起來有二：一是減小傳感器對影響因素的

8、靈敏度；二是降低外界因素對傳感器實(shí)際作用的強(qiáng)度。對于電磁干擾，可以采用屏蔽、隔離措施，也可用濾波等方法抑制。對于如溫度、濕度、機(jī)械振動、氣壓、聲壓、輻射、甚至氣流等，可采用相應(yīng)的隔離措施，如隔熱、密封、隔振等，或者在變換成為電量后對干擾信號進(jìn)行分離或抑制，減小其影響。提高傳感器性能的穩(wěn)定性，應(yīng)該對材料、元器件或傳感器整體進(jìn)行必要的穩(wěn)定性處理。如結(jié)構(gòu)材料的時(shí)效處理、冰冷處理、永磁材料的時(shí)間老化、溫度老化、機(jī)械老化及交流穩(wěn)磁處理，電氣元件的老化篩選等。2.1研究的基本內(nèi)容1.理論研究搜集數(shù)字氣壓傳感器的相關(guān)技術(shù)資料，了解其理論、精度和封裝等相關(guān)參數(shù)；收集51單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換電路的相關(guān)應(yīng)用方案。2

9、.系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合電子、測控、等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，利用單片機(jī)的硬/軟件設(shè)計(jì)電路，確定系統(tǒng)的參數(shù)指標(biāo)，提出所要研發(fā)系統(tǒng)的總體方案。3. 硬件設(shè)計(jì)采用MPX4115傳感器和STC89C52單片機(jī)，外加TLC549轉(zhuǎn)換電路以及1602液晶顯示電路。4.軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)程序編寫，包括A/D變換后的數(shù)據(jù)分析，線性關(guān)系式計(jì)算，液晶顯示程序設(shè)計(jì)，輸入量程可調(diào)節(jié)。5.系統(tǒng)測試?yán)脙x器產(chǎn)生不同的氣壓，調(diào)節(jié)氣壓計(jì)量程，然后將氣壓計(jì)置于該環(huán)境中，將氣壓計(jì)檢測到的值與儀器產(chǎn)生的真實(shí)值進(jìn)行對比，檢查氣壓計(jì)的精度。2.2擬解決的主要問題（1）氣壓傳感器的選擇，傳感器原理的研究；（2）采集傳感器輸出的模擬量，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；（3）

10、單片機(jī)處理轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，并進(jìn)行分析計(jì)算；（4）A/D芯片基準(zhǔn)電壓與量程的切換；三、研究步驟、方法及措施：研究的基本框圖:壓力傳感器A/D轉(zhuǎn)換器電源模塊單片機(jī)LCD液晶顯示器圖 3-1 研究基本框圖3.1單片機(jī)模塊硬件電路設(shè)計(jì)一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含兩個部分：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即內(nèi)部功能單元；二是系統(tǒng)配置，即外圍設(shè)備。在設(shè)計(jì)過程中盡可能選擇典型電路結(jié)構(gòu)，符合常規(guī)用法。系統(tǒng)擴(kuò)展和外圍設(shè)備應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需求來設(shè)計(jì)。軟件部分和硬件設(shè)計(jì)應(yīng)該相互協(xié)調(diào)。相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。硬件部分的器件要盡量精簡，器件越多互相干擾越強(qiáng)。3.2電子電路布線PCB設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)好原理圖后，下一步就是繪制PCB版圖

11、，要熟悉Altium Designer 軟件，使用該軟件繪制封裝以及整體的版圖繪制。在電子電路的設(shè)計(jì)過程中，良好的布局和走線方式能夠節(jié)省電路模塊的面積，增加電路板的美觀度，焊接也能夠更加便捷。3.3單片機(jī)程序設(shè)計(jì)C語言是目前在單片機(jī)開發(fā)中用的最多的語言，C語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。市面上的大多數(shù)單片機(jī)都能完美的運(yùn)行C語言程序。用C語言配合硬件模塊實(shí)現(xiàn)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，液晶顯示，量程調(diào)節(jié)。對于本次設(shè)計(jì)，使用C語言對A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行分析，根據(jù)傳感器自身特性以及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出特性，列出氣壓線性表達(dá)式以及修正函數(shù)，計(jì)算出最接近實(shí)

12、際的氣壓值，輸送到LCD1602液晶顯示模塊顯示出來。由于本次設(shè)計(jì)要做到量程可調(diào)節(jié)，因此在單片機(jī)程序中要加入不同量程時(shí)的表達(dá)式以便切換。最終對整個系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，將軟件與硬件電路相結(jié)合，最后實(shí)現(xiàn)液晶顯示的數(shù)字氣壓計(jì)的設(shè)計(jì)。四、研究工作進(jìn)度：序號時(shí)間內(nèi)容12014.6.1-2014.6.25查閱資料22014.6.26-2014.10.14任務(wù)書32014.10.15開題報(bào)告會42014.10.16-2014.10.29查閱資料文獻(xiàn)、確定最終方案52014.10.30-2014.11.12系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)62014.11.13-2014.11.26部分功能軟件程序設(shè)計(jì)及硬件調(diào)試72014

13、.11.27-2014.12.11整體調(diào)試82014.12.12-2014.12.17撰寫畢業(yè)論文92014.12.18-2014.12.23論文評審及修改102014.12.24畢業(yè)答辯五、主要參考文獻(xiàn)：1來清民. 傳感器與單片機(jī)接口及實(shí)例M. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 2008.2靳桅, 潘育山, 鄔芝權(quán), 李騏. 單片機(jī)原理及C51開發(fā)技術(shù)M. 成都:西南交通大學(xué)出版社, 2009.3田立, 馬鳴鶴. 51系列單片機(jī)開發(fā)實(shí)例精解M. 北京:中國電力出版社, 2009.4陳永真. 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽試題精解選M. 北京:電子工業(yè)出版社, 2007.5何希才, 任力穎, 楊靜. 實(shí)用傳感器接口電路實(shí)例M. 北京:中國電力出版社, 2007.6徐向民. Altium Designer快速入門M. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 20