基于AT89C51单片机的数字气压计Proteus仿真设计
摘要:气压计本广泛的应用于我国的国防、工业、医疗等领域，级联我们的日常生活中也时常使用。本设计重点要介绍的就是实时显示设备。利用软、硬件的知识，经过单片机与气压传感器的结合，在显示器上显示出当前气压的数值。本设计描述了基于MPX4105的数字气压计的软件与硬件的实现过程。本设计满足数字气压计采集、控制与数据处理的需求，稳定性与抗干扰。另外，由于单片机的应用，进一步简化了设计电路并且使得它更加容易调整，同时，也是降低了成本。通过传感器MPX4105获得与大气压相应的的模拟电压值，并通过V/F转换成脉冲信号，得到单位时间内的脉冲数，按照电压与频率的线性关系计算出实际的大气压值，最后在单片机在的控制下由显示器显示实际数值。
关键词：单片机、气压
Abstract:Barometer is widely used in the fields of national defense, industry, medical treatment and so on. Cascade is also used in our daily life. This design focuses on real-time display devices. With the knowledge of hardware and software, the current pressure value is displayed on the monitor through the combination of single chip microcomputer and pressure sensor. This paper describes the realization process of software and hardware of digital barometer based on MPX4105. This design meets the needs of digital barometer acquisition, control and data processing, stability and anti-interference. In addition, because of the application of single chip microcomputer, the design circuit is further simplified, making it easier to adjust, and at the same time, it also reduces the cost. The analog voltage value corresponding to the atmospheric pressure is obtained by the sensor MPX4105, and the pulse signal is converted into the pulse signal through V/F. The number of pulses per unit time is obtained. The actual atmospheric pressure value is calculated according to the linear relationship between the voltage and the frequency. Finally, the actual value is displayed by the display device under the control of the single chip microcomputer.
Key words: single chip microcomputer, barometric sensor MPX4105, V/F converter and LCD display.
第一章绪论
1.1 选题背景
数字气压计是一种使用压敏元件将待测气压的气压值转化为跟容易检测的、便于输送的电压或者是电流信号，之后经过电路处理并可以进行显示的一种设备。其最主要的元件是气压传感器。它在观察气压大小、控制气压的变化和测量物理参数等各个方面都有着至关重要的作用。气压计中的传感器是根据高度的变化来获取气压值。与普通的水银气压计相比，更加容易读取和携带。
根据气象研究显示，在垂直的方向上，高度越高气压反而越低。在较低的地方，从低处到高处，高度每上升100m气压就会降低10hPa；在上空5-6km处，高度每上高100m，气压会降低7hPa，而再到高空9-10km处，高度每增加100m，气压只会降低5hPa，而且在空气中有上升气流时，气压会降低，含有下降气流是气压会升高[ 互联网文库-《基于单片机控制的数字气压计的设计与实现》-2016]。通常情况下，我们将作用于单位面积上的空气柱的质量作为大气压力。
数字气压计广泛的使用与矿产、户外工作以及各种电子产品中，需求量很大，本文侧重介绍的是数字气压计在测量汽车轮胎压力方面的应用。
本文中所设计的一种基于单片机的数字气压计的设计，主要应用于汽车胎压的测量。胎压计是通过气压传感器来获取与胎压对应的模拟电压值，经由A/D转换器传输至单片机中进行处理，再在LED显示屏上显示出但前的压力值。由于使用传感器需要一些参数的设定，所以要先了解这些参数，防止由于操作不当而导致一仪器的损坏。本文中的胎压计采用的是高性能的绝对压力传感器，能够该精准度的显示出胎压，能够做到实时监控。当胎压处于非正常的状态时，可以通过警报系统来通知驾驶员，防止爆胎情况的发生，是驾驶更加安全。
1.2研究意义
现在的社会经济发展越来越迅猛，大量的公路网的设置，公路的平整度也越来越好，并且交通的日益发达，车辆的速度也是越来越快，存在着各种隐患问题。其中汽车轮胎在行驶过程中突然损坏也是其中的一项因素。而引起轮胎爆炸的原因一般都是轮胎长时间处于高温工作状态或者是过高的胎压所引发的。而本文所设计的胎压计，对于汽车行驶过程中的安全保证是十分重要的。
随着社会的发展，汽车不仅仅是只考虑交通能力，同时对于行驶过程中的安全性与舒适性也有越来越高的要求，而便携式的胎压计可随车携带，时时检测胎压，可有效的减少因胎压过高所引起的爆胎事件的发生，从而避免交通事故的发生。而汽车商方面要做的就是能够开发出一款实用的胎压计，来满足客户的要求。
本文所选用的芯片是MPX4105，它能够有效的对气压计进行数据的采集、控制和数据的处理。同时还具有很好的稳定性和抗干扰能力。在这个设计中，单片机承担了大量的工作任务，有效的使电路更加简便。并且调整更加方便，也能够兼顾其他的指标，降低了生产的成本。同时，此芯片作为一款拥有强大功能的平台，所以说具有良好的功能扩展性，拥有高精度、高稳定性、功能可扩张等特性，为仪器的后期的技术升级奠定基础，更能够满足市场需求。
1.3 国内外的相关技术
1.3.1 气压计技术概况
因为各种公司的竞争，使得气压计的精度也是越来越高。并且也不会只是单纯的拥有测压功能，还会携带测温、指南针、码表等等的其他功能。
目前各公司研究的胎压报警系统分为两种类型：间接式和直接式。间接式是通过汽车ABS的轮速和轮胎的力学模型，来计算出当前轮胎的胎压。直接式就是则是通过压力传感器测量胎压，并由无线调试将采集的数据发送至显示屏上，使得驾驶员能够实时监控当前四个轮胎的胎压。当胎压处于不稳定状态时，系统就会发出警报，确保车辆行驶的安全。根据市场反馈来看，直接式胎压警报系统为当前的主流系统。
在驾驶过程中，由胎压不正常所引发的爆胎情况是驾驶员难以预知的，具有很强的突发性。而引起爆胎或漏气的原因一般有如下5个：
（1）长时间高温工作
（2）轮胎压力过大
（3）轮胎使用寿命到期
（4）负荷超过限制
（5）行驶速度过快
为了使得行驶更加安全，必须使驾驶员能够实时监测轮胎的状态。为了避免以上情况的发生，本文所设计的气压计具有实时监测胎压值与温度的功能。
以此来提醒驾驶员，从而使驾驶跟家安全。
1.3.2 国内外相关技术
能够实时监测胎压避免爆胎已经成为了保障行驶安全的关键点，也是汽车行业所要研究的主要问题。在防爆胎预警系统的研究与开发上，英、美、德、法等国家在近几年都发展迅猛，研发出了功能与性能都十分完善的设备。从最近几年林肯、奔驰等中高端车都安装了胎压监测系统的情况来看，胎压监测系统的研发是十分有必要的。同时他们所安装的系统也都具有实时监测、实时显示的功能。
根据最近几年的中国市场调研情况来看，国内已经推出了爆胎预警系统，但是其性能仍不完善，只是一些简易系统。有如下几个缺点：
（1）普遍寿命较短
（2）高温环境下易失效
（3）可靠性低
反观那些功能完善的国外知名公司所生产的警报系统价格都比较昂贵。因此，我们就必须研发出一款性能可靠、功能完善且能够以一个国内消费者能接受的价格发行的爆胎预警系统，将此系统投放至市场来减少国内因爆胎所引发的交通事故。以此来保证驾驶员的安全。
1.4 本设计的侧重点
本设计的侧重点主要在于方案与硬件的选择，具体的就是系统中所包含的几个模块，以及如何选择气压传感器与A/D转换器，并且能够自动获取气压参数，最后就是对所测气压值进行显示。
目录
第一章绪论
1.1选题背景
1.2研究的意义
1.2国内外有关技术
第二章 系统总体设计
2.1 设计整体思想
2.2 系统总体结构
2.3 控制要求
第三章 硬件电路设计
3.1 主控电路
3.2 检测电路
3.3 电源与单片机电路部分
3.4 数码显示器的选择
3.5 三端稳压器的选择
第四章 软件部分设计
5.1 用频率计算出电压值
5.2 系统的初始化模块
5.3 系统主程序
5.4 程序主流程图
第五章 系统调试
总结
致谢
参考文献
互联网文库-《基于单片机控制的数字气压计的设计与实现》-2016
容杰-《汽车胎压监测系统与设计》-2016
熊雷-《基于单片机的胎压监测设计》-2016
张鑫-《基于单片机的小功率直流调速系统》-2016
闫乐-《智能数字气压计的设计》-2016
容杰-《汽车胎压监测系统与设计》-2016
袁源-《基于单片机控制的数字气压计的设计》-2016
袁源-《基于单片机控制的数字气压计的设计》-2016
孙梅-《嵌入式C语言编程方法研究》-2011
文炼聪-《基于单片机的数字气压计的设计》-2015
