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摘要:在嵌入式技術快速發展過程中,智能測量儀器被廣泛應用于工業生產以及人們日常生活領域。數字氣壓計在實際應用中,利用氣壓傳感器檢測環境中的壓力大小,便于實現對設備進行智能化的控制操作。數字氣壓計在氣象監測、礦產開采、科學實驗等環境中得到應用。為了提高數字氣壓計檢測的精確度,加強系統工作的穩定性與靈活性,本次課題圍繞數字氣壓計展開系統化的設計工作。通過XGZP6847A傳感器實現氣壓的檢測,并由ADC0832模數轉換器將數據輸入到AT89C51單片機,單片機根據檢測到的氣壓數據與限閾值進行判斷,如果超過閾值則控制蜂鳴器進行報警,及通過液晶進行顯示,并且通過HC06藍牙模塊傳輸數據給手機APP,方便用戶進行遠程監控。本設計除了對整個系統的原理構成和軟件程序進行設計,還通過Proteus仿真軟件進行功能仿真,并就仿真的功能進行測試,最終實現目標功能。
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關鍵詞:數字氣壓計;單片機;模數轉換;藍牙
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Design of digital barometer based on single chip microcomputer
Abstract: With the rapid development of embedded technology, intelligent measuring instruments are widely used in industrial production and people's daily life. In the practical application of digital barometer, the pressure sensor is used to detect the pressure in the environment, which is convenient to realize the intelligent control operation of the equipment. Digital barometer has been used in meteorological monitoring, mineral mining, scientific experiments and other environments. In order to improve the detection accuracy of digital barometer and strengthen the stability and flexibility of the system, this topic focuses on the systematic design of digital barometer. The xgzp6847a sensor is used to detect the air pressure, and the ADC0832 analog-to-digital converter is used to output the data to the AT89C51 single chip microcomputer. The single chip microcomputer judges according to the detected air pressure data and the threshold value. If the threshold value is exceeded, the buzzer is controlled to give an alarm and display through the liquid crystal, and the data is transmitted to the mobile phone app through the hc06 Bluetooth module, It is convenient for users to conduct remote monitoring. In addition to the principle composition and software program design of the whole system, the function simulation is carried out through proteus simulation software, and the simulation function is tested, and the target function is finally realized.
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Keywords: singlechip; Digital barometer; Analog to digital conversion; Bluetooth
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摘要: I
Abstract: II
1 緒論 1
1.1課題研究背景 1
1.2國內外發展現狀 2
1.3本文主要內容 2
2 系統總體設計 3
2.1功能設計 3
2.2方案設計 3
2.3關鍵器件選型 4
2.3.1主控制器選型 4
2.3.2顯示設備選型 4
2.3.3無線通信方案選型 5
3 系統硬件電路的設計 6
3.1單片機最小系統 6
3.2氣壓檢測模塊 7
3.3藍牙通信模塊 8
3.5液晶顯示模塊 9
3.6報警模塊 10
4 系統程序的設計 11
4.1軟件開發環境 11
4.2主程序設計 11
4.3顯示程序 12
4.4壓力檢測程序 13
4.5藍牙通信程序 14
5 仿真調試 16
5.1軟件調試 16
5.2仿真功能測試 17
結 論 19
參考文獻 20
致 謝 22
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1 緒論
1.1課題研究背景
在科研技術水平不斷發展過程中,電子測量技術飛速提升,給工業生產以及人們日常生活帶來便利。近年來,數字氣壓計技術已經迅速發展成為現代信息處理領域中一項非常重要的技術,并且發揮著不可替代的作用。在大氣環境監測過程中,氣壓作為重要的氣象參數,與風、雨、云、雪等天氣顯現有直接關系,不但對日常生活生產有重大影響,氣壓計作為氣象監測中的重要裝備,其工作的性質好壞還直接影響到氣象檢測系統工作的準確性。在軍事領域,氣壓作為戰場環境和軍事武器設備正常工作的重要條件,對于作戰環境的氣壓檢測是軍事戰斗獲勝的重要參考因素。在環境保護過程中,數字氣壓計可用于來衡量環境質量的好壞,便于管理者根據實際情況做出相對應的舉措,提高居住環境質量。在地質資源開發領域,尤其是煤礦資源的開采中,地下環境的實時氣壓環境的監測直接關系到工人的人身安全問題,對開采環境內部的氣壓進行監測,有助于為礦產企業提供數據參考,避免由于氣壓過低造成礦井坍塌的情況發生,氣壓檢測有助于確保工人的工作安全。綜上所述,氣壓的檢測對于科學實驗、工業生產、日常生活都會帶來巨大影響,因此本次基于單片機的數字氣壓計的設計研究具有重要的現實意義與理論價值。
傳統氣壓計的實現是通過物理方法實現,如水銀氣壓計,氣壓計在工作過程中要根據水銀到達的刻度來讀取氣壓值,可讀性不高,使用不具有普遍性。同時單一的測量氣壓值,無法實現檢測記錄的自動記錄,實用性較差。水銀氣壓計受環境、測量者等的影響較大,所測值不精確。隨著智能技術的發展以及實用性要求的提高,為了滿足應用要求,簡化氣壓計應用流程,提高其實用性,選擇單片機控制系統作為其控制核心,提高氣壓計的檢測精度,降低外部環境的干擾。同時嵌入式系統的應用能夠集成氣壓計設備,減小體積,便于攜帶。本次基于單片機的數字氣壓計設計能夠提高系統應用的性價比,提升設備應用的智能化,因此具有重要的意義。
1.2國內外發展現狀
根據測壓原理的不同,氣壓傳感器可以分多種,其精度、外形以及適用范圍等都不盡相同,主要有硅諧振式、硅電容式以及硅壓阻式等。硅諧振式氣壓傳感器可通過檢驗物體自身頻率以測量氣壓,這一測量過程可對外提供數字輸出,它的精度隨機械性能變化,為此可得到信噪比高、抗干擾的測量體驗。這種氣壓傳感器國外己經研究二十余年,有比較成熟的技術。硅電容式氣壓傳感器通過電容式測量原理實現氣壓測量。它具有多項優勢,如簡單的結構,高靈敏度、高分辨率、大動態等優良性能以及非接觸的使用場景等,例如中石化蘭州公司的在許多不同項目中分別使用了多種不同系列的硅電容式氣壓傳感器。硅壓阻式氣壓傳感器的基本工作原理是利用壓阻效應將氣壓值轉換為電阻值,通過測量由電阻變化產生的電壓即可得知待測氣壓的大小,硅壓阻式氣壓傳感器同樣具有較高的靈敏度及穩定性,動態響應也較好,而且具有較小的尺寸,十分有利于向集成化、智能化的方向發展,ROHM公司開發了BM1383GLU氣壓傳感器。該傳感器通過MEMS工藝,實現低功耗低噪聲的集成電路,并通過獨特的校正算法,完成不同溫度下氣壓測量的校正,可以檢測高精度的大氣壓信息。
現在基于各種智能傳感器的氣壓計層出不窮,用單片機控制能夠顯示出其優勢。檢測儀器的多功能和各種特點能夠適應許多場合的使用,大大的滿足了人們的需要。因此,傳感器的發展對氣壓計的發展起決定性的作用。
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1.3本文主要內容
? ? 本次基于單片機的數字氣壓計設計,主要針對氣壓檢測,無線傳輸等展開,并以此和基礎完成了電路,程序的設計。在章節安排上,主要分為五章,第一章是針對課題基于單片機的數字氣壓計的背景和研究狀況進行分析;第二章是對控制器核心器件的選型及系統功能方案溝通的規劃;第三章是對關鍵的硬件電路進行分析,如無線傳輸模塊,氣壓檢測模塊等硬件電路;第四章是對開發平臺,主程序以及各個子程序的設計流程進行分析;第五章則是實物制作的調試過程,分析在軟件制作和仿真調試過程中遇到的問題,測試的結果等等。?
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2 系統總體設計
2.1功能設計
? ? ?數字氣壓計作為一種測量設備其可以應用在多場場合,如工業產品制作,戶外運動等等,本次基于基于單片機的數字氣壓計在功能上設計如下:
具有氣壓檢測功能;
當檢測到的氣壓數字低于下限或者超過上限時,通過蜂鳴器進行報警提醒,以便用戶及時進行處理;
檢測到的氣壓數據可以通過無線的方式傳輸到手機APP,方便用戶實現遠程監測的功能;
具有顯示功能,可以顯示監測的氣壓數據。
2.2方案設計
經過對設計功能的分析后,本次設計的數字氣壓計其系統總體結構如圖2-1所示,在此通過XGZP6847A傳感器實現氣壓的檢測,而由于其是模擬量進行輸出,因此配合ADC0832模數轉換器將模擬數據變為數據量輸出到AT89C51單片機,單片機根據檢測到的氣壓數據與上下限閾值進行判斷,如果超過閾值則控制蜂鳴器進行報警,及通過液晶進行顯示,并且通過HC06藍牙模塊傳輸數據給手機APP,方便用戶進行遠程監控。
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圖2-1 系統總體結構
2.3關鍵器件選型
2.3.1主控制器選型
方案一:選用AT89C51作為系統主控制器的方案選型,AT89C51單片機設計時間長,設計成本較低,AT89C51單片機集成了Flash數據存儲,串口通信,定時器等多種功能,方便用戶進行使用,目前很多高校都針對該型號的單片機進行教學,具有非常重要的參考意義。該單片機,支持C語言和匯編語言兩種方式進行程序的編寫,其執行效率高,并且具有加密功能。
方案二: 選擇MSP430型號的處理器作為系統的主控制器。MSP430在結構上是采用16位數據進行系統處理工作。從實際應用水平上來看,此種類型的處理器系統指令簡單,可操作性強,系統設計人員在應用過程中操作便捷。處理器內部操作指令較多,擁有多種操作方案,便于設計系統進行實際控制工作。控制器系統內部設有存儲功能,能夠保證系統程序運行的穩定性。MSP430處理器在查表算法的過程中具有優勢,能夠保證代碼設計工作的規范以及系統設計的完整性。
通過對以上分析,MSP430單片機的性能更好,但是價格昂貴,而AT89C51單片機雖然性能較弱但是可以滿足很多低端場合,而本次設計對處理器要求不高,因此選用方案一中的AT89C51單片機作為系統主控制器的方案選擇。
2.3.2顯示設備選型
方案一:采用LED數碼管來顯示數據的輸出顯示,數碼管可以通過任意編寫,在系統程序的控制之下同時進行多個數據的顯示工作。在實際應用中數碼管顯示具有價格優勢,同時設備具有節能環保、操作便利、使用壽命長等特點,因此數碼管上手簡單,可操作性強,得到了廣泛的應用。但是數碼管用于顯示存在著信息量顯示較少的劣勢,因此無法應用于信息量較大的輸出顯示的場合。
方案二:采用LCD液晶來對系統內部數據進行輸出顯示,LCD液晶顯示屬于字符型的液晶顯示模塊,可以用來直接顯示數字、字母等。使用簡單、成本較低,整體應用過程中,顯示效果質量較高,通過數字接口就可以完成與單片機的連接,應用功耗低、體積小。
通過對比兩種顯示模塊的方案設計,考慮到此次設計中需要顯示的信息量較多,因此選用方案二來作為此次設計的顯示模塊的選擇。
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2.3.3無線通信方案選型
方案一:采用HC05模塊,通過藍牙通信的方式來完成數據的無線通信。藍牙通信是一種近距離的無線通信方式,在頻段上其采用2.4GHZ波段,在通信協議上其經歷過多個版本的升級,其通信速度也越來越快,目前目前常用的是藍牙4.0版本,不僅提升了速度,還降低了功耗,藍牙通信是一種點對點的通信方式,通常只可以實現兩個設備的對接通信,無法進行多個設備之間的數據傳輸,因此其應用場合受到一定程度的限制,目前在車載控制器等場合應用比較廣泛。?
方案二:采用GSM通信方式,GSM通信是采用的移動或者電信等運營商的公用網絡,這種通信方式其最大的好處就是幾乎不需要考慮信號的強弱問題,基本在國內任何地方都可以進行使用,只是由于采用了公用通信網絡因此需要采用SIM手機卡,考慮到費用問題,因此這種方式主要適合流量使用不多的場合,。
經過對比分析,GSM通信方式由于需要消耗流量,因此更加適合于不需要經常觀察的狀況,不適合本次設計,因此在此選擇方案一藍牙通信方案。
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3 系統硬件電路的設計
3.1單片機最小系統
本次單片機的數字氣壓計其主控制器采用的是AT89C51單片機,單片機技術作為工業自動化的核心已經被廣泛應用于工業生產的各個模塊。在儀器儀表生產領域,單片機憑借其低功耗、體積小、擴展性強的優勢,被廣泛應用于儀器儀表這一有限空間的設計安裝中。單片機可以根據實際設計需求與不同類型的傳感器進行結合,以此來實現各個不同物理量的檢測要求,實現儀器儀表智能化的設計需求。在電器生產領域,單片機被應用于我們日常生活中所會應用到的各種家用電器,例如電冰箱、洗衣機、電視機等。如圖3-1所示:
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圖3-1 單片機最小系統圖
單片機小系統通常包括晶振和復位電路,對于晶振的選擇,首先需要考慮到晶振的類型,一般晶振分為有源晶振和無源晶振,有源的是指需要電源供電的晶振,這種晶振在供電后會直接輸出固定的頻率給到控制器,這種方式穩定性高但是價格也貴,通常是應用在高頻場合。而無源的則不需要供電,會結合單片機內部的電路來共同產生一個震蕩頻率,在AT89C51單片機中,采用的是無源晶振的方式,并且在晶體的頻率上,選擇的是12MHZ,并且匹配了兩個pF級別的小電容來增強系統的穩定性。對于單片機來說,晶振頻率的大小與其程序運行的速度是正相關的,如本次選擇的12MHZ晶振,在經過其內部進行12分頻后,其運行一條單周期指令需要的用時大概就是1us,因此這也就限制了他的應用范圍,如果需要應用的場合需要高速數據,那么其就無法滿足,但是在本次設計中,處理的數據并不是高速的,所以采用12MHZ的晶振可以滿足使用需求,其電路如圖所示。
在完成對晶振電路的設計之后,單片機的復位電路也需要進行設計,所謂復位是指,讓單片機重新運行整個系統。對于復位包括上電復位和按鍵復位兩種形式,對于上電復位是指,當整個系統上電時,會自動進行復位,使得程序重新開始運行。而這么做的目的就是,單片機在上電的初期,由于供電不足可能導致程序運行錯亂,所以在上電時,通過電容延時,使得RST管腳進行復位使得單片機自動重新運行程序,從而保障程序的正常運轉。而按鍵復位,則是預留人工復位的方式,當用戶按下按鍵時,單片機的RST管腳會被拉高,從而使得單片機進入復位狀態,當用戶按鍵松開時,RST管腳變低,從而程序繼續運行。
3.2氣壓檢測模塊
對于氣壓的采集,在此采用的是XGZP6847A傳感器,該傳感器在氣壓的檢測范圍上可以檢測0-200KPA的壓力,支持5V供電,接口簡單,當其檢測到氣壓后會通過內部的處理電路進行轉換,然后輸出模擬電壓。
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圖3-2 氣壓檢測電路圖?
由于氣壓傳感器輸出的是模擬電壓,而在本次設計中,采用的是AT89C51單片機,該單片機并沒有內嵌了模數轉換器,因此需要選擇外部的ADC模數轉換器,通過參考網絡資源在此選擇了ADC0832芯片,該芯片是一款8位精度的低成本,低功耗的模數轉換器,其采用串行的數據輸出方式,單片機只需要三根線與其CLK,CS,DI進行連接,就可以獲取模擬量數據。整個ADC0832芯片一共具有8個引腳,采用5V進行供電,其轉換速率高達250KHZ,功耗低至10mW,并且具有CH0和CH1兩路模擬數據輸入功能,需要注意的是,這兩路輸入數據的電壓大小應當小于ADC0832的供電電源,否則可能造成芯片的損壞,在控制上需要注意的是,單片機讀取速度不能太快,否則ADC0832會來不及轉換,這樣會造成數據的錯誤。單片機在獲得正確數據量后,再將其進行換算就可以得到檢測到的模擬量電壓值。
3.3藍牙通信模塊
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圖3-3 藍牙通信電路圖?
本設計中引入了藍牙通信的方式,將檢測到的氣壓傳輸到手機APP。藍牙通信是無線通信傳輸中的一種,這種通信方式其通信線路鏈接簡單,成本低,傳輸速率可以達到幾十Mbps,通信距離一般是幾十米,因此其是短距離無線通信中常用的手段。藍牙通信協議也經過多次升級,從藍牙2.0一直到目前最新的藍牙5.2,不斷的進行了協議內容的擴充和性能的優化,本次采用的HC06藍牙模塊,其采用BC417芯片作為核心通信芯片,支持藍牙多種協議規則,其已經在市場上廣泛使用,其低成本高可靠性的特性已經得到了市場認可,并且在數據傳輸的過程中,該模塊會自動為數據進行加密,保證數據在傳輸過程中的安全性。同時,HC06藍牙模塊在設計時,考慮到高頻信號傳輸的特性,還設計了板載天線用來加強藍牙信號的傳輸和接收強度,并通過配套電路優化回路中的阻抗,以濾除不必要的雜波和干擾。在使用HC06藍牙模塊時,主要是通過單片機的串口與HC06的RXD和TXD引腳連接,單片機通過設置串口的波特率,停止位等信息來啟動串口,接著按照HC06模塊的數據手冊發送AT指令給藍牙模塊,以便HC06模塊將數據無線發送出去。其模塊圖如圖所示。?
? 3.5液晶顯示模塊
本次系統設計過程中,需要實現氣壓參數的顯示,因此必須設計相應的顯示電路,而針對顯示電路的設計,首先需要明確的就是顯示設備的選擇。常用來說顯示設備有數碼管,LCD,TFT等多種形式,其各自有相應的特點,如數碼管價格便宜但是顯示信息少,TFT顯示信息豐富但是價格又昂貴,因此在顯示器的選擇中需要考慮多種的因數。本次選擇的是LCD1602液晶顯示器,其采用的是液晶顯示原理來完成信息的顯示,液晶是一種特殊的物質,在通過人為的劃分區域后,對其施加固定的電壓器相應的部分就會發生顏色的變化,因此也就實現了基礎的液晶顯示功能。? ?
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圖3-3 LCD液晶電路圖
? 在本次設計中,采用的是LCD1602液晶模塊,因此單片機并不需要直接去控制液晶本身,只需要完成對液晶模塊的控制就行。在顯示效果上,其可以實現2行16列的數據顯示,在數據中因為其集成了自帶的庫,因此主要是可以顯示自帶的阿拉伯數字,英文以及部分特殊字符。該LCD液晶模塊對外接口一共有16個管腳,這16個管腳包括了顯示數據通信管腳D0-D7,控制管腳RW,RW,EN,背光供電管腳A,K,電源供電管腳VCC,GND,對比度調節管腳VO。其電源供電主要采用的是3-5V進行供電,尤其需要注意的是,其對比度調節VO必須調節到合適的位置,否則無法正常顯示數據信息,所以通常會采用可調電阻分壓的形式來進行該部分電路的設計,以便客戶進行調節。所以在電路設計中,需要分別對各個引腳的電路進行連接,其電路如圖所示。
? 3.6報警模塊
根據功能要求,當檢測到氣壓超過閾值時需要進行報警,因此在采用了蜂鳴器來完成報警電路的設計。對于蜂鳴器,其也是一種通過振動的原理來發出聲音的器件,只需要給其一定的電流就可以發出對應的聲音,但是需要注意的是,蜂鳴器在類型上分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器兩種。對于前者,有源蜂鳴器只需要通電就可以直接發出聲音,而后者無源的,則必須采用震蕩驅動的方式才能使其發出聲音,因此為了簡化設計,在此采用的是有源蜂鳴器。同時由于蜂鳴器在驅動時需要較大的電流,而單片機IO管腳輸出的高低電平,其電流輸出能力是無法滿足蜂鳴器的要求的,所以需要設計相應的驅動電路,其電路如圖所示,單片機通過P20管腳實現對蜂鳴器報警模塊的控制。
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圖3-4蜂鳴器報警電路圖
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4 系統程序的設計
4.1軟件開發環境
在數字氣壓計設計過程中,軟件程序的編寫工作能夠保證系統工作穩定,系統實際運行過程中得到可靠保證。這就要求整體設計程序需要結構清晰,架構合理,各個模塊的實際功能運行正常,同時在函數設計過程中需要簡化設計語言,便于系統在后期進行維護工作。本次基于單片機的數字氣壓計系統的設計過程中,采用的是KEIL軟件開發設計平臺,這一軟件能夠適用于各種微控制器進行軟件開發的環境,受到了嵌入式工程師以及應用人員的認可。KEIL開發工具是由德國軟件公司KEIL進行開發的,目前被ARM公司收購、目前從實際應用上來看,KEIL能夠針對各種不同類型的嵌入式處理器進行軟件開發,在學習和應用過程中較為簡單,能夠為研發人員提供整潔且高效的開發環境。
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圖4-1 KEIL界面圖
4.2主程序設計
數字氣壓計程序啟動后就會進入主函數main(),接著完成各個變量和參數的初始化設置,然后進行藍牙連接和啟動ADC轉換進行氣壓檢測,如果壓力異常則進行蜂鳴器報警提醒,并通過藍牙上傳數據和刷新液晶進行顯示,其流程如圖4-2所示。
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圖4-2主程序流程圖
4.3顯示程序
在此采用的液晶型號是LCD1602,其控制引腳包括了8位數據引腳D0-D7和3個指令引腳,編寫程序時主要就是實現對這些引腳的控制,首先初始化整個液晶的當前狀態,然后寫入配置指令,再寫入需要顯示的數據,寫完后再接著寫入下一個信息,如此往復,直到把所有需要顯示的信息全部寫完,其具體流程如下。
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圖4-3 LCD顯示程序流程圖
4.4壓力檢測程序
? ? 本次采用的XGZP6847A傳感器,將其檢測到的氣壓轉為為模擬量電壓進行輸出,而單片機通過檢測該模擬電壓大小來得到氣壓大小。在此采用的是ADC0832芯片實現模擬量到數字量的轉換,在軟件編寫時,單片機首先配置需要檢測的通道,然后讀取兩個字節數據并完成數據的校正,接著將檢測到的數據送入寄存器,并將數字量數據轉換成目標值,其流程如下。?
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圖4-4壓力檢測流程圖
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4.5藍牙通信程序
本系統具有藍牙遠程通信功能,對于該部分藍牙通信其硬件是采用的HC-05通信模塊,因此單片機的軟件程序編寫也就是針對該模塊就行,該模塊其內部已經集成了藍牙通信相關的底層文件,并且提供了串口控制功能,單片機控制器只需要通過串口將需要控制的命令發送到藍牙模塊,藍牙模塊就會自動發出信息,其具體流程如圖所示,首先配置藍牙模塊的通信方式,賬戶名字和密碼等基礎信息,然后建立藍牙通信進行數據的上傳和接收。?
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圖4-5 藍牙通信流程圖
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5 仿真調試
5.1軟件調試
在經過數字氣壓計的硬件設計后就要開始軟件程序調試,在開始設計時主要是對一些簡單的功能模塊進行程序編寫,尤其是人機交互模塊,這樣方便后續進行調試。在完成編寫后,通過平臺的編譯系統進行編譯,并根據提示進行軟件程序的修改,直到整個程序沒有在KEIL軟件上進行報錯。然后通過JTAG或者串口下載器將編譯生成的HEX文件下載到單片機中,首次程序下載可以選擇簡單的程序,以便進行程序功能的基礎性判斷,隨后逐漸增加程序,來完成整體系統的功能設計。在程序下載完成之后需要及時進行功能調試,可以利用在線調試系統來觀察單片機內部寄存器的狀態或者執行單步運行,更加有助于找到問題點,以便快速解決問題。如圖5-1所示為通過工具欄的DEBUG選項來進入,進行在線調試。?
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圖5-1調試頁面
系統進入后,在菜單欄中選擇需要檢測的數據變量以及寄存器值的監測,通過工具欄上的按鈕還可以執行單步,跳出循環等多種方式的執行操作,方便設計人員進行調試。 如圖5.3所示是對變量監控watch窗口,該窗口可以輸入需要監控的變量名就可以對監控的任意變量進行觀察,通過運行程序就可以通過該窗口來觀察變量值在程序過程中的變化,以此來驗證程序功能。??
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圖5-2watch監控頁面
在經過多輪的程序調試完成所有的系統功能之后,就可以通過Keil軟件來產生最終的HEX文件,將該文件下載入單片機就完成了軟件的設計和調試。?
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5.2仿真功能測試
在此通過Proteus平臺完成仿真模型的搭建,并將編寫完成后的程序生成HEX文件導入進去,如圖5-3是上電運行后的仿真效果圖,LCD液晶的第一行顯示了當前氣壓是46,第二行顯示的是設置的報警閾值50,由于低于閾值因此蜂鳴器沒有報警。?
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圖5-3 仿真測試圖一
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在此通過調整壓力傳感器,將氣壓調整到54,由于其已經超過了閾值所以蜂鳴器進行了報警,其效果 如圖5-4所示。
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圖5-4仿真測試圖二
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結 論
此次基于單片機的數字氣壓計的設計是大學期間最后一次課程,對于學生來說非常重要,其可以培養學生獨立思考,找到問題,發現問題,解決問題的能力的一次課程。在此次設計中,主要通過XGZP6847A傳感器實現氣壓的檢測,并配合ADC0832模數轉換器將數據輸出到AT89C51單片機,單片機根據檢測到的氣壓數據與限閾值進行判斷,如果超過閾值則控制蜂鳴器進行報警,及通過液晶進行顯示,并且通過HC06藍牙模塊傳輸數據給手機APP,方便用戶進行遠程監控。
全文詳細介紹了整個系統的硬件設計流程,軟件設計流程,同時通過制作仿真完成了整個系統的設計。通過仿真的功能測試,此次基于單片機的數字氣壓計滿足實際設計目的。但是系統設計依舊存在一些缺陷,可以進一步改進的地方,如加入新的功能,檢測新的環境變量,例如海拔、GPS坐標等等。在系統設計中可加入語音識別模塊,提高人機交互的功能,提高系統應用的可行性。
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參考文獻
[1]劉洪濤,胡建平,蒲曉勇.數字氣壓計標準裝置的穩定性研究[J].計量與測試技術,2021,48(05):12-14.
[2]唐衛斌.基于嵌入式系統的汽車輪胎氣壓強度信號監控研究[J].環境技術,2020,38(03):158-162.
[3]楊佳現. 基于智能手機多傳感器融合技術的人體活動識別研究[D].北京工業大學,2020.
[4]楊濤.輪胎氣壓檢測報警系統設計[J].湖北農機化,2020(01):130.
[5]宋江明,何英昊.基于單片機的多功能氣壓計設計及實現[J].電子測試,2020(01):20-22.
[6]高楊.基于單片機的氣壓溫度感知系統研究[J].西藏科技,2019(10):64-67.
[7]史記征,梁晶.基于51單片機的數字氣壓計系統設計[J].電腦編程技巧與維護,2019(05):30-31.
[8]王然升.基于MPX4115數字氣壓計的仿真實現[J].電子制作,2019(09):85-86.
[9]張國強,諶炎輝,張茂盛.基于單片機的便攜式高度測量儀的設計[J].現代電子技術,2018,41(22):75-78.
[10]盧彥霖. 氣壓計融合WiFi樓層定位算法研究[D].江西師范大學,2018.
[11]馬玉瓊.基于單片機的氣壓檢測系統的設計[J].滄州師范學院學報,2018,34(01):34-37.
[12]曹萬丹.智能數字氣壓計的優化設計[D].武漢科技大學,2019.
[13]付承彪,田安紅,朱怡婷.基于壓力傳感器的數字胎壓計系統設計[J].實驗室研究與探索,2017,36(06):51-54.
[14]王晶晶.基于單片機技術的礦用氣壓測定儀的設計[J].能源與節能,2017(04):172-173.
[15]劉英男,綦聲波,吳學英.海洋氣象觀測用低功耗智能型氣壓傳感器設計[J].自動化儀表,2019,37(01):96-99.
[16]朱葉.基于單片機控制的數字氣壓計的設計[J].現代電子技術,2020,38(16):100-102.
[17]劉淑波,張園,隋先輝,高松,史新鵬.基于Proteus的氣壓報警系統設計[J].電子設計工程,2017,23(08):100-102.
[18]王育華,吳曉男,于進勇.基于單片機的氣壓式高度表的設計[J].儀表技術,2018(08):13-15.
[19]龍婉藝.基于無線傳輸的數字式大氣壓計的設計[D].沈陽工業大學,2019.
[20]Won Myounggyu,Mishra Ashutosh,Son Sang H.. HybridBaro: Mining Driving Routes Using Barometer Sensor of Smartphone[J]. IEEE Sensors Journal,2017,17(19):15-16.
致 謝
不經意間,四年的學習生涯即將畫上句號。回收往日時光,點滴在心。在大學四年時間中,不僅僅學習到了專業知識,同時也教會了我為人處世的道理,學會溝通與合作。四年時光既有與朋友們相處的快樂時光,同時也有認真學習的拼搏回憶,這無疑是我生命中最為絢爛的,難以忘懷的美好回憶。學習生涯沒有盡頭,可是有幸遇見老師與同學。感謝老師的辛勤指導與建議,對我學習生活中提供了重要的幫助,老師讓我學習到了認真對待每一件事的專業態度,持之以恒的工作信念,這對我之后的人生也具有重要啟迪意義。感謝我的朋友與同學,生活中我們相互鼓勵,學習中我們互相督促,我們一起奮斗一起感受生活的美好。四年的生活因為你們的陪伴變得多彩,平淡的生活也充滿溫暖與陽光,我收獲到了真正的友誼,未來的人生路上我們也一定會攜手同行。最后要對我的父母說聲感謝,你們的默默支持,辛苦付出是我求學過程中最堅強的后盾,謝謝你們。最后尤其要感謝的是我的父母,你們的默默支持,無微不至的關懷是我學習中最堅強的動力,我會以自己的實際行動好好工作以此來報答你們的辛勤付出。未來長途漫漫,我會一步一個腳印,努力工作,不辜負支持我的每一個人。
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