數(shù)字氣壓計(jì)是利用壓敏元件將待測(cè)氣壓直接變換為容易檢測(cè)、傳輸?shù)碾娏骰螂妷盒盘?hào)，然后再經(jīng)過(guò)后續(xù)電路處理并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示的常規(guī)設(shè)備。目前，數(shù)字氣壓計(jì)大量應(yīng)用于氣象、軍事、航海和航空、工礦企業(yè)，野外作業(yè)以及消費(fèi)類電子產(chǎn)品等方面，需求極為廣泛。

常見(jiàn)的水銀氣壓計(jì)和酒精氣壓計(jì)體積大，精度低，攜帶不便且易損壞，因此，數(shù)字氣壓計(jì)逐漸成為研究熱點(diǎn)。普通的數(shù)字氣壓計(jì)大都選單片機(jī)為主控芯片，將普通壓力傳感器采集的氣壓信息輸入A/D轉(zhuǎn)換器(模/數(shù)轉(zhuǎn)換器)，再經(jīng)單片機(jī)控制將氣壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并在顯示屏上進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。此方案設(shè)計(jì)過(guò)程繁瑣，電路復(fù)雜，成本高，功耗大。此外，很多應(yīng)用領(lǐng)域在測(cè)量氣壓值的同時(shí)也會(huì)關(guān)注環(huán)境溫度，因此，具有同時(shí)檢測(cè)氣壓和溫度指標(biāo)的氣壓計(jì)具有廣泛需求。鑒于此，本文設(shè)計(jì)了一種能同時(shí)測(cè)量氣壓和溫度指標(biāo)的數(shù)字氣壓計(jì)，并采用數(shù)字氣壓傳感器BMP085制作電路，獲得了滿意的測(cè)試結(jié)果。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)硬件系統(tǒng)由氣壓和溫度采集模塊，單片機(jī)主控制模塊和液晶顯示模塊構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

氣壓和溫度信息采集分別由BMP085芯片和DS18B20芯片完成，而主控芯片采用單片機(jī)STC12C5A60S2，經(jīng)過(guò)處理后的結(jié)果由液晶顯示模塊NOKIA5110進(jìn)行顯示。

主控制模塊負(fù)責(zé)信息采集與傳送，數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，設(shè)備驅(qū)動(dòng)更新等工作。本數(shù)字氣壓計(jì)選用STC12C5A60S2作為主控制芯片，該芯片是具有A/D轉(zhuǎn)換功能的新一代8051單片機(jī)，其片內(nèi)的具有大容量程序存儲(chǔ)器且是FLASH工藝的，用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫(xiě)。STC系列單片機(jī)支持串口程序燒寫(xiě)。這種單片機(jī)對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備的要求很低，開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。且STC12C5A60S2的指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍。此外，還具有寬電壓供電，低功耗，超強(qiáng)抗干擾等特點(diǎn)。最主要的是此芯片售價(jià)與傳統(tǒng)51相當(dāng)，且供貨充足，性價(jià)比很高。

氣壓采集模塊采用德國(guó)BOSCH公司的基于MEMS的BMP085數(shù)字氣壓傳感器。該芯片主要由電阻式壓力傳感器、AD轉(zhuǎn)換器以及控制單元構(gòu)成，而控制單元?jiǎng)t主要涵蓋E2PROM與I2C接口。該芯片采用I2C協(xié)議進(jìn)行通訊，系統(tǒng)通過(guò)I2C接口直接接在處理器上，微控制器發(fā)送開(kāi)始信號(hào)后進(jìn)行壓力測(cè)量，數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換時(shí)間器直接通過(guò)I2C接口讀出，但BMP085傳送的是未經(jīng)補(bǔ)償?shù)臄?shù)值，需用到E2PROM中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。此外，該芯片采用1.8V～3.6 V供電電壓，適用的氣壓范圍從300 hPa到1100 hPa(分別對(duì)應(yīng)海拔9 000 m和-500 m)，內(nèi)含一個(gè)溫度測(cè)量功能，采用IIC協(xié)議通信。BMP085具備低功耗、低電壓的電學(xué)特性，使其非常適用于戶外裝備。此外，該芯片是基于壓阻效應(yīng)技術(shù)的，具有穩(wěn)定的電磁兼容性、高精度、線性性以及穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。

溫度采集模塊DS18B20芯片具有采集精確，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，與單片機(jī)采用獨(dú)特的單線接口通信模式，因?yàn)橹皇褂昧艘粭l總線進(jìn)行通訊，占用極少的I/O口資源，使得其可以輕松地組建成傳感器網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，該芯片從通信線上獲取能量，消除了對(duì)外部電源的依賴。總的來(lái)說(shuō)，DS18B20應(yīng)用在數(shù)字氣壓計(jì)中，能準(zhǔn)確獲取當(dāng)前環(huán)境溫度信息，既實(shí)現(xiàn)了便捷通信又節(jié)約了單片機(jī)硬件資源。此外，本設(shè)計(jì)還充分利用了它的一個(gè)由高低電平觸發(fā)的不因電源消失而改變的報(bào)警功能，這個(gè)報(bào)警功能可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)，為驗(yàn)證此功能，本設(shè)計(jì)特地設(shè)定了一個(gè)34℃的上限報(bào)警溫度。

為節(jié)約成本，本數(shù)字氣壓計(jì)顯示模塊選用穩(wěn)定而廉價(jià)的液晶顯示屏NOKIA5110。84x48的點(diǎn)陣LCD，能顯示4行漢字，用串行接口與主處理器進(jìn)行通信，使得包括電源和接地在

內(nèi)的信號(hào)線減為9條。此外，NOKIA5110采用低壓供電，降低了系統(tǒng)功耗。

另外，電源接入模塊，本系統(tǒng)采用5 V直流供電，電源接入經(jīng)電容濾波，通過(guò)AS1117—3.3 V后產(chǎn)生3.3 V電壓供液晶使用。由于系統(tǒng)功耗較低，故沒(méi)有選開(kāi)關(guān)電源作為系統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換方案，而選擇外圍電路簡(jiǎn)單，更低噪聲的線性穩(wěn)壓芯片AS1117-3.3 V。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 主程序部分

主程序設(shè)計(jì)部分主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化、任務(wù)的切換以及實(shí)現(xiàn)不同模塊間的參數(shù)傳遞。包括的主要程序有：液晶初始化程序LCD5510_Init()，液晶清屏程序LCD_clr_scr()，系統(tǒng)時(shí)鐘初始化程序init_T0()，中斷任務(wù)程序IntT0() interrupt 1，環(huán)境溫度讀取程序Read Temperature ()，環(huán)境氣壓讀取程序BMP085ReadPressure()，顯示緩存更新程序Up_DESP(Desk1，AirPress，Temperature)，液晶顯示程序LCD_prints(0，0，Desk1)。主要參數(shù)有：氣壓變量AirPress，溫度Temperature。其工作主要框圖如2所示。

2.2 功能模塊程序

單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘配置可通過(guò)配置定時(shí)器，產(chǎn)生固定時(shí)間的任務(wù)執(zhí)行信號(hào)，通過(guò)這個(gè)信號(hào)對(duì)任務(wù)執(zhí)行進(jìn)行有效的安排，更加有效與有序的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。定時(shí)器0采用方式2工作，且TL0和TH0均設(shè)置為-250，即250個(gè)時(shí)鐘脈沖進(jìn)入一次中斷程序，對(duì)任務(wù)進(jìn)行一次動(dòng)作。

顯示更新的實(shí)現(xiàn)可通過(guò)建立顯示更新緩存，使顯示更加模塊化與高效。在RAM中建立Desk1[30]區(qū)間，并定時(shí)將需要顯示的信息經(jīng)過(guò)十進(jìn)制轉(zhuǎn)化后寫(xiě)到該區(qū)域，并定時(shí)用該區(qū)域的信息去更新液晶，最終實(shí)現(xiàn)顯示的流程。

氣壓采集與溫度采集的驅(qū)動(dòng)程序都主要實(shí)現(xiàn)通信的建立，數(shù)據(jù)的交換，單位的換算等功能。

3 測(cè)試結(jié)果及分析

在25～34.5℃溫度范圍環(huán)境下，利用塑料袋擠壓改變氣壓測(cè)試范圍為101～110 Kpa。采用與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)氣壓計(jì)比對(duì)的方法，對(duì)本數(shù)字氣壓計(jì)進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果如下表1所示。

根據(jù)設(shè)計(jì)制作，本設(shè)計(jì)可測(cè)試溫度范圍為0～150℃。氣壓可測(cè)試范圍為30～110 Kpa。據(jù)測(cè)試結(jié)果可知，在溫度和氣壓測(cè)試范圍內(nèi)，溫度測(cè)試精度為1%，氣壓測(cè)試精度滿足0.1%的指標(biāo)。

測(cè)試效果圖如圖3所示，圖中液晶顯示第一行P顯示當(dāng)前氣壓信息，圖中讀數(shù)為4.032 5 B，表示環(huán)境大氣壓為4.032 5倍標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即約為400 kPa。第二行T顯示當(dāng)前溫度信息，圖中讀數(shù)為25.8C，表示環(huán)境溫度為25.8℃。第三行status on表示系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，另外，為驗(yàn)證此功能，程序設(shè)置在環(huán)境溫度達(dá)到34.0℃時(shí)，氣壓測(cè)量關(guān)閉，溫度下降至低于34.0℃時(shí)，氣壓采集重新開(kāi)啟，所以圖中環(huán)境溫度為25.8℃，氣壓采集開(kāi)啟。

4 結(jié)束語(yǔ)

測(cè)試結(jié)果表明，基于BMP085的數(shù)字氣壓計(jì)測(cè)量穩(wěn)定性好，精確度高，同時(shí)具備氣壓和溫度測(cè)試功能，且實(shí)現(xiàn)了溫度測(cè)試范圍的告警功能。本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了現(xiàn)有普通數(shù)字氣壓結(jié)

構(gòu)，具有低功耗，小型化，低成本，測(cè)試精準(zhǔn)等特點(diǎn)，滿足廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合要求，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用前景廣闊。