基于單片機(jī)的氣壓式高度計(jì)設(shè)計(jì)

雖然測量范圍內(nèi)指示空速是大氣動(dòng)壓的單值函數(shù)，但其函數(shù)關(guān)系式比較復(fù)雜，若由式(1)、(2)由單片機(jī)直接計(jì)算，要使用浮點(diǎn)運(yùn)算，會(huì)占用較多的計(jì)算機(jī)資源。該設(shè)計(jì)選定線性插值方法來計(jì)算指示空速。用一個(gè)簡單易實(shí)現(xiàn)的線性函數(shù)代替原復(fù)雜函數(shù)，即：y=yi+ki(x-xi)。式中：yi，xi，ki分別代表第i個(gè)插值點(diǎn)氣壓高度值、大氣靜壓值和插值線段的斜率。插值點(diǎn)的個(gè)數(shù)可由線性插值法的誤差公式確定：

式中：M=max(f(x))；δ為計(jì)算精度。根據(jù)系統(tǒng)要求的計(jì)算精度δ，求出步長h=xi+1-xi，得出曲線插值的分段段數(shù)n=60。預(yù)先計(jì)算各插值點(diǎn)相應(yīng)的氣壓高度值、大氣靜壓值和插值線段的斜率，把校正點(diǎn)的數(shù)據(jù)求出，按照一定的規(guī)律構(gòu)成表格存放在單片機(jī)的內(nèi)部ROM中。采集到的數(shù)據(jù)，先與校正點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較找到數(shù)據(jù)所在的分段，然后將該分段對應(yīng)的yi，xi，ki代入分段插值公式中計(jì)算，即可解算出氣壓高度值。這樣可在保證精度的前提下提高采樣頻率。
C8051F353單片機(jī)內(nèi)部設(shè)有溫度傳感器，溫度傳感器系統(tǒng)由兩個(gè)溫度特性不同的二極管和兩個(gè)恒流源組成。兩個(gè)通道通過ADC的模擬多路選擇器連接到ADC的輸入端。溫度傳感器系統(tǒng)，工作在差分方式。本文利用C8051F353單片機(jī)內(nèi)部的溫度傳感器對溫度進(jìn)行采樣，對傳感器的輸出進(jìn)行修正，以進(jìn)一步提高輸出精度。
根據(jù)壓阻式壓力傳感器原理，所測壓力大小P與傳感器輸出電壓U是線性關(guān)系。即兩個(gè)參數(shù)關(guān)系為：P=aU+b。由于傳感器的零位和靈敏度會(huì)隨溫度漂移，因此系數(shù)a，b也會(huì)隨溫度變化而變化，即系數(shù)a，b是溫度的函數(shù)。首先，通過多次采樣定標(biāo)，由標(biāo)準(zhǔn)壓力源提供分組標(biāo)準(zhǔn)壓力，記錄一定溫度下傳感器的輸出電壓值，即多組(Pi，Ui)，i=0，1，2，…，n，然后利用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合。為使總誤差最小，可用Q對a，b求偏導(dǎo)數(shù)，令這兩個(gè)偏導(dǎo)數(shù)為零，則求解方程得出一定溫度對應(yīng)的系數(shù)(at，bt)。其中t=-10℃，0℃，10℃，…，50℃。壓力大小P與輸出電壓U關(guān)系為：