基于单片机的无人机气压高度测量系统的设计

StepPeng33

- f' X6 j: x  A! q9 |4 f, x% E& g- V摘要:介绍了一种基于C8051F352型单片机的无人机高度传感器测量系统的设计及实现过程,详细论
8 c( _  }  F! q+ V7 z2 N0 P, l& l述了系统硬件、软件及温度补偿算法的设计原理、程序流程图等。通过对压力传感器的温度补偿、气压
- Z! u1 r) a% d; Z8 a$ V-高度的非线性拟合, 解决了传感器的温度漂移,提高了系统精度;并利用单片机的SPI和UART串口
( F5 o5 b3 o, q) e总线分别实现了温度、高度的实时显示及与.上位机的通信。该系统具有电路结构简单、体积小、精度高、
" V7 W8 l4 e9 m* l) |效率高、稳定性高的特点。
1 C$ `9 `% X& _  l, a6 _9 C# g关键词:压力传感器;温度传感器;C8051F352微控器;温度补偿
. W  U: I6 c! t: X3 u气压高度信息作为无人机的一个重要飞行状态参
9 a, f, P) `6 {) r数,它是保障飞机安全飞行以及保证地面指挥和操纵
人员正确引导飞行并顺利完成飞行任务的关键。现代
微电子技术和计算机技术的发展极大地推动了航空测
试技术的发展,并使常规的测试原理和系统设计发生
  C7 B5 l( H, R! K5 E7 U, ~* J了重大变化。以下基于C8051F352单片机介绍了一
4 e4 N  ?% U* O3 Q" S& [种带温度补偿的无人机气压高度测量系统的设计,对
+ f- m. f4 g0 D1 R3 I$ k于此气压高度测量系统要求整个系统在经过温度补偿
$ Y% O& k5 ~! B  Z4 M  \后的处理精度在1 m之内。
: ]8 x( F. H0 K7 S  \# @
9 Y2 ~1 {" ^6 k4 w1 K& @1气压高度测量的原理
" u7 g+ e: t9 q% T根据国际标准化组织制定的《国际标准IS02533
  C0 b; y1 W: w$ j-标准大气》,可以得到在-2000~80000m高度范围
内重力势高度H和相应高度上的大气压力Pr间的关
系式,由于重力势高度常称为标准气压高度,所以将相
应的公式称为标准气压高度公式,即.
! k4 M0 C  p5 U% `$ v式中,R=287.05287 m'/(K . g2),为空气专用气体.
; o8 y6 m$ l* n& Z& ^) U1 [& W' t数;g. =9. 80665(m/s2 ),为自由落体重力加速度;β为
/ G& \# X; s( e8 q0 X, X温度垂直变化率(β =d,/d#) ;T、H,、P,为国际标准大
气采用的高度分层中相应层的大气温度、标准气压高
. _5 C! A8 d1 _  U5 @* \; W度和大气压力的下限值,如表1所示川"。
由于该测量系统设计的测量高度范围- 300 ~
( `: P: [+ y4 B5700 m ,所以表1只给出了相应分层的参数值,将这
些参数代人式(1),即可得到该分层的大气压力和气

9 ]5 x7 ^1 z  `# y  {2系 统组成及工作原理.
3 t' a: g. C$ J+ b+ C# ]该无人机气压测量系统主要由压力传感器,温度
$ i' z& {, B$ m传感器.信号调理电路,单片机采样处理电路,数码驱
9 Y3 m, c! p4 G; l! `/ l动显示电路,串口转换电路等组成。原理如图1所示。
数码显示k=- L显示驱动.
8 n1 L5 e( {4 |$ o图1系统原理图
' j& ]; D+ m& L9 N, p1 t温度传感器和压力传感器将其所测量的模拟信号
经滤波,调零放大等处理后,产生满足单片机A/D采
; `. m% L% A: u8 \# p  W样的信号,单片机对所测量的压力信号进行温度补偿，
数据处理,转换成高度信号和温度信号显示，并通过
RS232串口把数据显示保存在上位机上。
3系统硬件设计
系统包含AD590温度传感器、ASDX015A24R气
$ Q2 ], `7 w/ \$ w$ G4 [/ D压传感器、微控制器C8051F352、电源模块、MAX7219
) y. ?6 U) P3 ^1 t显示驱动模块,SP3223串口转换模块等。
+ |) n: Y+ {& e" t3.1 ASDX015A24R 气压传感器
ASDX015A24R型压力传感器是Honeyewell公司
生产的双列直插型绝压传感器,量程为0-15 pai(1
pei = 6894.76 Pa) ,传感器的精度在+2.0%以内,内置
6 R+ I. C* [" U8 F( Q5 k% {放大电路,传感器的工作特性是采用单一的5 V电源
# y, R% L; k5 m2 w0 {供电。该传感器自带温度补偿，又需再进行温度补偿,
9 c3 H5 u) R+ I& V在负温时误差乘1.5即可。
; g1 U' {6 [# H/ s. e* R; [6 B* ^3.2微控制器C8051F352
C8051F352型单片机是美国Silicon Labs 公司最
新推出的一款混合信号片上系统型单片机芯片，可以
3 K9 w* u9 z5 k( }# t% h工作在-40~ +85 C温度范围,它内部集成16位或
24位的模数转换器，可以任意设定在某个或某几个
端口上，非常适用于多路模拟数据采集系统。本系统
+ I3 X3 m+ D- j设计中使用了其中AINO和AINI两个通道，分别用于
6 O# }. ]* H. l  s! r温度模拟量和压力模拟量的输入。

" Q) O* I0 P- q; Z0 k5 P1 X$ \
% ~/ I0 f/ p+ L$ Q
( O  C9 y+ @! n& M! B: f3 O" R1 }附件下载：

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

5 A; S2 W+ @% W3 ^
# p: ]- l# @: k- U& H

Racheler

温度传感器和压力传感器将其所测量的模拟信号经滤波