基于單片機的氣壓式高度計設計

雖然測量范圍內指示空速是大氣動(dòng)壓的單值函數，但其函數關(guān)系式比較復雜，若由式(1)、(2)由單片機直接計算，要使用浮點(diǎn)運算，會(huì )占用較多的計算機資源。該設計選定線(xiàn)性插值方法來(lái)計算指示空速。用一個(gè)簡(jiǎn)單易實(shí)現的線(xiàn)性函數代替原復雜函數，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(xiàn)段的斜率。插值點(diǎn)的個(gè)數可由線(xiàn)性插值法的誤差公式確定：

式中：M=max(f(x))；δ為計算精度。根據系統要求的計算精度δ，求出步長(cháng)h=xi+1-xi，得出曲線(xiàn)插值的分段段數n=60。預先計算各插值點(diǎn)相應的氣壓高度值、大氣靜壓值和插值線(xiàn)段的斜率，把校正點(diǎn)的數據求出，按照一定的規律構成表格存放在單片機的內部ROM中。采集到的數據，先與校正點(diǎn)的數據進(jìn)行比較找到數據所在的分段，然后將該分段對應的yi，xi，ki代入分段插值公式中計算，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單片機內部設有溫度傳感器，溫度傳感器系統由兩個(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(guò)ADC的模擬多路選擇器連接到ADC的輸入端。溫度傳感器系統，工作在差分方式。本文利用C8051F353單片機內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(xiàn)性關(guān)系。即兩個(gè)參數關(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a，b也會(huì )隨溫度變化而變化，即系數a，b是溫度的函數。首先，通過(guò)多次采樣定標，由標準壓力源提供分組標準壓力，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(xiàn)擬合。為使總誤差最小，可用Q對a，b求偏導數，令這兩個(gè)偏導數為零，則求解方程得出一定溫度對應的系數(at，bt)。其中t=-10℃，0℃，10℃，…，50℃。壓力大小P與輸出電壓U關(guān)系為：