摘 要

近年来，全球定位系统GPS在定位领域越来越广泛。采用GPS的海拔高度测量精度能够满足实际要求，但成本比较高。为解决GPS的海拔测高有局限性，成本高等缺陷，提出了一种基于数字气压传感器的精密数字气压计设计方案，并完成系统的软硬件设计。硬件设计部分采用单片机为主控芯片，以嵌入式芯片为主控制器，采用硬件接口的方式读取测量的气压值，对传感器采集的气压和温度信息经处理后进行数据显示。软件部分采用 C语言编程，对测量所得的气压值进行了温度补偿校准处理，然后根据大气压强与海拔高度的关系，利用气压—高度公式计算绝对高度，进而获取海拔高度。本文针对基于气压传感器的无人机高度测量进行了研究，主要内容有以下几个方面：

（1）系统的分析了气压传感器测气压的优点，根据需求选择简单的硬件设计方案，并且确定了单片机主控芯片的选择，采用嵌入式芯片为主控制器，采用硬件接口的方式读取测量的气压值和温度值。

（2）分析了由气压值求海拔高度值的几种不同方法的利与弊，最终确立采用气压—高度关系公式进行计算。

关键词：气压传感器，海拔测高，数据补偿

Abstract

In recent years, global positioning system GPS is becoming more and more widely used in the field of localization. The altitude measurement accuracy of GPS can meet the actual requirements, but the cost is relatively high. In order to solve the limitation of high altitude measurement of GPS and the higher cost, a design scheme of precise digital barometer based on BMP085 digital pneumatic sensor is proposed, and the design of hardware and software is completed. The hardware design part of the main control chip with STM32F103-RCT6 embedded chip as the main controller, the pressure by the way of hardware interface to read BMP085 measurement value of pressure and temperature sensors to collect information by processing the data display. The software adopts C language programming, the pressure value is compensated by the temperature value, then according to the relationship between atmospheric pressure and altitude, the pressure height formula to calculate the absolute height, and then get the altitude. In this paper, the altitude measurement of unmanned aerial vehicle (UAV) based on BMP085 pressure sensor is studied. The main contents are as follows:

(1) the system analyzes the advantages of pressure sensor test, choose the simple hardware design scheme according to the demand, and to determine the main control chip, using STM32F103-RCT6 embedded chip as the main controller, the pressure by the way of hardware interface BMP085 read the measured value and temperature value.

(2) the advantages and disadvantages of several different methods for calculating elevation of air pressure are analyzed. Finally, the formula of barometric height relation is adopted to calculate.

Key words：Barometric pressure sensor, altitude measurement, data compensation

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究的目的及意义 1

1.2海拔测高的研究现状 2

1.3本课题的主要研究内容 3

第2章 设计方案的比较与选择 4

2.1方案设计 4

2.1.1开发平台选择 4

2.1.2气压计选择 4

2.1.3高度算法设计 4

2.2方案的比较与选择 4

第3章 硬件原理及实现 6

3.1硬件设计原理 6

3.2气压传感器模块 6

3.2.1 BMP085工作原理 6

3.2.2气压传感器模块工作原理 10

3.3微处理器模块 11

3.3.1 STM32F103RCT6工作原理 11

3.3.2微处理器模块工作原理 14

3.4整体电路图 15

第4章 软件设计原理及实现 16

4.1软件需求分析 16

4.1.1开发工具介绍 16

4.1.2软件需求分析 16

4.2软件设计原理 16

4.3系统初始化模块 17

4.4读取数据模块 17

4.5数据补偿模块 18

4.6计算高度模块 19

4.7结果显示模块 20

第5章 实验测试及结果分析 21

5.1结果显示 21

5.2结果分析 21

第6章 总结和展望 23

6.1工作总结 23

6.2未来展望 24

参考文献 25

致谢 26

第1章 绪论

1.1研究的目的及意义

气压高度信息不仅保证了飞机能够在空中安全飞行，而且能够使地面的指挥人员能够准确引导飞机飞行，是一个重要的飞行状态参数；它是无人机能否成功完成飞行任务的一个关键参数。随着时代的一点点进步和科学的快速发展，计算机技术也有了显著的发展，在这样的条件下，基于以上两种技术的航空测试技术自然也有了极大的进步，并且原有的测试原理和系统设计已经无法满足人们的需求^[1]。高度测量的应用领域极其广泛，不仅在一些特殊的领域例如航空航天、测绘等领域可以用到高度测量，在我们的日常活动例如登山等高度测量也经常被使用。测高技术种类繁杂，例如激光测距，气压测高等，它们精度不同，复杂度也不径相同；高度传感器的种类也特别多例如声纳，气压计，红外线等等。声纳与红外线传感器的精度比较高，但是只有气压计传感器测量的高度范围适合于无人机高度测量^[2]。无人机领域以后的研究目的是寻求更加小型化且更方便携带的机型。精度越高的传感器有着更高的售价，并且体积也会更大，除传感器本身以外附带的设备也较多，不适合安装在无人机上面，而普通的便携式传感器模块虽然容易携带，但是定位精度过低不满足测量的实际要求，无法满足设计的目的。与上述两种传感器模块想比较，气压计显然属于折中的一个测量方法，它的精度较高，体积也比较小，所以进行无人机的高度测量时我们一般都选用气压计。气压计的优点有结构简单，精确度较高，灵敏度也高，它是利用压敏原件将气压转换为电流信号，电流信号已于检测与传输，然后电流信号经过后续的一系列电路处理后再通过显示设备显示出来。目前数字气压计应用于各个领域，需求极其广泛。下面介绍了一种基于单片机的无人机气压高度测量系统，这个系统带有温度补偿使得精度更高，系统设计要求在温度补偿后系统的处理精度应该在1m以内。