CN203011610U - 基于avr单片机的新型数字气压计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于AVR单片机的新型数字气压计,包括：气压传感器MPX100[2]、放大器LM324[3]、AVR单片机[5]、A/D转换器[4]、温度传感器DS18B20[7]、时钟电路[8]、通信电路[9]、EEPROM存储器[10]、键盘[11]和LED数码显示器[12]组成，其特征在于，该新型数字气压计，AVR单片机[5]分别与A/D转换器[4]、温度传感器DS18B20[7]、时钟电路[8]、通信电路[9]、EEPROM存储器[10]、键盘[11]和LED数码显示器[12]相连接，本数字气压计与其它检测装置相比，在温度、磁场等许多复杂环境因素变化的影响下，采用AVR单片机，利用智能优化技术对压力传感器输出信号进行处理后，实现压力信号的温度补偿，提高了数字气压计的测量精度。根据本实用新型所提供的装置，达到了使用简单、智能化程度高、测量精确高、体积小、携带方便的检测标准。该新型数字气压计在地矿、气象台站、环保、实验室等各种工程环境中具有广阔的应用前景。

Description

基于AVR单片机的新型数字气压计

技术领域

本实用新型涉及检测系统，尤其涉及智能检测装置，并且更具体地涉及一种基于AVR单片机的新型数字气压计系统。 

背景技术

近年来，随着现代社会测量技术要求的不断提高，数字气压计技术已经迅速发展成为现代信息处理领域中一项非常重要的技术，并在许多领域内发挥着不可替代的作用：在气象台站，用高精度气压计测压并预测天气变化；在环保方面，用数字气压计测压来衡量环境好坏；在地矿，用气压器测量地下气压，以确保工作安全；在实验室，用数字气压计纪律实验环境；此外，气压计还可以用作高度计测量高度。 

传统气压计的实现是通过物理方法实现，如水银气压计。但随着智能技术的发展以及实用性要求的提高，传统气压计越来越不能满足应用要求，主要体现在以下几个方面：气压计根据水银到达的刻度来读取气压值，可读性不高，使用不具有普遍性；气压计智能单一的测量气压值，而且无法自动记录已测结果，实用性不强；气压计受环境、测量者等的影响较大，所测值不精确；现今气压计应用越来越趋于小型化系统，趋向于把整个处理系统集成在一个小“黑盒子”，甚至于一块电路板上。这就要求用高集成度的处理芯片来完成原本需要许多部件合作完成的任务。另外，目前具有单一测压功能的气压计，其设定值是系统默认，无法调节和校正，使用起来不方便。 

鉴于智能检测技术高度复杂性，要达到气压计的优化设计，采用目前传统的测量装置将无法达到理想的检测效果。一种有效的基于AVR单片机的新型数字气压计，能实现气压的最佳测量，达到较好的检测效果。 

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对传统气压计可读性不高、功能单一、实用性不强、测值不精确、体积较大、结构不紧凑的特点，及现有检测技术存在的局限性，采用基于AVR单片机的新型数字气压计，从而达到使用简单、智能化程度高、测量精确高、体积小、携带方便的检测标准。 

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于AVR的新型数字气压计设计，数字气压计设计由气压传感器MPX100、放大器LM324、AVR单片机、A/D转换器、温度传感器DS18B20、时钟电路、通信电路、EEPROM存储器、键盘和LED数码显示器组成，其特征在于，该新型数字气压计，AVR单片机分别与A/D转换器、温度传感器DS18B20、时钟电路、通信电路、EEPROM存储器、键盘和LED数码显示器相连接，气压传感器MPX100同放大器LM324相连接，放大器LM324和A/D转换器相连接； 

气压传感器MPX100，用于感应大气压力并将其转化为电压信号；

温度传感器DS18B20，用于将当前温度转化为电压信号；

放大器LM324，用于将气压传感器转化的电压信号进行放大；

A/D转换器，用于将模拟量转化为数字量；

AVR单片机，用于统一协调处理各器件之间的相互关系，彼此进行信息交换，并进行气

压计的智能优化计算；

时钟电路，用于给单片机提供时钟信号；

通信电路，用于与上位机进行通信联系；

EEPROM存储器，用于进行整个系统的大批量的存储数据的处理；

键盘，用于进行各种功能键和数字键的处理；

LED数码显示器，用于进行各种数字信号的显示。

技术方案是：数字气压计通过气压传感器MPX100获取被测气压信号，通过放大器LM324 将气压传感器转化的电压信号进行放大，利用A/D转换器将模拟量转化为数字量送到AVR单片机进行智能化处理，利用时钟电路产生AVR单片机所需要的时钟信号，通过通信电路，将AVR单片机与上位机进行通信联系，利用键盘进行气压智能检测过程中各种功能键和数字键的处理，通过EEPROM存储器存储整个系统的大批量的存储数据，将AVR单片机处理的数据在LED数码显示器上进行显示。 

AVR单片机的新型数字气压计的智能优化过程，具体过程如下： 

（1）数据采集、转换和显示处理；

（2）压力的补偿计算；

（3）采用BP神经网络方法进行气压计测量精度的补偿和优化处理；

其中BP神经网络优化计算，包括：传感器测量模型的计算和神经网络温度补偿模型的计算。

人工神经网络训练过程具体过程如下： 

（1）根据实际测量问题，结合BP神经网络特点选取适合的网络节点和训练函数；

（2）建立训练网络；  

（3）对网络初始化；

（4）对网络进行训练；

（5）对网络进行实验研究；

（6）应用训练好的网络进行压力测量的优化。

具体来说就是通过人工神经网络(BP神经网络)对压力传感器输出信号进行处理后，最终实现压力传感器的温度补偿，提高传感器的测量精度，通过压力传感器和温度传感器测量到的目标量(气压)和干扰量(温度)作为样本数据输入到BP神经网络中，把待测量作为神经网络的期望输出值，可以看作神经网络的输出值。这样，就可以组成通常所需要的输入、输出样本数据对，然后送入神经网络学习，采用整批或分批数据学习输入学习网络，学习好的神经网络就可以用来工作或检验神经网络优化控制的效果。 

本气压计有益效果和优点：利用本气压计和所提供的智能检测技术，本数字气压计与其它检测装置相比，其工作温度范围和测量气压范围较大，精确度较高，系统稳定性和抗干扰能力较强，多显示功能使使用者直观监测当前各个信号的状况（如显示温度、电源电压及压力电压值等），系统预留串行通信端口能将测得数据传输给计算机进行所需的各种处理，实现气压计的智能化，给使用者带来极大的方便。所建立的BP神经网络模型经过训练后，可以很好地补偿压力传感器所受的温度干扰，提高测量精度。 

通过结合以下附图，阅读本发明实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特征、特点和优点将会变得更加清楚。 

附图说明

图1是本实用新型的基于AVR单片机的新型数字气压计结构示意图。 

具体实施方式

下面将结合附图对实用新型的具体实施方式进行详细说明。 

图1是本实用新型的基于AVR单片机的新型数字气压计结构示意图。 

包括：气压传感器MPX100（2）、放大器LM324（3）、AVR单片机（5）、A/D转换器（4）、温度传感器DS18B20（7）、时钟电路（8）、通信电路（9）、EEPROM存储器（10）、键盘（11）和LED数码显示器（12）组成，其特征在于，该新型数字气压计，AVR单片机（5）分别与A/D转换器（4）、温度传感器DS18B20（7）、时钟电路（8）、通信电路（9）、EEPROM存储器（10）、键盘（11）和LED数码显示器（12）相连接，气压传感器MPX100（2）同放大器LM324（3）相连接，放大器LM324（3）和A/D转换器（4）相连接； 

气压传感器MPX100（2），用于感应被测气压（1）并将其转化为电压信号；

温度传感器DS18B20（7），用于将当前气温（6）转化为电压信号；

放大器LM324（3），用于将气压传感器转化的电压信号进行放大；

A/D转换器（4），用于将模拟量转化为数字量；

AVR单片机（5），用于统一协调处理各器件之间的相互关系，彼此进行信息交换，并进

行气压计的智能优化计算；

时钟电路（8），用于给单片机提供时钟信号；

通信电路（9），用于与上位机进行通信联系；

EEPROM存储器（10），用于进行整个系统的大批量的存储数据的处理；

键盘（11），用于进行各种功能键和数字键的处理；

LED数码显示器（12），用于进行各种数字信号的显示。

系统通过气压传感器MPX100（2）获取测气压（1）信号，通过放大器LM324（3 ）将气压传感器转化的电压信号进行放大，利用A/D转换器（4）将模拟量转化为数字量送到AVR单片机（5）进行智能化处理，利用时钟电路（8）产生AVR单片机（5）所需要的时钟信号，通过通信电路（9），将AVR单片机（5）与上位机进行通信联系，利用键盘（11）进行气压智能检测过程中各种功能键和数字键的处理，通过EEPROM存储器（10）存储整个系统的大批量的存储数据，将AVR单片机处理的数据在LED数码显示器（12）上进行显示。 

本气压计有益效果和优点：利用本气压计和所提供的智能检测技术，本数字气压计与其它检测装置相比，其工作温度范围和测量气压范围较大，精确度较高，系统稳定性和抗干扰能力较强，多显示功能使使用者直观监测当前各个信号的状况（如显示温度、电源电压及压力电压值等），系统预留串行通信端口能将测得数据传输给计算机进行所需的各种处理，实现气压计的智能化，给使用者带来极大的方便。所建立的BP神经网络模型经过训练后，可以很好地补偿压力传感器所受的温度干扰，提高测量精度。 

在图1所示的结构示意图上，结合本系统技术人员无需创造性的工作即可开发出相应的应用系统，进行基于AVR单片机的新型数字气压计的设计。 

本实用新型主要提供了一种基于AVR单片机的新型数字气压计。通过计算和测试，可得出在不同气压和温度条件下，所设计的数字气压计实验测试结果如表1所示。 

表1  智能数字气压计的实验测试结果 

。

实验测试结果表明在不同温度下所测气压值精度均在0.1%内，新型数字气压计具有较高的测量精度。 

本实用新型所提供的新型数字气压计，在温度、磁场等许多复杂环境因素变化的影响下，通过人工神经网络(BP神经网络)对压力传感器输出信号进行处理后，实现压力传感器的温度补偿，提高了传感器的测量精度。 

采用基于AVR单片机的新型数字气压计进行气压测量，达到了使用简单、智能化程度高、测量精确高、体积小、携带方便的检测标准。该新型数字气压计在地矿、气象台站、环保、实验室等各种工程环境中具有广阔的应用前景。 

Claims (3)

1.基于AVR单片机的新型数字气压计, 包括：气压传感器MPX100[2]、放大器LM324 [3]、AVR单片机[5]、A/D转换器[4]、温度传感器DS18B20[7]、时钟电路[8]、通信电路[9]、EEPROM存储器[10]、键盘[11]和LED数码显示器[12]组成，其特征在于，该新型数字气压计，AVR单片机[5]分别与A/D转换器[4]、温度传感器DS18B20[7]、时钟电路[8]、通信电路[9]、EEPROM存储器[10]、键盘[11]和LED数码显示器[12]相连接；

气压传感器MPX100[2]，用于感应被测气压[1]并将其转化为电压信号；

温度传感器DS18B20[7]，用于将当前气温[6]转化为电压信号；

放大器LM324[3]，用于将气压传感器转化的电压信号进行放大；

A/D转换器[4]，用于将模拟量转化为数字量；

AVR单片机[5]，用于统一协调处理各器件之间的相互关系，彼此进行信息交换，并进行

气压计的智能优化计算；

时钟电路[8]，用于给单片机提供时钟信号；

通信电路[9]，用于与上位机进行通信联系；

EEPROM存储器[10]，用于进行整个系统的大批量的存储数据的处理；

键盘[11]，用于进行各种功能键和数字键的处理；

LED数码显示器[12]，用于进行各种数字信号的显示。

2.根据权利要求1所述的基于AVR单片机的新型数字气压计，其特征在于气压传感器MPX100[2]同放大器LM324[3]相连接，放大器LM324[3]和A/D转换器[4]相连接，用于进行气压信号的采集、放大及A/D转换器工作。

3.根据权利要求1所述的基于AVR单片机的新型数字气压计，其特征在于气压计的微处理器为AVR单片机。