【導(dǎo)讀】航空航天事業(yè)的日益發(fā)展促使航空儀表向著智能化方向發(fā)展。氣壓高度表是一種重要的航空儀表，其主要作用是向載體提供準(zhǔn)確的高度數(shù)。體積小、重量輕、功耗低正成為氣壓高度表的新的發(fā)展趨勢。降低功耗的設(shè)計。該氣壓高度表主要由數(shù)字氣壓傳感器、主控制器、電源管理組

　　

【正文】 的直流電變成一個脈沖電壓，通過右邊的電感濾波，即可將輸入直流電進行降壓，開關(guān)管開通與關(guān)斷的占空比就可以決定降壓比例。 從原理上來說，開關(guān)電源可以勝任任何功率級的電源轉(zhuǎn)換，根據(jù)功率大小，我們可以選擇合適的功率開關(guān)管，大小合適的電感等，由于本系統(tǒng)的電源僅供給系統(tǒng)板上的芯片使用，沒有大功 率負(fù)載，所以電源的功率要求不高，所以在本系統(tǒng)中采用了英飛凌公司的 TLE8366 降壓型集成開關(guān)電源芯片，芯片內(nèi)部集成開關(guān)管，自帶自舉電路，只需要在外圍接少量元件即可正常工作，且芯片封裝極小，可以大幅減少電路面積。 TLE8366 開關(guān)電源電路如圖 318 所示。 LB1300uHDA2SS14 CA4470uF/25VCA5104SYNC1GND2COMP3FB4BDS5BUO6EN7VS8U5TLE8366220nfC9CapC10Cap1KR12Res2INPUTGNDOUTPUT 圖 318 TLE8366電路 大連理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 26 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 本系統(tǒng)采用了 STM32 單片機，可以使用 RealView MDK 開發(fā)套件進行編程，這套開發(fā)軟件來自德國 Keil 公司，是 ARM 公司目前最新推出的針對各種嵌入式處理器的軟件開發(fā)工具。 RealView MDK 采用了 uVision3 的集成開發(fā)環(huán)境與RealView 編譯器，支持 ARM ARM9 和最新的 CortexM3 核處理器，自動配置啟動代碼，集成 Flash 少些模塊，強大的 Simulation 設(shè)備模擬，性能分析等功能，比前一代的 ADS 等相比性能有大幅提升。 系統(tǒng)整體軟件流程 系統(tǒng)正常工作后，單片機開始初始化，將需要用到的各個外設(shè)進行設(shè)置，為下一步的使用做好準(zhǔn)備。初始化完畢之后，單片機發(fā)出指令將傳感器初始化，之后從傳感器讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)，然后進行計算和補償，并將氣壓換算成為高度之 后，把結(jié)果輸出至上位機顯示，之后單片機再次從傳感器讀取數(shù)據(jù)進行計算，如此循環(huán)。本部分軟件流程圖如圖 41 所示。 S T M 3 2 初 始 化開 始初 始 化 傳 感 器讀 取 校 正 參 數(shù)讀 取 原 始 數(shù) 據(jù) 校 正 計 算二 階 溫 度 補 償氣 壓 轉(zhuǎn) 換 高 度輸 出 結(jié) 果 圖 41 系統(tǒng)整體軟件流程圖 大連理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 27 傳感器原始數(shù)據(jù)讀取 與讀取校正參數(shù)不同，控制器在讀取傳感器的原始數(shù)據(jù)時，需要根據(jù) DOUT信號的電平來檢測傳感器的轉(zhuǎn)化是否結(jié)束，而在讀取校正參數(shù)時是不需要的。從第三章的讀取原始數(shù)據(jù)時序可知，控制器先對傳感器發(fā)送讀取命令，傳感器接受到讀取命令后，啟動內(nèi)部 AD 開始進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完畢之后，通過 DOUT 信號通知控制器是否轉(zhuǎn)換完畢，因此控制器在發(fā)送完轉(zhuǎn)換指令之 后，需要等待傳感器轉(zhuǎn)換完畢的信號，之后才能讀取原始數(shù)據(jù)。本部分的軟件流程如圖 42 所示。 發(fā) 送 讀 取 指 令發(fā) 出 兩 個 時 鐘讀 取 原 始 數(shù) 據(jù)D O U T 是 否 低 ？N 圖 42 讀取原始數(shù)據(jù)流程圖 初次校正計算 單片機從傳感器讀取完校正參數(shù) WORD1， WORD2， WORD3 和 WORD4以及原始數(shù)據(jù) D1 和 D2 之后，就可以進行初次校正計算，首先將四組校正參數(shù)異味合并操作，得到 6 組實際校正參數(shù) C1， C2， C3， C4， C5 和 C6，然后開始計算標(biāo)準(zhǔn)溫度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溫度值和實際校正參數(shù)可以進一步計算實際溫度，然后根據(jù)實際溫度和其他機組實際校正參數(shù)，單片機可以計算得到經(jīng)過溫度校正 過的大連理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 28 氣壓值。此部分軟件流程如圖 43 所示。 讀 取 校 正 參 數(shù)從 校 正 參 數(shù) 計 算得 到 實 際 校 正 參數(shù)計 算 標(biāo) 準(zhǔn) 溫 度 計 算 實 際 溫 度計 算 溫 度 補 償 的氣 壓 值 圖 43 初次校正計算軟件流程圖 二階溫度補償計算 由于溫度傳感器輸出的非線性問題，會導(dǎo)致控制器從傳感器讀取并計算得到的溫度值有一定誤差，所以需要二階溫度補償計算，以消除由于溫度傳感器非線性導(dǎo)致的誤差。二階溫度補償?shù)乃惴ㄋ枷胧菍y量溫度分為三級，在三個等級中，分別采用不同的計算公式，分別計算出當(dāng)前的溫度誤差和氣壓誤差系數(shù)，計算完畢之后，用測量溫度和測量氣壓直接減去溫度誤差系數(shù)和氣壓誤差系數(shù)就可以計算得到經(jīng)過二階溫度補償?shù)臏囟戎岛蜌鈮褐?。此部分?件流程如圖 44 所示。 計 算 得 到 初 始 溫度 和 氣 壓計 算 相 應(yīng) 誤 差 系 數(shù)T E M P 2 0 0 ?YN計 算 相 應(yīng) 誤 差 系 數(shù)T E M P 4 5 0 ?計 算 相 應(yīng) 誤 差 系 數(shù)2 0 0 ≤ T E M P ≤ 4 5 0 ?YNY計 算最 終的 二階 溫度 補償 溫度 和氣 壓 圖 44 二階溫度補償軟件流程 大連理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 29 結(jié)論 隨著科技的進步，無人機在世界各國得到廣泛研究和發(fā)展，尤其是微小型無人機以其低成本 靈活機動隱蔽性好等優(yōu)點，在軍事和民用方面都獲得了廣泛應(yīng)用 高度信息作為無人機的一個重要飛行參數(shù)，是保障無人機安全飛行以及保證地面操縱人員正確引導(dǎo)并順利完成飛行任務(wù)的關(guān)鍵，要實現(xiàn)無人機的自主著陸，必須精確測量無人機相對于機場跑道平面的高度 為了滿足飛行控制以及自主著陸對高度表系統(tǒng)的需求，以及高度表系統(tǒng)微型化高精度 高實時性的要求。 本文設(shè)計了以 MS5534BP 氣壓傳感器為核心傳感器，以 STM32F103 為數(shù)據(jù)采集控制器的微小型高度測量系統(tǒng)，并對系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計進行了研究。伴隨著無人機等各種飛行器甚至是航空模型等迅速的發(fā)展，與其配套的相關(guān)測量儀器也正在迅速發(fā)展，氣壓高度表就是其中一個，本文提出了一套可用在無人機上的氣壓高度表方案，從原理上分析了其可行性，并分別從軟硬件對系統(tǒng)進行了設(shè)計。但由于本設(shè)計只是出于探索階段的試驗，所以還有一些問題考慮不足，主要體現(xiàn)在以下幾個方面： ，所以氣壓高度 表的工作環(huán)境可能也會非常惡劣，可能會遇到低溫或高溫，或者強烈震動等不利條件，在這種條件下工作，對系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性有很高的要求，本文還沒有針對這些情況專門進行抗干擾設(shè)計。 ，為了降低整機的功耗，提高飛機的續(xù)航能力，飛機上的每一部分功耗都應(yīng)該嚴(yán)格控制，包括氣壓高度表等儀器設(shè)備。本文雖然采用了低功耗的一些器件，但還沒有深入的對低功耗進行設(shè)計。 由于畢業(yè)設(shè)計時間較短，很多內(nèi)容都是從頭學(xué)習(xí)，且本設(shè)計主要內(nèi)容是進行理論上的分析和設(shè)計，所以在本文的設(shè)計中還存在一些不足 ，但我覺得，在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，我學(xué)習(xí)到了很多知識，學(xué)會了對一整個系統(tǒng)進行分解設(shè)計，再整合，這對我以后的學(xué)習(xí)都將有莫大的幫助。 經(jīng)過這次的畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)習(xí)到很多知識，也讓我明白自己缺乏的還很多，還有很多需要我去摸索和學(xué)習(xí)，我將繼續(xù)探索，繼續(xù)學(xué)習(xí)，繼續(xù)進步。 大連理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 30 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計是在 XXX 老師的悉心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作方法給了我極大的影響和幫助。 X 老師甚至還來到我們寢室指導(dǎo)我們，讓我們深受感動，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下我克服了重重困難，解決了很多疑難問題，最后順利地完 成了本次畢業(yè)設(shè)計，在此我對我的導(dǎo)師 XXX 老師致以深深的敬意和誠摯的謝意。 感謝 XXX 等實驗室的同學(xué)，他們在我完成畢業(yè)設(shè)計的過程中給了我很多意見和建議，也給我提供了很多資料及工具，讓我更加順利的完成畢業(yè)設(shè)計。 最后感謝家人朋友對我的關(guān)心、支持和理解。 大連理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 31 參考文獻 [1] 王成毫 . 航空儀表 . 北京：科學(xué)出版社， 1992,2:84~85 [2] 何為民 . 低功耗單片微機系統(tǒng)設(shè)計 . 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1994 [3] 伯特 哈斯克爾 .便攜式電子產(chǎn)品設(shè)計與 開發(fā) . 北京：科學(xué)出版社 ,2020,6 [4] 吳少軍，劉光斌 . 實用低功耗設(shè)計 . 北京：人民郵電出版社， :4~6 [5] . Highspeed highprecision min/max circuits in CMOS Letters[J] .2020,8(36):679~701 [6] , .. Lowpower Design Methodologies. Boston:Kluwer AcademicPublishers[J]. 1995 [7] KiatSeng Yeo, Samir S. Rofail, WangLing Goh. 低壓低功耗 MOS/BiCMOS 超大規(guī)模集成電路 . 北京：電子工業(yè)出版社， 2020,7:241~245 [8] 中國民航總局空管局，中國民用機場高度表撥正程序和過渡高度層改革方案，北京， 2020,7. [9] 連彩云，魏東 .飛機高度和速度的測量 .北京：航空工業(yè)部第三零一研究所，1989 [10] 呂伯強，宋真坦 . 航空電子設(shè)備 .北京：世界圖書 出版公司， 1990 [11] 楊世均 . 航空測試系統(tǒng) . 北京：國防工業(yè)出版社， 1984,6:177~180 [12] 劉光斌，劉冬，姚志成 . 單片機系統(tǒng)抗實用干擾技術(shù) . 北京：人民郵電出版社， 2020 [13] Cygnal Integrated Products, 單片機應(yīng)用解析 .北京：北京航空航天大學(xué)出版社 . [14] 高光天 . 傳感器與信號調(diào)理器件應(yīng)用技術(shù) . 北京：科技出版社， 2020 [15] 潘琢金，施國君 . C8051Fxxx 高速 SOC 單片機原理及應(yīng)用 . 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 [16] 李剛 ,林凌 .與 8051 兼容的高性能、高速單片機 .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， [17] 余瑞芬 . 傳感器原理 . 北京：航空工業(yè)出版社， 1995 [18] 孫希任 . 航空傳感器實用手冊 . 北京：機械工業(yè)出版社， 1995 [19] Tiwari, V.。 TienChien Lee, M. Power analysis of a 32bit embedded Automation Conference, 1995. Proceedings of the ASPDAC 39。95/CHDL39。95/VLSI39。95. IFIP. IFP International Conference on Very Large Scale Integration., Asianand South Pacific ,1995 Page(s): 141~148. [20] Mike Mitchell. Choosing a Low MCU. World Electronic Element[J]. :24~25 [21] Rabaey J M ,Pedram M .Low power design methodologies .boston: Klumer 大連理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 32 附錄 1 BOOT060NRST7OSC_IN/PD05OSC_OUT/PD16PA0WKUP14PA115PA216PA317PA420PA521PA622PA723PA841PA942PA1043PA1144PA1245PA13/JTMS/SWDIO46PA14/JTCK/SWCLK49PA15/JTDI50PB026PB127PB2/BOOT128PB3/JTDO55PB4/JNTRST56PB557PB658PB759PB861PB962PB1029PB1130PB1233PB1334PB1435PB1536PC08PC19PC210PC311PC424PC525PC637PC738PC839PC940PC1051PC1152PC1253PC13TAMPERRTC2PC14OSC32_IN3PC15OSC32_OUT4PD254VBAT1VDD_132VDD_248VDD_364VDD_419VDDA13VSS_131VSS_247VSS_363VSS_418VSSA12U1STM32F103RBT63V310kR1100nFC1S1PA4PA5PA6PA7PA8UA_TXUA_RXPA11PA12JTMSJTCKJTDIPD212Y11