基于CAN总线的气压高度表研制

摘要

气压高度表用于向载体提供准确的高度数据，是一种重要的航空仪表。航空航天事业的日益发展使得智能化成为航空仪表的发展趋势，因此，气压高度表正在向体积小、重量轻，具备数字总线方向发展。
　　论文首先对气压高度表的概念和发展趋势进行了介绍，分别对气压高度表小型化、高精度、高可靠性和环境适应性的设计需求进行了论述，确定了课题研究的基本方向;论述了航空应用中气压高度测量基本原理，根据北半球标准大气参数表，研究并建立了气压到的解算关系式，同时兼顾单片机硬件平台设计合适的简化算法模型。并对其解算误差进行了分析，提出以MSC1201高性能混合集成微控制器为硬件核心的整体设计;随后，对系统组成各模块的硬件电路和软件设计进行了详细设计和分析。硬件设计采用模块化设计，各功能模块之间相对独立，方便测试维护，和故障排查。对系统中电源模块，压力传感器模块，微控制器模块，CAN总线通信模块等功能模块单元的硬件元件选型和电路设计进行详细说明，并对系统抗干扰和电磁兼容性设计进行了详细设计和分析。CAN总线气压高度表的软件设计采用Keil C编译环境，汇编C语言代码编写。软件设计针对功能需求，将软件划分成不同功能单元，进行模块化标准化设计。分别对A/D转换模块，压力信号校准模块，气压高度解算模块和CAN总线通信模块等功能模块的软件设计流程和方法进行了介绍;最后，在实验室条件下对CAN总线气压高度表工程样机进行试验测试，将测试结果与理论值比较并分析测量系统的误差来源。
　　本文针对无人机应用特点，开发了一种基于CAN总线的气压高度表。完成了两项关键技术的研究:1.研究了压力传感器专用调理芯片PGA309进行补偿校准的数学模型，完成了其在MSC1201微控制器平台上的移植，实现了压力传感器温度附加误差和非线性误差的高精度补偿。2.研究了大气压力与标准海平面高度的关系函数，使用最小二乘法和线性插值法实现了适应于单片机处理的解算算法，并且保证了计算结果的误差范围
　　本文的研究成果具有一定的通用性，对小型化，集成化的智能传感器、仪表设计研究有借鉴意义。

目录

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摘要

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表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 气压高度表简介

1．2．1 气压高度表

1．2．2 膜盒式气压高度表工作原理

1．2．3 气压高度表的发展趋势

1．3 本文的主要工作和内容安排

第二章 气压式高度测量原理分析

2．1 高度的概念

2．2 测量气压高度的原理推导和误差分析

2．2．1 国际标准大气和标准压高公式

2．2．2 大气压力和标准气压高度的关系推导

2．2．3 气压测高的误差分析

第三章 气压高度表硬件设计

3．1 系统硬件核心元件选择分析

3．1．1 微控制器

3．1．2 绝对压力传感器

3．2 电源模块设计

3．3 微控制器模块设计

3．4 压力传感器激励电路设计

3．5 CAN总线接口模块设计

3．5．1 CAN总线介绍

3．5．2 CAN控制器

3．5．3 CAN收发器选择

3．5．4 CAN总线模块电路设计

3．6 抗干扰和电磁兼容性设计

3．6．1 电磁兼容的概念

3．6．2 CAN总线气压高度表电磁兼容性设计

3．6．3 CAN总线气压高度表测试改装设计

第四章 气压高度表软件设计

4．1 编程语言和编程环境选择

4．2 初始化软件

4．3 A／D转换模块软件设计

4．4 压力信号校准软件设计

4．4．1 压力传感器温度误差和非线性误差校准分析

4．4．2 PGA309补偿模型的应用

4．5 气压高度解算模块软件设计

4．5．1 误差及差值分段分析

4．5．2 气压高度解算软件流程

4．6 CAN总线通信模块软件设计

4．6．1 CAN总线帧结构设计

4．6．2 CAN总线报文发送流程

第五章 实验结果分析

5．1 实验过程及结果

5．2 实验结论分析

第六章 结论与展望

6．1 论文总结

6．2 未来展望

参考文献

致谢

作者简介