白心愛，薛儒杰

（呂梁學院 物理系，山西 呂梁 033000）

基于STC89C51單片機的氣壓開傘設計

白心愛，薛儒杰

（呂梁學院 物理系，山西 呂梁 033000）

本設計是以模型火箭為設計載體，以STC89C51單片機控制，運用MP085傳感芯片、LCD1602顯示屏、L298電機的氣壓開傘設計裝置。通過理論分析、模擬仿真，認為該裝置下的模型火箭開傘率得以提高。

STC89C51單片機；BMP085數(shù)字氣壓傳感器

0 引言

本開傘設計是CADC(科研類全國航空航天模型錦標賽）嫦娥奔月項目的一個重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的主要開傘方式有發(fā)動機反推噴射開傘、可調延時開傘系統(tǒng)。發(fā)動機反推噴射開傘[1]，發(fā)動機向箭體內噴射時極易發(fā)生烤壞降落傘繩或降落傘的情況，且分級部分連接處過松過緊都會影響開傘效果。

可調延時開傘系統(tǒng)[2]，在接通電源按下開關后，一旦檢測到輕微抖動或加速度就進入倒計時狀態(tài)，當時間到達預設值時實現(xiàn)開傘。若火箭升空后發(fā)動機推進時間計算不準則會開傘失敗。文章所提出的是氣壓開傘設計。

1 模型火箭自動開傘系統(tǒng)硬件設計

模型火箭自動開傘系統(tǒng)硬件結構如圖1所示，是基于STC89C51單片機[3]控制的氣壓控制開關，以BMP085為傳感芯片[4]，以LCD1602[5]為顯示屏幕，以舵機[6]為負載。當傳感器感受到的氣壓為預設下降點時，單片機對傳感器檢測出的氣壓與預設值相比較作出判斷并驅動舵機，同時LCD1602實時顯示，電源供電采用USB供電方式。

1.1 數(shù)據(jù)采集

圖1 硬件結構

1.1.1 功能說明

文章主要是針對氣壓開傘進行設計，所以選擇了BMP085數(shù)字氣壓傳感器。絕對精度最低可以達到 0.03 hPa，并且耗電極低，只有 3 μA。BMP085采用8 pin陶瓷無引線芯片承載（LCC）超薄封裝，可以通過I2C總線直接與各種微處理器相連，如圖2所示。

圖2 硬件連接表

主要特點：壓力范圍為300～1100 hPa（海拔9000米～-500米）；電源電壓為 1.8 V～3.6 V（VDDA），1.62 V～3.6 V（VDDD）；LCC8封裝為無鉛陶瓷載體封裝（LCC）；尺寸為5.0 mmx5.0*1.2 mm；低功耗（5 μA在標準模式）；高精度（低功耗模式下，分辨率為0.06 hPa（0.5米））。

1.2 數(shù)據(jù)顯示

在此自動開傘裝置上使用了LCD1602液晶顯示模塊，該液晶模塊工作電壓4.5～5.5 V；顯示容量∶16×2個字符；字符尺寸∶2.95×4.35（W×H）mm。

1.2.1 硬件連接：

表1 硬件連接表

1.2.2 LCD1602電路

圖3 LCD1602電路連接圖

2 模型火箭自動開傘系統(tǒng)軟件設計

2.1 BMP085溫度傳感模塊的程序設計

表2 BMP085工作模式

176bit的EEPROM被分為11個16位的字，就是11個校正系數(shù)。每個模塊都有自己的私有系數(shù)。寄存器地址如表3所示，計算得到的溫度和氣壓的分辨率分別是：0.1度和1 Pa（=0.01 hPa=0.01 mPar）。

表3 寄存器地址

2.2 LCD1602液晶顯示模塊的程序設計

表4 LCD1602

3 系統(tǒng)測試

根據(jù)之前的理論支持，將做出的傳感系統(tǒng)與標定的氣壓測量器在相同的氣壓環(huán)境下進行了氣壓測量的對比。

表5 氣壓測量的對比表

通過上表的數(shù)據(jù)可以判斷得知：在氣壓較高時，本系統(tǒng)與標定氣壓測量器測量的數(shù)據(jù)有微小誤差，且大部分數(shù)據(jù)較標準氣壓較低，誤差范圍較為穩(wěn)定，當氣壓逐漸降低時，測量結果逐漸趨近于實際值。

4 結論

利用BMP085數(shù)字氣壓傳感器的開傘設計，是實時測量火箭升空后的氣壓參數(shù)，數(shù)據(jù)傳回單片機識別信息后，實現(xiàn)模型火箭自動開傘的方式。這個設計方案的提出，給CADC嫦娥奔月項目中模型火箭開傘問題提供了一種穩(wěn)定的開傘方式。

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Design of Model Rocket Automatic Parachute Opener Based on 51 Single Chip Computer

Bai Xin-ai，Xue Ru-jie
（Department of Physics,Lvliang University,Lvliang Shanxi 033000）

The design is based on the model rocket as the carrier to STC89C51 single-chip control,the use of MP085 sensor chip,LCD1602 display,L298 motor pressure umbrella as design device.Theoretical analysis and simulation results show that the system has improved the rate of opining parachute.

STC89C51 single chip computer;BMP085 digital barometric pressure sensor

O4

A

1673-2014（2017）05-0047-03

呂梁學院大學生創(chuàng)業(yè)項目“基于單片機的航模火箭回收倉自動開倉裝置”

2017—07—03

白心愛（1971— ），女，山西離石人，副教授，主要從事紅外輻射研究。

（責任編輯 郝瑞宇）