．．・・
００３２）计算机测量与控制．２０１＆１・１９Ｍｅ嬲ｕｒｅｍｅｎｔ（９＆ＣｏｎｔｒｏｌＣｏｍｐｕｔｅｒ
中图分类号：ＴＰ３０１
文献标识码：Ａ
ｆＩ蔓ｉ豸ｉ至稠
ｌ取小１几垃ｌ
文章编号：１６７１—４５９８（２０１１）０９—２３００—０２
一种大气压力传感器数据采集系统的研究
侯小华，胡文东，张利利
（第四军医大学陕西省重点实验室，陕西西安７１００３２）
摘要：为了实时监控飞行人员的工作能力状态，对飞行人员的工作环境参数进行实时检测；以Ｃｈｉｐｃｏｎ公司的ＣＣ２４３０单片机为主控制芯片，采用大容量存储设备。设计了实时监测大气压力及海拔高度的低功耗测量系统；给出了该控制器的功能和硬件结构以及软件流程设计；该系统在低压舱中模拟海拔高度为２４００ｍ的高空环境。测得气压数值为７５５ｈＰ，对应海拔高度为２４１３ｍ，误差０．５％。实验结果表明．该系统可以成功的采集数据，并储存在ＭｉｃｒｏＳＤ卡上。
关键词：ＣＣ２４３０单片机；大气压力传感器ＳＭＤ５００；ＯＬＥＤ液晶显示｝ＭｉｃｒｏＳＤ卡
ＤｅｓｉｇｎｏｆＡｌｔｉｍｅｔｅｒａｎｄＢａｒｏｍｅｔｅｒＭｏｄｕｌｅＭｏｎｉｔｏｒＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄ
Ｗｅｎｄｏｎｇ，Ｚｈａｎｇ
Ｌｉｌｉ
７１００３２，Ｃｈｉｎａ）
ｏｎ
ＣＣ２４３０
ＨｏｎＸｉａｏｈｕａ，ＨＵ
（ＦｏｕｒｔｈＭｉｌｉｔａｒｙＰｈｙｓｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｍｏｎｉｔｏｒｔｈｅｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｉｌｏｔｉｎｔｈｅｓｋｙｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ，ｉｔｄｅｔｅｃｔｓｔｈｅｗｏｒｋｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆｐｉｌｏｔ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｏｆａｌｔｉｍｅｔｅｒａｎｄｂａｒｏｍｅｔｅｒ．Ｉｔｂｕｉｌｄｓ
ａ
ｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＣＣ２４３０ｃｈｉｐａｎｄ
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ＳＭＤ５００ｃｈｉｐ．Ｉｔ
ｇｅｔｓ
ｔｈｅａｌｔｉｍｅｔｅｒａｎｄｂａｒｏｍｅｔｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｗｒｉｔｅｓ
ｔｏ
ｔｏ
ＭｉｃｒｏＳＤ
ｃａｒｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ．Ｉｔａｌｓｏｂｕｉｌｄｓｍｏｒｅｄａｔｅｗｅａｔｈｅｒｆｏｒｅｃａｓｔａｎｄ
Ｋｅｙ
ＳＯ
ｏｎ．
ｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｉｌｏｔ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｉｔｗｉｌｌｂｅｕｓｅｄ
ｏｕｔｄｏｏｒｓｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，ｓｐｏｒｔｓ，
ｗｏｒｄｓ：ＣＣ２４３０；ａｌｔｉｍｅｔｅｒ／ｂａｒｏｍｅｔｅｒｍｏｄｕｌｅＳＭＤ５００；ＯＬＥＤｓｃｒｅｅｎ；ｍｉｃｒｏＳＤｃａｒｄ
０
引言
为了实时监控飞行人员的工作能力状态，对飞行人员的工作
定时器、看门狗定时器、３２．７６８ｋＨｚ晶振的休眠模式定时器、
上电复位电路、掉电检测电路，以及２１个可编程Ｉ／Ｏ引脚。
ＣＣ２４３０芯片采用０．１８ｔ－ｍＣＭＯＳ工艺生产，工作时的电流损耗为２７ｍＡ；在休眠模式时仅０．９灶Ａ的电流损耗，此时通过外部中断或ＲＴＣ来唤醒系统［１］。ＣＣ２４３０芯片的休眠模式转换
环境参数进行实时检测。大气压力和海拔高度是飞行员工作环境的一个重要参数。该系统的大气压力采集是基于ＣＣ２４３０单片机
和大容量数据存储模块设计的。可以实时地检测气压变化，并将
数据显示和存储起来，其佩戴方式采用手腕式，测试非常方便。
得到飞行人员的飞行环境的大气压力和海拔高度的实时变化，可以为进一步研究飞行人员的工作能力的变化提供大量的宝贵资料。
到主动模式的时间超短，特别适合那些要求电池寿命非常长的
应用。
２系统硬件设计
２．１大气压采集模块硬件电路设计
此外，该系统还可以应用于户外导航、航海技术、休闲和运动、
天气预报、垂直的速度指示（上升／下沉速度）。
大气压力检测采用德国ＢＯＳＣＨ公司的ＳＭＤ５００数字压力传感器。它采用１２Ｃ总线，工作电压２．０～３．６Ｖ，典型值为
３．３
ｌ大气压采集系统的总体设计
系统由Ｃｈｉｐｃｏｎ公司的ＣＣ２４３０单片机，ＭｉｃｒｏＳＤ卡模
块，ＯＬＥＤ显示模块，大气压力采集模块，电源管理模块等组成，如图ｌ所示。
Ｖ供电，睡眠电流０．１ｐＡ，工作电流消耗５肛Ａ。标准模式
１１００
１０扯Ａ。压力范围３００ｈＰａ（９０００ｍ～一５００ｍ）。主要应
用户外导航、航海技术、休闲和运动、天气预报、垂直的速度指示（上升／下沉速度）口］。ＳＭＤ５００与ＣＣ２４３０单片机的连接原理图如图２所示。ＭＣＬＫ为时钟信号，可以选择１ＭＨｚ或
者３２７６８Ｈｚ，本系统采用１ＭＨｚ的有源晶振给ＳＭＤＳ００提供时钟信号。
２．２
【
大气压采集模块
Ｈ
ｃｃ２４３０单片机
／围
ｔ
电源管理模块
ＯＬＥＤ显示模块硬件设计
有机电致发光显示（０ＬＥＤ）技术是下一代最有竞争力的
平板显示技术［３］。Ｓｏｌｏｍｏｎ公司投入市场的ＳＳＤｌ３０１被公认
图１气压检测系统的组成框图
ＣＣ２４３０芯片具有一个８位ＭＣＵ（８０５１），３２／６４／１２８ｋＢ
为是第一枚把控制器、行驱动器、列驱动器集成于一体的专用于ＯＬＥＤ显示控制驱动的集成电路。我们用ＳＳＤｌ３０３成功驱
动了１２８×６４点阵的ＯＬＥＤ显视屏［３］。
可编程闪存和８ｋＢ的ＲＡＭ，包含模／数转换器（ＡＤＣ）、４个
该器件采用ＴＣＰ／ＴＡＢ封装，提供的逻辑电源为２．４～
３．５Ｖ，供给ＯＬＥＤ屏的电源为７．Ｏ～１６Ｖ，低电流睡眠模式小
收稿日期：２０１１—０２—２８；修回日期：２０１１—０４—０７。基金项目：国家自然科学基金（６０８７９００７）。
于５ｍＡ，具有几个ＭＣＵ接口，如６８／８０并行总线和串行总线。采用此类芯片可进一步提高产品的可靠性和竞争力，是今
后的主流产品［３］。
作者简介：侯小华（１９８２一），女，陕西宝鸡扶风人，硕士，助理研究员，主要从事医疗装备方向的研究。
本系统中ＯＬＥＤ液晶显示模块显示日期、时间、当前实
万方数据
第９期侯小华，等：一种大气压力传感器数据采集系统的研究
・２３０１・
图２ＳＭＤ５００与控制器的连接原理图
时大气压力和海拔高度等。ＣＣ２４３０单片机利用串行总线和０ＬＥＤ显示驱动器ｓＳＤｌ３０３连接，进行数据显示，节省了ＣＣ２４３０单片机的Ｉ／０口，并降低了系统功耗。
２．３
ＭｉｃｒｏＳＤ卡存储模块硬件设计
ＭｉｃｒｏＳＤ的外形尺寸ｆｉｔ，ｌ，，应用在手机、ｍｐ３等小体积的
系统中。ＭｉｃｒｏＳＤ卡的接口支持ＳＰＩ模式。ＳＰＩ模式是Ｍｏｔｏｒｏｌａ
公司提出的一种同步串行外设接口，允许ＣＰＵ与各种外围接口器件以串行方式进行通信、交换信息。它使用４条线：串行时钟线（ＳＣＩ。）、主机输入／从机输出线（ＭＩＳＯ）、主机输出／从机
输入线（ＭＯＳＩ）、低电平有效的使能信号线（ＣＳ）［４］。
一天２４小时采集的大气压力数据量计算如下：采样频率
为１点／ｓ，每个点用１６位表示，则数据量为：１×３６００×２４×２—０．１７２８ＭＢ。采用金士顿２Ｇ的ＭｉｃｒｏＳＤ卡存储可以使用大概３１年的时间。ＭｉｃｒｏＳＤ卡和ＣＣ２４３０单片机的连接原理图如图３所示。
ｖｃｃ
图３单片机引脚和ＭｉｃｒｏＳＤ卡的电路连接图
２．４电源管理模块硬件设计
ＳＰ６６４１是Ｓｉｐｅｘ公司生产的一种性价比极高的低功耗低压升压型ＤＣ—ＤＣ转换器。能在输入电压动态范围较大时，为单片机系统提供稳定的直流供电，其静态电流极低，电池转
换效率高，多用于一些电池供电设备中［５］。在本系统中采用此款芯片，管理整个系统的供电部分。其原理图如图４所示。
３系统软件设计
系统软件完成主要功能为大气压力数据采集及运算、显示、ＭｉｃｒｏＳＤ卡有关初始化和写操作，配合硬件实现低功耗
运行。其软件流程图如图５所示。
ＣＣ２４３０单片机有一种活动模式（ＬＰＭｌ）和３种低功耗模式（ＬＰＭｌ～ＬＰＭ３），最低功耗为０．６弘Ａ。系统采用间歇工
万方数据
图４电源管理系统原理图
图５整个系统的软件流程图
ＳＤ卡写数据和显示更新等，大部分时间处ＳＭＤ５００与单片机之间采用的是１２Ｃ串行总线进行数据传ＭｉｃｒｏＳＤ卡数据存储部分
ＭｉｃｒｏＳＤ卡的读写方式采用ＳＰＩ模式。ＭｉｃｒｏＳＤ卡上的
ＳＤ卡中我们指定一个扇区记录本卡的编号，数（下转２３２２页）
作方式，由ＡＣＬＫ为时钟源的定时器Ａ触发时钟计时、大气
压力采集、Ｍｉｃｒｏ于ＬＰＭ３低功耗状态。
３．１大气压力采集部分
送，因而在对ＳＭＤ５００进行读写操作时严格遵循其时序，以
保证数据的完整性。利用ＣＣ２４３０的普通Ｉ／０口模拟１２Ｃ总线
时序。采集大气压力数据的软件流程图如图６所示
３．２
文件系统的存储基本单位是扇区，用ｆａｔ３２格式化之后，每个扇区的大小为５１２Ｂ，则采集数据时也要在ＣＣ２４３０中设置一个５１２Ｂ的内存缓冲区，写满一个５１２字节的数据量之后一次性
写入扇区中。这里我们按扇区进行读写，不建立复杂的文件系
统。在Ｍｉｃｒｏ据量大小，采样总时间，接下来的扇区用来记录采集到的数据。读数据时利用编好的上位机处理软件进行处理。并显示结
果。ＣＣ２４３０单片机中自带有ＳＰＩ总线，设置ＳＰＩ总线的时钟
频率为８ＭＨｚ，则存储５１２Ｂ的数据需要０．５ｍｓ，满足实时行要求。
・２３２２・
计算机测最与控制
第１９卷
周期相对改进前短许多。这说明通过对ＬＥＡＣＨ算法的改进，
ｗｉｒｅｌｅｓｓ
ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｄ］．Ｂｏｓｔｏｎ：Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ
ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｌＴｅｅｈ一
使网络中能量消耗更加均匀。
ｎｏｌｏｇｙ－２０００．
但是这种算法仍然存在缺点：（１）改进ＬＥＡＣＨ在簇头推
Ｅ４３李岩・张曦煌，李彦中．基于ＬＥＡＣＨ协议的簇头多跳
举时仍然没有考虑簇头的位置信息，这样造成簇头节点位置分（ＬＥＡＣＨ－－Ｍ）算法ＥＪ］・计算机工程与设计，２００７，１７（２８）：布不均匀；（２）传输信息所消耗的能量与簇头距Ｓｉｎｋ节点的
，、””””‘
消耗较大能量问题。如对其进行改进可以节省网络能量，提高
要塞妻羔量竺兰算鋈篓喜，耄曼兰磐ｊ。曼。，装髦耄的！皇凹１。Ｙ诎ｏｕｎ。ｉｓ：ＯＡ’嚣ｍｒａｙ
Ｓ。．Ｄ，。ｉ竺试ｅｄ训ｃｌｕｓ哪ｔｅｒｉ。ｎｇ州ｉｎｃ。二ｕｔｅｒ。ｎｄ
ａｄ虬－－ｈｏｈｅｓｅ胁ｎｓｏ州ｒｎｅｔ。－
Ｊ。ｉ。ｔ
ｃ。ｎｆ二ＩＥＥＥｃ。：二ｕｎｉｃａｔ三。；。ｃｉｅｔ：ｅｓ（ＩＮＦｏ一
网络生命周期；（３）这种算法改进不能实质减少Ｎ－］络能量消
ＣＯＭ）ｒｃｌ．Ｍ。，ｃｈ２００４，
耗，只是让能量消耗在网络中分布的更加均匀。如果要使立体
［６］ＡｒａｔｉＭａｎｊｅｓｈｗａｒ。ｎｄ
Ｄｈａ，。ａＰ．Ａｇｒａｗａｌ．ＴＥＥＮ：Ａｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏ一
空间中的无线传感器网络运行能耗更小，网络性能指标更高，ｔＯＣＯｌ
ｆｏｒｅｎｈａｎｃｅｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｎｗｉｒｅｌｅｓｓ
ｓｅｎｓｏｒ
ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ａ］．Ｉｎ
需进一步对算法改进ｒ８。］。
１５＇ｈ
ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｐａｒａｉｌｅｌ
ａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ
Ｄｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ
［ｃ］．２００１．
［１］孙利民，李建中，等．无线传感器网络［Ｍ］．北京：清华大学出
ＥｌｅｃｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌｆｏｒＣｌｕｓｔｅｒｅｄＨｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓ
版社，２００８．
ＥＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｃｉｔｅｓｅｅｒｘ．ｉｓｔ．ｐｓｕ．ｅｄｕ／ｖｉｅｗｄｏｃ／
［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ
ｏｎ
ｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００２，１（４）：ｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，２００３，Ｍａｒｃｈ：１２７４—１２７９．
（上接２３０１页）
ｈＰ大气压
工
初始化启动压力
传感器
，
等待３４％
Ｊ
，
工
读ＵＰ』
，
ｆ
读ｌ｝ｌ校准二［
州数
ｓ：ｚ磊五品ｉ赢丽品ｉ函蕊葛忑品五蕊忑蜀五忑忑五五赢蕊五石品而五赢Ｚ夏石
时间轴ｔ
工
计算大气挑力值
图７系统实验图
员工作能力状态实时监测的研究提供大量有用的资料，而且本
计算海拔
系统还可以广泛应用在户外导航、航海技术、休闲和运动、天
气预报、垂直的速度指示（上升／下沉速度）。整个系统采用
Ｉ竺！竺Ｊ’、－．．．．．．．．．．．．．．．．．．√
低功耗设计，电池使用寿命长，大容量的数据存储卡可以长时
图６
ＳＭＤ５００数据采集软件流程图
间使用，不用替换。更舒服的是其佩戴方式采用手腕式，模仿
手表的佩戴方式，即美观又使得检测非常方便。
４实验
对该系统进行实验研究，将系统分两个时间段（１０：３０～
参考文献：
１１：３０，１３：３０～１４：３０）佩戴进入低压舱中，模拟海拔高度［１］ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．ＳｍａｒｔＲＦＣＣ２４３０ＰｒｅｌｉｍｉｎａｒｙＲｅｖ．１．０１［ＥＢ／
为２４００ｍ的高空环境，测得气压数值为７５５ｈＰ，如图７所示。ＯＬ］．２００５一０９—１５．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉ．ｃｏｒｎ．［２］Ａｌｔｉｍｅｔｅｒ／ＢａｒｏｍｅｔｅｒＭｏｄｕｌｅＳＭＤ５００ｄａｔａｓｈｅｅｔ［Ｚ］．
利用公式（１）Ｌ２３计算海拔：
［３］李震梅，魏佩瑜，柳宝虎．ＯＬＥＤ矩阵显示屏控制电路的设计
ａｌｔｉｔｕｄｅ一４４３３０×ｒ１一（＃）—蠹、≈２４１３ｍ
（１）
ＥＪ］．电子设计。２００７，（２３）：２６２—２６３．
＼Ｐ０
／
［４］聂虹．ＳＰＩ模式下ＭＭＣ卡的读写机锏口］．单片机与嵌入式系
式中，Ｐ。＝１０１３．２５ｈＰ，海平面的气压数值。Ｐ为实际测量到
统应用，２００７，（７）：４５—４７．
的数据。计算所得数据误差为０．５％。
ＩＳ］文治洪，胡文东，王涛．基于ＳＰ６６４１的手持设备设计的电源设
５结论
计口］．电子设计工程，２００９，１２（１７）：１—２．
［６］段勇．基于ＭＳＰ４３０单片机的ＳＤ卡读写口］．生物医学工程研
通过对系统的实验测试，可以实时的检测大气压力和海拔
究，２００７，２６（４）：３４７—３５０．
高度，并成功的将数据显示和存储起来。这为我们测量飞行人［７］傅峙．ＳＤ卡在记录心肺音数据中的应用［Ｊ］．测控技术，２００８，
员工作环境的变化提供了参考数据，为我们进一步进行飞行人
２７（４）：９ｌ一９５．
万方数据
一种大气压力传感器数据采集系统的研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
侯小华， 胡文东， 张利利， Hou Xiaohua， Hu Wendong， Zhang Lili第四军医大学陕西省重点实验室,陕西西安,710032计算机测量与控制
Computer Measurement & Control2011,19(9)3次
1. Texas Instruments SmartRF CC2430 Preliminary Rev.1.01 20052. Altimeter/Barometer Module SMDS00 datasheet
3. 李震梅,魏佩瑜,柳宝虎 OLED矩阵显示屏控制电路的设计[期刊论文]-微计算机信息 2007(20)4. 聂虹,徐爱钧 SPI模式下MMC卡的读写机制[期刊论文]-单片机与嵌入式系统应用 2007(7)5. 文治洪,胡文东,王涛 基于SP6641的手持设备电源设计[期刊论文]-电子设计工程 2009(12)6. 段勇,陈真诚,宋含 基于MSP430单片机的SD卡读写[期刊论文]-生物医学工程研究 2007(4)7. 傅峙东 SD卡在记录心肺音数据中的应用[期刊论文]-测控技术 2008(4)
1. 苏玉召 物联网提升纺织企业节能减排效果的研究[期刊论文]-棉纺织技术 2014(7)2. 赵玺 基于无线传感网络的汽车气囊爆炸风险检测[期刊论文]-计算机仿真 2013(01)3. 苏玉召 基于物联网的纺织业节能减排跟踪检测方法[期刊论文]-毛纺科技 2014(8)
引用本文格式：侯小华. 胡文东. 张利利. Hou Xiaohua. Hu Wendong. Zhang Lili 一种大气压力传感器数据采集系统的研究[期刊论文]-计算机测量与控制 2011(9)
．．・・
００３２）计算机测量与控制．２０１＆１・１９Ｍｅ嬲ｕｒｅｍｅｎｔ（９＆ＣｏｎｔｒｏｌＣｏｍｐｕｔｅｒ
中图分类号：ＴＰ３０１
文献标识码：Ａ
ｆＩ蔓ｉ豸ｉ至稠
ｌ取小１几垃ｌ
文章编号：１６７１—４５９８（２０１１）０９—２３００—０２
一种大气压力传感器数据采集系统的研究
侯小华，胡文东，张利利
（第四军医大学陕西省重点实验室，陕西西安７１００３２）
摘要：为了实时监控飞行人员的工作能力状态，对飞行人员的工作环境参数进行实时检测；以Ｃｈｉｐｃｏｎ公司的ＣＣ２４３０单片机为主控制芯片，采用大容量存储设备。设计了实时监测大气压力及海拔高度的低功耗测量系统；给出了该控制器的功能和硬件结构以及软件流程设计；该系统在低压舱中模拟海拔高度为２４００ｍ的高空环境。测得气压数值为７５５ｈＰ，对应海拔高度为２４１３ｍ，误差０．５％。实验结果表明．该系统可以成功的采集数据，并储存在ＭｉｃｒｏＳＤ卡上。
关键词：ＣＣ２４３０单片机；大气压力传感器ＳＭＤ５００；ＯＬＥＤ液晶显示｝ＭｉｃｒｏＳＤ卡
ＤｅｓｉｇｎｏｆＡｌｔｉｍｅｔｅｒａｎｄＢａｒｏｍｅｔｅｒＭｏｄｕｌｅＭｏｎｉｔｏｒＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄ
Ｗｅｎｄｏｎｇ，Ｚｈａｎｇ
Ｌｉｌｉ
７１００３２，Ｃｈｉｎａ）
ｏｎ
ＣＣ２４３０
ＨｏｎＸｉａｏｈｕａ，ＨＵ
（ＦｏｕｒｔｈＭｉｌｉｔａｒｙＰｈｙｓｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｍｏｎｉｔｏｒｔｈｅｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｉｌｏｔｉｎｔｈｅｓｋｙｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ，ｉｔｄｅｔｅｃｔｓｔｈｅｗｏｒｋｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆｐｉｌｏｔ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｏｆａｌｔｉｍｅｔｅｒａｎｄｂａｒｏｍｅｔｅｒ．Ｉｔｂｕｉｌｄｓ
ａ
ｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＣＣ２４３０ｃｈｉｐａｎｄ
ｔｏ
ＳＭＤ５００ｃｈｉｐ．Ｉｔ
ｇｅｔｓ
ｔｈｅａｌｔｉｍｅｔｅｒａｎｄｂａｒｏｍｅｔｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｗｒｉｔｅｓ
ｔｏ
ｔｏ
ＭｉｃｒｏＳＤ
ｃａｒｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ．Ｉｔａｌｓｏｂｕｉｌｄｓｍｏｒｅｄａｔｅｗｅａｔｈｅｒｆｏｒｅｃａｓｔａｎｄ
Ｋｅｙ
ＳＯ
ｏｎ．
ｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｉｌｏｔ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｉｔｗｉｌｌｂｅｕｓｅｄ
ｏｕｔｄｏｏｒｓｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，ｓｐｏｒｔｓ，
ｗｏｒｄｓ：ＣＣ２４３０；ａｌｔｉｍｅｔｅｒ／ｂａｒｏｍｅｔｅｒｍｏｄｕｌｅＳＭＤ５００；ＯＬＥＤｓｃｒｅｅｎ；ｍｉｃｒｏＳＤｃａｒｄ
０
引言
为了实时监控飞行人员的工作能力状态，对飞行人员的工作
定时器、看门狗定时器、３２．７６８ｋＨｚ晶振的休眠模式定时器、
上电复位电路、掉电检测电路，以及２１个可编程Ｉ／Ｏ引脚。
ＣＣ２４３０芯片采用０．１８ｔ－ｍＣＭＯＳ工艺生产，工作时的电流损耗为２７ｍＡ；在休眠模式时仅０．９灶Ａ的电流损耗，此时通过外部中断或ＲＴＣ来唤醒系统［１］。ＣＣ２４３０芯片的休眠模式转换
环境参数进行实时检测。大气压力和海拔高度是飞行员工作环境的一个重要参数。该系统的大气压力采集是基于ＣＣ２４３０单片机
和大容量数据存储模块设计的。可以实时地检测气压变化，并将
数据显示和存储起来，其佩戴方式采用手腕式，测试非常方便。
得到飞行人员的飞行环境的大气压力和海拔高度的实时变化，可以为进一步研究飞行人员的工作能力的变化提供大量的宝贵资料。
到主动模式的时间超短，特别适合那些要求电池寿命非常长的
应用。
２系统硬件设计
２．１大气压采集模块硬件电路设计
此外，该系统还可以应用于户外导航、航海技术、休闲和运动、
天气预报、垂直的速度指示（上升／下沉速度）。
大气压力检测采用德国ＢＯＳＣＨ公司的ＳＭＤ５００数字压力传感器。它采用１２Ｃ总线，工作电压２．０～３．６Ｖ，典型值为
３．３
ｌ大气压采集系统的总体设计
系统由Ｃｈｉｐｃｏｎ公司的ＣＣ２４３０单片机，ＭｉｃｒｏＳＤ卡模
块，ＯＬＥＤ显示模块，大气压力采集模块，电源管理模块等组成，如图ｌ所示。
Ｖ供电，睡眠电流０．１ｐＡ，工作电流消耗５肛Ａ。标准模式
１１００
１０扯Ａ。压力范围３００ｈＰａ（９０００ｍ～一５００ｍ）。主要应
用户外导航、航海技术、休闲和运动、天气预报、垂直的速度指示（上升／下沉速度）口］。ＳＭＤ５００与ＣＣ２４３０单片机的连接原理图如图２所示。ＭＣＬＫ为时钟信号，可以选择１ＭＨｚ或
者３２７６８Ｈｚ，本系统采用１ＭＨｚ的有源晶振给ＳＭＤＳ００提供时钟信号。
２．２
【
大气压采集模块
Ｈ
ｃｃ２４３０单片机
／围
ｔ
电源管理模块
ＯＬＥＤ显示模块硬件设计
有机电致发光显示（０ＬＥＤ）技术是下一代最有竞争力的
平板显示技术［３］。Ｓｏｌｏｍｏｎ公司投入市场的ＳＳＤｌ３０１被公认
图１气压检测系统的组成框图
ＣＣ２４３０芯片具有一个８位ＭＣＵ（８０５１），３２／６４／１２８ｋＢ
为是第一枚把控制器、行驱动器、列驱动器集成于一体的专用于ＯＬＥＤ显示控制驱动的集成电路。我们用ＳＳＤｌ３０３成功驱
动了１２８×６４点阵的ＯＬＥＤ显视屏［３］。
可编程闪存和８ｋＢ的ＲＡＭ，包含模／数转换器（ＡＤＣ）、４个
该器件采用ＴＣＰ／ＴＡＢ封装，提供的逻辑电源为２．４～
３．５Ｖ，供给ＯＬＥＤ屏的电源为７．Ｏ～１６Ｖ，低电流睡眠模式小
收稿日期：２０１１—０２—２８；修回日期：２０１１—０４—０７。基金项目：国家自然科学基金（６０８７９００７）。
于５ｍＡ，具有几个ＭＣＵ接口，如６８／８０并行总线和串行总线。采用此类芯片可进一步提高产品的可靠性和竞争力，是今
后的主流产品［３］。
作者简介：侯小华（１９８２一），女，陕西宝鸡扶风人，硕士，助理研究员，主要从事医疗装备方向的研究。
本系统中ＯＬＥＤ液晶显示模块显示日期、时间、当前实
万方数据
第９期侯小华，等：一种大气压力传感器数据采集系统的研究
・２３０１・
图２ＳＭＤ５００与控制器的连接原理图
时大气压力和海拔高度等。ＣＣ２４３０单片机利用串行总线和０ＬＥＤ显示驱动器ｓＳＤｌ３０３连接，进行数据显示，节省了ＣＣ２４３０单片机的Ｉ／０口，并降低了系统功耗。
２．３
ＭｉｃｒｏＳＤ卡存储模块硬件设计
ＭｉｃｒｏＳＤ的外形尺寸ｆｉｔ，ｌ，，应用在手机、ｍｐ３等小体积的
系统中。ＭｉｃｒｏＳＤ卡的接口支持ＳＰＩ模式。ＳＰＩ模式是Ｍｏｔｏｒｏｌａ
公司提出的一种同步串行外设接口，允许ＣＰＵ与各种外围接口器件以串行方式进行通信、交换信息。它使用４条线：串行时钟线（ＳＣＩ。）、主机输入／从机输出线（ＭＩＳＯ）、主机输出／从机
输入线（ＭＯＳＩ）、低电平有效的使能信号线（ＣＳ）［４］。
一天２４小时采集的大气压力数据量计算如下：采样频率
为１点／ｓ，每个点用１６位表示，则数据量为：１×３６００×２４×２—０．１７２８ＭＢ。采用金士顿２Ｇ的ＭｉｃｒｏＳＤ卡存储可以使用大概３１年的时间。ＭｉｃｒｏＳＤ卡和ＣＣ２４３０单片机的连接原理图如图３所示。
ｖｃｃ
图３单片机引脚和ＭｉｃｒｏＳＤ卡的电路连接图
２．４电源管理模块硬件设计
ＳＰ６６４１是Ｓｉｐｅｘ公司生产的一种性价比极高的低功耗低压升压型ＤＣ—ＤＣ转换器。能在输入电压动态范围较大时，为单片机系统提供稳定的直流供电，其静态电流极低，电池转
换效率高，多用于一些电池供电设备中［５］。在本系统中采用此款芯片，管理整个系统的供电部分。其原理图如图４所示。
３系统软件设计
系统软件完成主要功能为大气压力数据采集及运算、显示、ＭｉｃｒｏＳＤ卡有关初始化和写操作，配合硬件实现低功耗
运行。其软件流程图如图５所示。
ＣＣ２４３０单片机有一种活动模式（ＬＰＭｌ）和３种低功耗模式（ＬＰＭｌ～ＬＰＭ３），最低功耗为０．６弘Ａ。系统采用间歇工
万方数据
图４电源管理系统原理图
图５整个系统的软件流程图
ＳＤ卡写数据和显示更新等，大部分时间处ＳＭＤ５００与单片机之间采用的是１２Ｃ串行总线进行数据传ＭｉｃｒｏＳＤ卡数据存储部分
ＭｉｃｒｏＳＤ卡的读写方式采用ＳＰＩ模式。ＭｉｃｒｏＳＤ卡上的
ＳＤ卡中我们指定一个扇区记录本卡的编号，数（下转２３２２页）
作方式，由ＡＣＬＫ为时钟源的定时器Ａ触发时钟计时、大气
压力采集、Ｍｉｃｒｏ于ＬＰＭ３低功耗状态。
３．１大气压力采集部分
送，因而在对ＳＭＤ５００进行读写操作时严格遵循其时序，以
保证数据的完整性。利用ＣＣ２４３０的普通Ｉ／０口模拟１２Ｃ总线
时序。采集大气压力数据的软件流程图如图６所示
３．２
文件系统的存储基本单位是扇区，用ｆａｔ３２格式化之后，每个扇区的大小为５１２Ｂ，则采集数据时也要在ＣＣ２４３０中设置一个５１２Ｂ的内存缓冲区，写满一个５１２字节的数据量之后一次性
写入扇区中。这里我们按扇区进行读写，不建立复杂的文件系
统。在Ｍｉｃｒｏ据量大小，采样总时间，接下来的扇区用来记录采集到的数据。读数据时利用编好的上位机处理软件进行处理。并显示结
果。ＣＣ２４３０单片机中自带有ＳＰＩ总线，设置ＳＰＩ总线的时钟
频率为８ＭＨｚ，则存储５１２Ｂ的数据需要０．５ｍｓ，满足实时行要求。
・２３２２・
计算机测最与控制
第１９卷
周期相对改进前短许多。这说明通过对ＬＥＡＣＨ算法的改进，
ｗｉｒｅｌｅｓｓ
ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｄ］．Ｂｏｓｔｏｎ：Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ
ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｌＴｅｅｈ一
使网络中能量消耗更加均匀。
ｎｏｌｏｇｙ－２０００．
但是这种算法仍然存在缺点：（１）改进ＬＥＡＣＨ在簇头推
Ｅ４３李岩・张曦煌，李彦中．基于ＬＥＡＣＨ协议的簇头多跳
举时仍然没有考虑簇头的位置信息，这样造成簇头节点位置分（ＬＥＡＣＨ－－Ｍ）算法ＥＪ］・计算机工程与设计，２００７，１７（２８）：布不均匀；（２）传输信息所消耗的能量与簇头距Ｓｉｎｋ节点的
，、””””‘
消耗较大能量问题。如对其进行改进可以节省网络能量，提高
要塞妻羔量竺兰算鋈篓喜，耄曼兰磐ｊ。曼。，装髦耄的！皇凹１。Ｙ诎ｏｕｎ。ｉｓ：ＯＡ’嚣ｍｒａｙ
Ｓ。．Ｄ，。ｉ竺试ｅｄ训ｃｌｕｓ哪ｔｅｒｉ。ｎｇ州ｉｎｃ。二ｕｔｅｒ。ｎｄ
ａｄ虬－－ｈｏｈｅｓｅ胁ｎｓｏ州ｒｎｅｔ。－
Ｊ。ｉ。ｔ
ｃ。ｎｆ二ＩＥＥＥｃ。：二ｕｎｉｃａｔ三。；。ｃｉｅｔ：ｅｓ（ＩＮＦｏ一
网络生命周期；（３）这种算法改进不能实质减少Ｎ－］络能量消
ＣＯＭ）ｒｃｌ．Ｍ。，ｃｈ２００４，
耗，只是让能量消耗在网络中分布的更加均匀。如果要使立体
［６］ＡｒａｔｉＭａｎｊｅｓｈｗａｒ。ｎｄ
Ｄｈａ，。ａＰ．Ａｇｒａｗａｌ．ＴＥＥＮ：Ａｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏ一
空间中的无线传感器网络运行能耗更小，网络性能指标更高，ｔＯＣＯｌ
ｆｏｒｅｎｈａｎｃｅｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｎｗｉｒｅｌｅｓｓ
ｓｅｎｓｏｒ
ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ａ］．Ｉｎ
需进一步对算法改进ｒ８。］。
１５＇ｈ
ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｐａｒａｉｌｅｌ
ａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ
Ｄｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ
［ｃ］．２００１．
［１］孙利民，李建中，等．无线传感器网络［Ｍ］．北京：清华大学出
ＥｌｅｃｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌｆｏｒＣｌｕｓｔｅｒｅｄＨｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓ
版社，２００８．
ＥＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｃｉｔｅｓｅｅｒｘ．ｉｓｔ．ｐｓｕ．ｅｄｕ／ｖｉｅｗｄｏｃ／
［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ
ｏｎ
ｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００２，１（４）：ｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，２００３，Ｍａｒｃｈ：１２７４—１２７９．
（上接２３０１页）
ｈＰ大气压
工
初始化启动压力
传感器
，
等待３４％
Ｊ
，
工
读ＵＰ』
，
ｆ
读ｌ｝ｌ校准二［
州数
ｓ：ｚ磊五品ｉ赢丽品ｉ函蕊葛忑品五蕊忑蜀五忑忑五五赢蕊五石品而五赢Ｚ夏石
时间轴ｔ
工
计算大气挑力值
图７系统实验图
员工作能力状态实时监测的研究提供大量有用的资料，而且本
计算海拔
系统还可以广泛应用在户外导航、航海技术、休闲和运动、天
气预报、垂直的速度指示（上升／下沉速度）。整个系统采用
Ｉ竺！竺Ｊ’、－．．．．．．．．．．．．．．．．．．√
低功耗设计，电池使用寿命长，大容量的数据存储卡可以长时
图６
ＳＭＤ５００数据采集软件流程图
间使用，不用替换。更舒服的是其佩戴方式采用手腕式，模仿
手表的佩戴方式，即美观又使得检测非常方便。
４实验
对该系统进行实验研究，将系统分两个时间段（１０：３０～
参考文献：
１１：３０，１３：３０～１４：３０）佩戴进入低压舱中，模拟海拔高度［１］ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．ＳｍａｒｔＲＦＣＣ２４３０ＰｒｅｌｉｍｉｎａｒｙＲｅｖ．１．０１［ＥＢ／
为２４００ｍ的高空环境，测得气压数值为７５５ｈＰ，如图７所示。ＯＬ］．２００５一０９—１５．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉ．ｃｏｒｎ．［２］Ａｌｔｉｍｅｔｅｒ／ＢａｒｏｍｅｔｅｒＭｏｄｕｌｅＳＭＤ５００ｄａｔａｓｈｅｅｔ［Ｚ］．
利用公式（１）Ｌ２３计算海拔：
［３］李震梅，魏佩瑜，柳宝虎．ＯＬＥＤ矩阵显示屏控制电路的设计
ａｌｔｉｔｕｄｅ一４４３３０×ｒ１一（＃）—蠹、≈２４１３ｍ
（１）
ＥＪ］．电子设计。２００７，（２３）：２６２—２６３．
＼Ｐ０
／
［４］聂虹．ＳＰＩ模式下ＭＭＣ卡的读写机锏口］．单片机与嵌入式系
式中，Ｐ。＝１０１３．２５ｈＰ，海平面的气压数值。Ｐ为实际测量到
统应用，２００７，（７）：４５—４７．
的数据。计算所得数据误差为０．５％。
ＩＳ］文治洪，胡文东，王涛．基于ＳＰ６６４１的手持设备设计的电源设
５结论
计口］．电子设计工程，２００９，１２（１７）：１—２．
［６］段勇．基于ＭＳＰ４３０单片机的ＳＤ卡读写口］．生物医学工程研
通过对系统的实验测试，可以实时的检测大气压力和海拔
究，２００７，２６（４）：３４７—３５０．
高度，并成功的将数据显示和存储起来。这为我们测量飞行人［７］傅峙．ＳＤ卡在记录心肺音数据中的应用［Ｊ］．测控技术，２００８，
员工作环境的变化提供了参考数据，为我们进一步进行飞行人
２７（４）：９ｌ一９５．
万方数据
一种大气压力传感器数据采集系统的研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
侯小华， 胡文东， 张利利， Hou Xiaohua， Hu Wendong， Zhang Lili第四军医大学陕西省重点实验室,陕西西安,710032计算机测量与控制
Computer Measurement & Control2011,19(9)3次
1. Texas Instruments SmartRF CC2430 Preliminary Rev.1.01 20052. Altimeter/Barometer Module SMDS00 datasheet
3. 李震梅,魏佩瑜,柳宝虎 OLED矩阵显示屏控制电路的设计[期刊论文]-微计算机信息 2007(20)4. 聂虹,徐爱钧 SPI模式下MMC卡的读写机制[期刊论文]-单片机与嵌入式系统应用 2007(7)5. 文治洪,胡文东,王涛 基于SP6641的手持设备电源设计[期刊论文]-电子设计工程 2009(12)6. 段勇,陈真诚,宋含 基于MSP430单片机的SD卡读写[期刊论文]-生物医学工程研究 2007(4)7. 傅峙东 SD卡在记录心肺音数据中的应用[期刊论文]-测控技术 2008(4)
1. 苏玉召 物联网提升纺织企业节能减排效果的研究[期刊论文]-棉纺织技术 2014(7)2. 赵玺 基于无线传感网络的汽车气囊爆炸风险检测[期刊论文]-计算机仿真 2013(01)3. 苏玉召 基于物联网的纺织业节能减排跟踪检测方法[期刊论文]-毛纺科技 2014(8)
引用本文格式：侯小华. 胡文东. 张利利. Hou Xiaohua. Hu Wendong. Zhang Lili 一种大气压力传感器数据采集系统的研究[期刊论文]-计算机测量与控制 2011(9)