基礎(chǔ)知識(shí)之海拔高度傳感器

海拔高度傳感器是一種用于測(cè)量相對(duì)于海平面的高度或垂直距離的傳感器。它能夠檢測(cè)大氣壓力的變化，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的高度值。海拔高度傳感器通常使用氣壓傳感器來(lái)測(cè)量大氣壓力。由于大氣壓隨著海拔的變化而變化，因此通過(guò)測(cè)量大氣壓力，可以推斷出所在位置的海拔高度。

海拔高度傳感器通常是基于大氣壓力的測(cè)量原理工作的。下面是海拔高度傳感器的一般工作原理：

大氣壓力感知：海拔高度傳感器內(nèi)部包含一個(gè)氣壓傳感器元件，它可以感知周圍環(huán)境的氣壓變化。這個(gè)傳感器元件可以將氣壓轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

參考?xì)鈮韩@?。簽榱擞?jì)算海拔高度，傳感器需要一個(gè)參考?xì)鈮褐祷騾⒖己０胃叨?。這個(gè)參考值可以通過(guò)地面氣壓的測(cè)量獲得，或者可以設(shè)定為某個(gè)特定的參考標(biāo)準(zhǔn)值。

海拔計(jì)算：傳感器將測(cè)量到的氣壓值與參考?xì)鈮褐颠M(jìn)行比較。隨著海拔的增加，大氣壓力會(huì)逐漸降低。通過(guò)計(jì)算差異，傳感器可以推算出所在位置的海拔高度。

氣壓和海拔高度之間的關(guān)系可以通過(guò)以下公式來(lái)近似計(jì)算：

其中：

• h是海拔高度(單位：米)
• T0是海平面上的標(biāo)準(zhǔn)溫度（通常取288.15K）
• L是溫度隨海拔高度變化的標(biāo)準(zhǔn)lapse rate（通常取0.0065K/m）
• P0是海平面上的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325KPa）
• P為實(shí)際的氣壓
• h0為參考海拔高度

溫度和濕度補(bǔ)償(可選):有些海拔高度傳感器還可能集成溫度傳感器和濕度傳感器。這些傳感器可以幫助考慮氣溫和濕度對(duì)氣壓的影響，從而提供更精確的海拔測(cè)量結(jié)果。 需要注意的是，為了獲得準(zhǔn)確的海拔高度測(cè)量結(jié)果，傳感器需要在使用前進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)整。這通常涉及在已知的參考海拔高度或標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。 此外，由于大氣壓力會(huì)受到天氣、氣候和地理位置的影響，所以在不同的環(huán)境和地區(qū)中，傳感器的精度和準(zhǔn)確性可能會(huì)有所差異。因此，在特定應(yīng)用中使用海拔高度傳感器時(shí)，可能需要根據(jù)具體情況進(jìn)行校準(zhǔn)和校正處理，以確保測(cè)量結(jié)果的可靠性。

溫度和濕度補(bǔ)償（可選）：有些海拔高度傳感器還可能集成溫度傳感器和濕度傳感器。這些傳感器可以幫助考慮氣溫和濕度對(duì)氣壓的影響，從而提供更精確的海拔測(cè)量結(jié)果。

需要注意的是，為了獲得準(zhǔn)確的海拔高度測(cè)量結(jié)果，傳感器需要在使用前進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)整。這通常涉及在已知的參考海拔高度或標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

常見(jiàn)的校準(zhǔn)和校正處理方法：

1. 溫度校準(zhǔn)：執(zhí)行溫度校準(zhǔn)以補(bǔ)償傳感器輸出受溫度影響的誤差。通常，您需要將傳感器暴露在已知溫度下，并記錄傳感器輸出值和相應(yīng)的溫度值。然后，使用這些數(shù)據(jù)來(lái)建立溫度校準(zhǔn)曲線或方程，以修正傳感器輸出。

   * 確保傳感器與環(huán)境達(dá)到熱平衡。

   * 將傳感器暴露在已知溫度下，可以使用溫度控制設(shè)備或氣候控制室進(jìn)行控制。

   * 記錄傳感器輸出值和相應(yīng)的溫度值。

   * 建立溫度校準(zhǔn)曲線或方程，將傳感器輸出與溫度進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

   * 在實(shí)際應(yīng)用中，使用校準(zhǔn)曲線或方程來(lái)補(bǔ)償溫度對(duì)傳感器輸出的影響。

2. 大氣壓校準(zhǔn)：通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓進(jìn)行比較，對(duì)傳感器輸出進(jìn)行校準(zhǔn)?？梢允褂脷鈮河?jì)等儀器獲得準(zhǔn)確的大氣壓值，并將其與傳感器輸出進(jìn)行比較。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓范圍內(nèi)的校準(zhǔn)，可以簡(jiǎn)單地將傳感器輸出與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓進(jìn)行比例縮放。

   * 使用準(zhǔn)確的大氣壓計(jì)等儀器測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值。

   * 將傳感器與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓進(jìn)行比較，記錄傳感器輸出值。

   * 建立大氣壓校準(zhǔn)曲線或方程，將傳感器輸出與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓進(jìn)行關(guān)聯(lián).

   * 在實(shí)際應(yīng)用中，使用校準(zhǔn)曲線或方程來(lái)校準(zhǔn)傳感器輸出，以補(bǔ)償大氣壓變化對(duì)海拔高度測(cè)量的影響。

3. 初始高度校準(zhǔn)：將傳感器與已知高度位置進(jìn)行比較，以確定初始偏差。安裝傳感器后，將其放置在已知高度的位置（如海平面），記錄傳感器輸出值并進(jìn)行校準(zhǔn)，以消除初始偏差。

   * 將傳感器安裝在已知高度的位置，例如已知海拔高度的地方。

   * 記錄傳感器輸出值并進(jìn)行校準(zhǔn)，以消除初始偏差。

   * 使用校準(zhǔn)后的傳感器輸出作為基準(zhǔn)高度進(jìn)行后續(xù)測(cè)量。

4. 漂移校正：定期進(jìn)行漂移校正，以糾正長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中傳感器輸出的偏移。可以使用標(biāo)準(zhǔn)高度參考或大氣壓參考對(duì)傳感器進(jìn)行重新校準(zhǔn)，并使用修正系數(shù)來(lái)補(bǔ)償漂移誤差。

   * 定期進(jìn)行漂移校正，以糾正傳感器輸出的長(zhǎng)期偏移。

   * 使用標(biāo)準(zhǔn)海拔高度或大氣壓值對(duì)傳感器進(jìn)行重新校準(zhǔn)。

   * 使用修正系數(shù)將漂移誤差補(bǔ)償?shù)絺鞲衅鬏敵鲋?，保持測(cè)量準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

5. 反饋校正：通過(guò)與其他位置或設(shè)備進(jìn)行比較，使用反饋校正方法實(shí)時(shí)修正傳感器輸出。例如，將傳感器的輸出與GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而糾正傳感器輸出中的誤差。

   * 將傳感器的輸出與其他可靠的高程測(cè)量設(shè)備進(jìn)行比較，例如全球定位系統(tǒng)（GPS）或氣象站等。

   * 分析傳感器輸出與可靠設(shè)備之間的差異，并應(yīng)用反饋校正方法來(lái)實(shí)時(shí)修正傳感器輸出值，以消除誤差。

具體的校準(zhǔn)和校正方法會(huì)因傳感器類型和制造商規(guī)范而有所不同。因此，在執(zhí)行校準(zhǔn)和校正之前，需要仔細(xì)閱讀傳感器的說(shuō)明文檔和制造商提供的指南，以了解適用于特定傳感器的正確校準(zhǔn)程序和技術(shù)。

海拔高度傳感器是一種測(cè)量物體或位置相對(duì)于海平面的垂直高度的設(shè)備。它廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

• 航空航天：海拔高度傳感器是飛行器上至關(guān)重要的組件，用于測(cè)量飛機(jī)、無(wú)人機(jī)和航天器相對(duì)于地面或海平面的高度。它們對(duì)于導(dǎo)航、飛行控制和氣壓補(bǔ)償非常重要。

• 地理信息系統(tǒng)（GIS）：在GIS應(yīng)用中，海拔高度傳感器用于生成數(shù)字地形模型和獲取地形高程數(shù)據(jù)。這對(duì)于地圖制作、地形分析和地理研究非常重要。

• 無(wú)人駕駛和導(dǎo)航系統(tǒng)：在自動(dòng)駕駛汽車、機(jī)器人和其他自主導(dǎo)航系統(tǒng)中，海拔高度傳感器用于定位和導(dǎo)航，幫助確定車輛或機(jī)器人相對(duì)于地面的高度和位置。

• 登山和戶外活動(dòng)：登山者、徒步者和戶外愛(ài)好者可以使用海拔高度傳感器來(lái)測(cè)量他們所處位置的高度，監(jiān)測(cè)高度變化，并獲得相關(guān)的氣壓和天氣信息。

總之，海拔高度傳感器在航空航天、氣象學(xué)、GIS、無(wú)人駕駛、室內(nèi)導(dǎo)航、登山和戶外活動(dòng)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

bosch-sensortec: Bosch Sensortec 是一家知名的傳感器制造商，他們提供了許多類型的傳感器，包括海拔高度傳感器。他們的傳感器具有高精度和低功耗的特點(diǎn)。

honeywell: Honeywel1 是一家全球領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化和傳感器解決方案提供商他們生產(chǎn)各種類型的傳感器，包括氣壓傳感器，可用于測(cè)量海拔高度。

STMicroelectronics: STMicroelectronics 是一家國(guó)際性的半導(dǎo)體制造商，他們提供多種傳感器解決方案，包括壓力和高度傳感器。他們的傳感器通常具有高精度和低功耗的特點(diǎn)。

sensirion: Sensirion 是一家專注于環(huán)境傳感器的瑞士公司，他們提供多種傳感器，包括數(shù)字式氣壓傳感器。他們的傳感器廣泛應(yīng)用于氣象、航空航天、室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

def altitude():
    ms5611_ut = read_pressure()
    ms5611_up = read_temperature()    
    dT = ms5611_ut - (ms5611_c[5] << 8)
    off = (ms5611_c[2] << 16) + ((dT*ms5611_c[4]) >> 7)
    sens = (ms5611_c[1] << 15) + ((dT*ms5611_c[3]) >> 8)    
    temperature = 2000 + ((dT*ms5611_c[6]) >> 23);
    T2 = 0
    off2 = 0
    sens2 = 0
    if temperature < 2000:
        T2 = (dT*dT ) >> 31
        delt = temperature - 2000
        delt = delt * delt
        off2 = (5 * delt) >> 1
        sens = (5 * delt) >> 2
        if temperature < 2000:
            delt = temperature + 1500
            delt = delt * delt
            off2 += 7 * delt
            sens += (11 * delt) >>1
    temperature -= T2
    off -= off2
    sens -= sens2    
    temperature = temperature / 100.0
    #w溫度補(bǔ)償后的氣壓
    pressure = (((ms5611_up * sens) >> 21) - off) >> 15
    pressure = pressure / 100.0    
    height = ((1.0 - pow(pressure / 101325.0, 0.190295))*44300.0)    
    #求相對(duì)高度
    #上電100個(gè)數(shù)據(jù)后
    global num
    if (num < 120):
        num = num + 1
    else:
        num = num        
    if (num > 100):
       if (cnt < MS5611_WIN_FILTER):
            alt[cnt] = height
            cnt = cnt + 1
        else:
            ms5611SumDat  = 0.0
            for i in range[MS5611_WIN_FILTER - 1]:
                alt[i] = alt[i+1]
                ms5611SumDat += alt[i]
            alt[cnt-1] = height
            ms5611SumDat += alt[cnt-1]
            ms5611CurAlt = ms5611SumDat / MS5611_WIN_FILTER
            if baroCalok == True:
                ms5611CurAlt -= ms5611StartAlt
                #相對(duì)高度
            num = 100
        num = num + 1
    return height    

結(jié)果顯示：