CN204439268U - 一种微功耗数字压力表 - Google Patents

Abstract

一种微功耗数字压力表，属于压力测量技术领域。包括数据处理单元、与数据处理单元相连的传感器单元以及对二者实现供电的供电单元，其特征在于：传感器单元至少包括恒流源模块、由恒流源模块供电的传感器模块以及对传感器模块输出信号进行放大的放大器模块，数据处理单元中至少包括中央处理模块以及与中央处理模块连接的显示模块，传感器模块输出的信号送至中央处理模块进行处理。本压力表微功耗，利用电池供电，不需要铺设电缆，同时测量精确尤其适用于不需要压力值远传场合。

Description

一种微功耗数字压力表

技术领域

一种微功耗数字压力表，属于压力测量技术领域。

背景技术

压力仪表作为测量压力的常规仪表被普遍应用到各个行业中。目前，工业上测量压力的产品主要有两类，一类是机械式压力表，该类压力表通过表内的敏感元件（波登管、膜盒、波纹管）的弹性形变，再由表内机芯的转换机构将压力形变传导至指针，引起指针转动来显示压力；另一类为输出工业标准信号（如4~20mA电流信号）的压力变送器，通过其内的压力传感器以及变送线路板配合将监测到的压力以电信号的形式进行远传。现有技术的机械式压力表以及压力变送器分别具有其各自的缺陷。

传统的机械式压力表这种压力表受其结构限制，用指针读数只能估读，误差大，使得测量精度下降，而且不能过压使用，机械部件容易疲劳，使用寿命短，需经常专业人员维护才能保证其可靠性，无形中增加了成本。

针对压力变送器，其主要应用在需要压力值远传的场合，虽具有数码管或液晶显示，但其变送输出的4~20mA信号只能通过电缆线远传至中央控制室，通过中央控制室的上位机进行转换显示压力值，因此在实际现场，工作人员往往无法立即掌握实时的压力值。另外压力变送器在工作时需要外部提供直流电源对其供电，因此在一些无需进行变送输出且不便于线路的铺设的场合不适用，很大程度上受现场条件的制约。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种微功耗，利用电池供电，不需要铺设电缆，同时测量精确尤其适用于不需要压力值远传场合使用的微功耗数字压力表。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该微功耗数字压力表，包括数据处理单元、与数据处理单元相连的传感器单元以及对二者实现供电的供电单元，其特征在于：传感器单元至少包括恒流源模块、由恒流源模块供电的传感器模块以及对传感器模块输出信号进行放大的放大器模块，数据处理单元中至少包括中央处理模块以及与中央处理模块连接的显示模块，传感器模块输出的信号送至中央处理模块进行处理；

所述的供电单元包括电源以及与电源相连的分别对数据处理单元、传感器单元实现供电的主电源模块、副电源模块，副电源模块为恒流源模块供电，主电源模块为中央处理模块以及显示模块供电，中央处理模块同时与副电源模块连接并对其进行控制。

优选的，所述的数据处理单元中还设置有AD转换模块以及按键模块，按键模块连接至中央处理模块的信号输入端，AD转换模块的输出端连接至中央处理器的输入端，放大器模块输出端连接至AD转换模块的输入端；所述的主电源模块同时连接AD转换模块以及按键模块。

优选的，所述的电源为锂电池。

优选的，所述的副电源模块采用型号为MCP1801的芯片，其3脚与所述中央处理器的信号输出端相连。

优选的，所述的恒流源模块包括型号为TLV2631的运放芯片以及电阻R7~R9。

优选的，所述的放大器模块采用型号为INA122的仪表放大器芯片。

优选的，所述的按键模块包括按键SET、按键UP以及按键DOWN，主电源模块输出端同时通过电阻R1并联按键DOWN一端以及中央处理模块的输入端，通过电阻R2并联按键UP的一端以及中央处理模块的输入端，通过电阻R6并联按键SET的一端以及中央处理模块的输入端，按键UP、按键DOWN以及按键SET分别通过电阻R3~R5接地。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果是：

1、本实用新型的一种微功耗数字压力表的中央处理单元采用超低功耗芯片，运算放大器、仪表放大器、AD转换模块均采用低电流的芯片，从硬件设计上均选用低功耗的芯片，从软件设计上利用中央处理单元的休眠功能，使仪表大部分时间都在休眠，达到了整个压力表微功耗的目的。

2、压力信号的采集通过扩散硅压阻式传感器，作为整个压力表的核心部件不仅过压能力强，而且灵敏度高、可靠性好，几乎免维护。

3、通过四位LCD液晶显示，数字显示，清晰直观，无视差。

4、采用一节AA级高能锂电池供电，避免了传统4~20mA输出的压力变送器需要外部提供24V直流电源的限制，因此不需要铺设线缆，尤其适用于不需要压力值远传的场合。

附图说明

图1为微功耗数字压力表原理方框图。

图2为微功耗数字压力表电路原理图。

具体实施方式

图1~2是本实用新型的最佳实施例，下面结合附图1~2对本实用新型做进一步说明。

在图1所示本微功耗数字压力表的原理方框图中，黑色箭头表示供电信号流向，白色箭头表示控制信号流向。微功耗数字压力表，包括供电单元、传感器单元以及数据处理单元，传感器单元与数据处理单元相连，供电单元同时为传感器单元以及数据处理单元供电。供电单元包括电池以及电池相连的主电源模块和副电源模块，主电源模块和副电源模块由稳压芯片实现，分别将电池输出地电压转换为不同的电压，主电源模块和副电源模块分别为数据处理单元和传感器单元供电。电池采用AA级高能锂电池。

传感器单元包括恒流源模块、传感器模块以及放大器模块，恒流源模块输出地电流信号与传感器模块的供电输入端相连，传感器模块的信号输出端连接放大器模块的信号输入端。恒流源输出地电流信号作为传感器模块的供电信号驱动传感器模块工作，传感器模块输出的信号送入放大器模块内进行信号的放大，将放大后的信号送至数据处理单元内进行处理。副电源模块的输出端分别与恒流源模块和放大器模块相连，作为其二者供电电源。

数据处理单元包括AD转换模块、中央处理模块、显示模块以及按键模块。传感器单元中放大器模块的信号输出端连接至AD转换模块的信号输入端，AD转换模块的信号输出端连接中央处理模块的信号输入端，中央处理模块的信号输出端连接显示模块的信号输入端，按键模块连接至中央处理模块的信号输入端。放大器模块输出地信号送入AD转换模块内进行模数转换，AD转换模块将输出地数字信号送至中央处理模块内，由中央处理模块进行处理。中央处理模块控制显示模块进行显示，通过按键模块向中央处理模块输入指令，由中央处理模块进行处理。供电单元中的主电源模块同时连接AD转换模块、中央处理模块以及显示模块，并为其供电，主电源模块同时接入按键模块中。中央处理模块的信号输出端同时连接副电源模块，对其工作状态进行控制。

在图2所示的电路原理图中，包括微处理器U1、稳压芯片U2~U3、集成运放芯片U4、仪表放大器芯片U5、AD转换芯片U6以及显示屏U7。电池输出的电压Vcc同时连接稳压芯片的输入端：稳压芯片U2的3脚以及稳压芯片U3的1脚。稳压芯片U2的1脚接地，3脚并联电容C2接地，2脚同时连接微处理器U1的20脚、显示屏U7的1脚以及AD转换芯片U6的5脚实现供电；稳压芯片U2的2脚同时通过电阻R1并联按键KEY2一端以及微处理器U1的5脚，通过电阻R2并联按键KEY1的一端以及微处理器U1的4脚，通过电阻R6并联按键KEY3的一端以及微处理器U1的26脚，按键KEY1~KEY3分别通过电阻R3~R5接地。微处理器U1的24脚、25脚分别与显示屏U7的2脚、4脚相连，显示屏U7的3脚接地。

稳压芯片U3的2脚接地，1脚和2脚之间并联电容C3，3脚连接微处理器U1的17脚，4脚为NC端，5脚为电压输出端。稳压芯片U3的5脚分别连接集成运放芯片U4的5脚和仪表放大器芯片U5的7脚实现供电。稳压芯片U3的5脚同时并联电阻R7的一端，电阻R7的另一端同时并联电阻R8的一端以及集成运放芯片U4的3脚，电阻R8的另一端接地。集成运放芯片U4的2脚接地，4脚通过电阻R9接地，1脚连接由电阻Ra~Rd表示的压力传感器的供电正极，压力传感器的供电负极同时经电阻R9接地，压力传感器的两输出端分别接至仪表放大器芯片U5的2脚和3脚。仪表放大器芯片U5的1脚和8脚之间串联电阻R10，4脚和5脚接地，输出端6脚串联电阻R11之后同时并联电容C1的一端以及AD转换芯片U6的1脚，电容C1的另一端接地。AD转换芯片U6的2脚、6脚接地，3脚和4脚分别连接微处理器U1的14脚、15脚。

稳压芯片U2~U3分别采用型号为MCP1700和MCP1801的芯片，实现上述的主电源模块和副电源模块。集成运放芯片U4以及电阻R7~R9组成上述的恒流源模块，集成运放芯片U4采用型号为TLV2631的芯片。图2中的电阻Ra~Rd表示压力传感器，在本微功耗数字压力表中，优选扩散硅压阻式传感器。仪表放大器芯片U5为上述的放大器模块，其型号为INA122。AD转换芯片U6为上述的AD转换模块，其型号为ADS1110。微处理器U1为上述的中央处理模块，其型号为PIC16F1938；显示屏U7为上述的显示模块，采用4位LCD液晶显示单元。按键KEY1~KEY3组成上述的按键模块，在实际产品中，按键KEY1~KEY3分别定义为UP按键、DOWN按键以及SET按键，SET按键与微处理器U1的RB5管脚（26脚）相连，该管脚具有电平变化中断功能，该功能可将器件从休眠模式中唤醒。

微处理器U1、由集成运放芯片U4以及电阻R7~R9组成的恒流源模块、仪表放大器芯片U5以及AD转换芯片U6均采用低功耗设计，使用一节高能锂电池即可实现长期供电，低功耗设计延长了电池使用寿命，节约了成本，避免了传统压力变送器需要外部提供直流电源的限制。传感器采用扩散硅压阻式传感器，过载范围大，灵敏度高。克服了传统的机械式指针压力表，不能过载使用，否则会导致永久性损坏，而且灵敏性也差，读数时需敲动表壳的缺点。

具体工作过程及工作原理如下：

电池同时向主电源模块和副电源模块供电，主电源模块将电池输出端的电压转换稳压之后为AD转换模块、中央处理模块以及显示模块，并为其供电，主电源模块同时接入按键模块中。副电源模块的输出端分别与恒流源模块和放大器模块相连，作为其二者供电电源。

恒流源电路电源为传感器模块提供工作电流，传感器模块将采集到的压力信息转换成压力毫伏信号传递给放大器模块，根据增益电阻RG（电阻R10）的大小来确定放大倍数，将采集到的差分信号放大成伏级信号，送至AD转换模块提供输入信号。AD转换模块将模拟信号转换成数字信号送入中央处理模块，中央处理模块将AD转换模块转换后的数字信号通过数据滤波、计算、处理后，通过显示模块将处理后的结果显示出来。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种微功耗数字压力表，包括数据处理单元、与数据处理单元相连的传感器单元以及对二者实现供电的供电单元，其特征在于：传感器单元至少包括恒流源模块、由恒流源模块供电的传感器模块以及对传感器模块输出信号进行放大的放大器模块，数据处理单元中至少包括中央处理模块以及与中央处理模块连接的显示模块，传感器模块输出的信号送至中央处理模块进行处理；

所述的供电单元包括电源以及与电源相连的分别对数据处理单元、传感器单元实现供电的主电源模块、副电源模块，副电源模块为恒流源模块供电，主电源模块为中央处理模块以及显示模块供电，中央处理模块同时与副电源模块连接并对其进行控制。

2.根据权利要求1所述的微功耗数字压力表，其特征在于：所述的数据处理单元中还设置有AD转换模块以及按键模块，按键模块连接至中央处理模块的信号输入端，AD转换模块的输出端连接至中央处理器的输入端，放大器模块输出端连接至AD转换模块的输入端；所述的主电源模块同时连接AD转换模块以及按键模块。

3. 根据权利要求1所述的微功耗数字压力表，其特征在于：所述的电源为锂电池。

4. 根据权利要求1所述的微功耗数字压力表，其特征在于：所述的副电源模块采用型号为MCP1801的芯片，其3脚与所述中央处理器的信号输出端相连。

5. 根据权利要求1所述的微功耗数字压力表，其特征在于：所述的恒流源模块包括型号为TLV2631的运放芯片以及电阻R7~R9。

6. 根据权利要求1所述的微功耗数字压力表，其特征在于：所述的放大器模块采用型号为INA122的仪表放大器芯片。

7. 根据权利要求2所述的微功耗数字压力表，其特征在于：所述的按键模块包括按键SET、按键UP以及按键DOWN，主电源模块输出端同时通过电阻R1并联按键DOWN一端以及中央处理模块的输入端，通过电阻R2并联按键UP的一端以及中央处理模块的输入端，通过电阻R6并联按键SET的一端以及中央处理模块的输入端，按键UP、按键DOWN以及按键SET分别通过电阻R3~R5接地。