CN210833974U - 一种精密数字压力表电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种精密数字压力表电路，包括电源、电源保护稳压电路、压力传感电路、信号处理电路、主控制电路和显示电路，电源与电源保护稳压电路电连接，电源保护稳压电路分别于压力传感电路、信号处理电路、主控制电路和显示电路电连接，压力传感电路、信号处理电路、主控制电路与显示电路顺次电连接。本实用新型的通过电源保护稳压电路对电源进行保护，并且通过电源为压力传感电路、信号处理电路、主控制电路和显示电路供电，信号处理电路对压力传感电路检测的压力信号进行处理，并输出至主控制电路，以确定压力值并通过显示电路显示，检测结果精确稳定，不需要单独拉线接电源，方便控制系统采集压力值，可完全替代进口产品。

Description

一种精密数字压力表电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种精密数字压力表电路。

背景技术

压力表的设计和开发已经有很多类型和款式，但是现在市场上的压力表大部分是以指针式压力表为主，指针式的指示精度低，一般在1.5级，或2.5级左右，并且指针式压力表不方便控制系统采集压力值，为了采集现场的压力参数往往还要加装压力变送器，所以很多工业现场都是用带现场显示的压力变送器来替代。带现场显示的压力变送器要单独拉线，并且需要DC24V电源，但是有些应用场合又不方便单独拉线，或者要单独拉很多线成本高、效率低。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种精密数字压力表电路。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种精密数字压力表电路，包括电源、电源保护稳压电路、压力传感电路、信号处理电路、主控制电路和显示电路，所述电源与所述电源保护稳压电路电连接，所述电源保护稳压电路分别与所述压力传感电路、信号处理电路、主控制电路和显示电路电连接，所述压力传感电路与所述信号处理电路电连接，所述信号处理电路与所述主控制电路电连接，所述主控制电路与所述显示电路电连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的的精密数字压力表电路，通过所述电源保护稳压电路对所述电源进行保护，并且通过所述电源为所述压力传感电路、信号处理电路、主控制电路和显示电路供电，所述信号处理电路对压力传感电路检测的压力信号进行处理，并输出至所述主控制电路，以确定压力值并通过显示电路显示，检测结果精确稳定，不需要单独拉线接电源，方便控制系统采集压力值，可完全替代进口产品。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步：所述电源保护稳压电路包括自恢复保险丝PTC、瞬态抑制二极管TVS、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、稳压管Q1和瞬态抑制二极管TVS2，所述电源正极通过所述自恢复保险丝PTC与所述瞬态抑制二极管TVS的负极电连接，所述瞬态抑制二极管TVS的正极与电源正极电连接，所述瞬态抑制二极管TVS的负极通过所述自恢复保险丝PTC与所述稳压管Q1的输入端电连接，所述稳压管Q1的输入端作为第一输出端分别与所述压力传感电路的电源输入端和信号处理电路的输入端电连接，所述稳压管Q1的输入端与所述电源负极之间并联有所述电容C1和电容C2，所述稳压管Q1的接地端接地，所述稳压管Q1的输出端与所述电源负极之间并联有所述电容C3和电容C4，所述稳压管Q1的输出端与所述瞬态抑制二极管TVS2的负极电连接，所述瞬态抑制二极管TVS2的正极与所述电源的负极电连接，所述稳压管Q1的输出端与作为第二输出端分别与所述压力传感电路的参考电压输入端和所述主控制电路的电源输入端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述自恢复保险丝PTC可以在线路过流时快速断开，而且事后能自恢复到正常导通状态，通过所述瞬态抑制二极管TVS可以提供电压冲击过高的浪涌保护，避免浪涌冲击电压过高，损坏所述压力传感电路、信号处理电路和主控制电路，通过所述稳压器Q1可以使得电源输入的电压范围宽，最高可承受DC 24V电压，不会因为电压过高而损坏，同时提供稳定的3.3V电压给所述主控制电路和压力传感电路。

进一步：所述保护稳压电路还包括阻容吸收电路，所述阻容吸收电路包括电阻R0、电阻R0*、电容C0和电容C0*，所述电阻R0和电容C0顺次串联在所述电源正极和外壳地之间，所述电阻R0*和电容C0*顺次串联在电源的负极和外壳地之间。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述阻容吸收电路可以对外部电源输入的电压信号进行滤波，除去信号中的杂波成分，保证输出信号的稳定性，既能提高抗干扰能力、又不影响产品的绝缘强度。

进一步：所述压力传感电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C10、压力传感器RS和运算放大器U3，所述电源保护稳压电路的第二输出端通过所述电阻R2与所述运算放大器U3的同相输入端电连接，所述运算放大器U3的同相输入端与地之间并联有所述电阻R3和电容C10，所述运算放大器U3的反相输入端通过所述电阻R4接地，所述运算放大器U3的反相输入端与输出端之间电连接有所述压力传感器RS，所述压力传感器RS的输出端与所述信号处理电路的输入端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：所述电源的输出电压通过电阻R2和电阻R3分压，再经过所述电阻R2和电容C10组成的阻容吸收电路处理，并为所述运算放大器U3的同相输入端提供一个参考电压，将恒压源转换成恒流源，并为压力传感器RS供电，采用低功耗的运算放大器U3，实现低功耗。

进一步：所述信号处理电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C11、电容C12、电容C13和电容C14、运算放大器U4和运算放大器U5，所述压力传感器RS的一个输出端通过所述电阻R6与所述运算放大器U4的同相输入端电连接，所述运算放大器U4的同相输入端通过所述电容C12接地，所述运算放大器U4的反相输入端通过所述电阻R7接地，所述运算放大器U4的反相输入端与输出端之间电连接有所述电阻R8，所述运算放大器U4的输出端通过所述电阻R9与运算放大器U5的反相输入端电连接，所述运算放大器U5的反相输入端通过所述电阻R10与输出端电连接，所述运算放大器U5的同相输入端通过所述电阻R5与所述压力传感器RS的另一个输出端电连接，所述运算放大器U5的同相输入端通过所述电容C11接地，所述运算放大器U5的输出端与地之间顺次串联有所述电阻R11、电容C13、电容C14和电阻R12，所述电阻R11与所述电容C13的公共端与所述主控制电路的一路正信号输入端电连接，所述电阻R12和电容C14的公共端与所述主控制电路的一路负信号输入端电连接，所述运算放大器U4的电源输入端和运算放大器U5的电源输入端分别与所述电源保护稳压电路的第一输出端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过低功耗的所述运算放大器U4和运算放大器U5，采用两级电路实现差分信号的比例运算，精确得到压力信号，并由主控制电路读取对应的压力值，降低了整个电路的功耗。

进一步：所述的精密数字压力表电路还包括通讯电路，所述通讯电路分别与所述主控制电路和电源保护稳压电路的第二输出端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述通讯电路将检测的压力信号直接传输至外部终端，从而方便外部终端直接读取实际监测的压力值，同时方便对产品量程范围进行校准。

附图说明

图1为本实用新型的精密数字压力表电路的结构示意图；

图2为本实用新型的电源保护稳压电路的电路示意图；

图3为本实用新型的压力传感电路和信号处理电路的电路示意图；

图4为本实用新型的主控制电路、显示电路和通讯电路的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，一种精密数字压力表电路，包括电源、电源保护稳压电路、压力传感电路、信号处理电路、主控制电路和显示电路，所述电源与所述电源保护稳压电路电连接，所述电源保护稳压电路分别与所述压力传感电路、信号处理电路、主控制电路和显示电路电连接，所述压力传感电路与所述信号处理电路电连接，所述信号处理电路与所述主控制电路电连接，所述主控制电路与所述显示电路电连接。

本实用新型的的精密数字压力表电路，通过所述电源保护稳压电路对所述电源进行保护，并且通过所述电源为所述压力传感电路、信号处理电路、主控制电路和显示电路供电，所述信号处理电路对压力传感电路检测的压力信号进行处理，并输出至所述主控制电路，以确定压力值并通过显示电路显示，检测结果精确稳定，不需要单独拉线接电源，方便控制系统采集压力值，可完全替代进口产品。

如图2所示，本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述电源保护稳压电路包括自恢复保险丝PTC、瞬态抑制二极管TVS、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、稳压管Q1和瞬态抑制二极管TVS2，所述电源正极通过所述自恢复保险丝PTC与所述瞬态抑制二极管TVS的负极电连接，所述瞬态抑制二极管TVS的正极与电源正极电连接，所述瞬态抑制二极管TVS的负极通过所述自恢复保险丝PTC与所述稳压管Q1的输入端电连接，所述稳压管Q1的输入端作为第一输出端分别与所述压力传感电路的电源输入端和信号处理电路的输入端电连接，所述稳压管Q1的输入端与所述电源负极之间并联有所述电容C1和电容C2，所述稳压管Q1的接地端接地，所述稳压管Q1的输出端与所述电源负极之间并联有所述电容C3和电容C4，所述稳压管Q1的输出端与所述瞬态抑制二极管TVS2的负极电连接，所述瞬态抑制二极管TVS2的正极与所述电源的负极电连接，所述稳压管Q1的输出端与作为第二输出端分别与所述压力传感电路的参考电压输入端和所述主控制电路的电源输入端电连接。

本实用新型的实施例中，所述电源采用高能锂电池供电，所述电源电压为DC3.6V，所述电源保护稳压电路对电源进行保护，然后为压力传感电路和信号处理电路提供电路，并通过稳压器Q1提供稳定的3.3V电压V2，为所述主控制电路供电，同时为所述压力传感电路提供参考电压。这里，所述自恢复保险丝PTC过流电流设计为50mA，当线路过流时，保险丝快速断开，而且事后能自恢复到正常导通状态；瞬态抑制二极管TVS型号选用SMBJ6.0CA，能提供电压冲击过高的浪涌保护，保护电压6V、避免浪涌冲击电压过高，损坏所述压力传感电路、信号处理电路和主控制电路。所述稳压器Q1选用型号为HT7133的线性稳压芯片，可以使得电源输入的电压范围宽，最高可承受DC 24V电压，不会因为电压过高而损坏，同时提供稳定的3.3V电压给所述主控制电路和压力传感电路。

本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述保护稳压电路还包括阻容吸收电路，所述阻容吸收电路包括电阻R0、电阻R0*、电容C0和电容C0*，所述电阻R0和电容C0顺次串联在所述电源正极和外壳地之间，所述电阻R0*和电容C0*顺次串联在电源的负极和外壳地之间。通过所述阻容吸收电路可以对外部电源输入的电压信号进行滤波，除去信号中的杂波成分，保证输出信号的稳定性，既能提高抗干扰能力、又不影响产品的绝缘强度。本实用新型中所述电阻R0、电阻R0*都是51欧的贴片电阻，电容C0、电容C0*都是0.01uF/500V的贴片电容。

如图3所示，本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述压力传感电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C10、压力传感器RS和运算放大器U3，所述电源保护稳压电路的第二输出端通过所述电阻R2与所述运算放大器U3的同相输入端电连接，所述运算放大器U3的同相输入端与地之间并联有所述电阻R3和电容C10，所述运算放大器U3的反相输入端通过所述电阻R4接地，所述运算放大器U3的反相输入端与输出端之间电连接有所述压力传感器RS，所述压力传感器RS的输出端与所述信号处理电路的输入端电连接。所述电源的输出电压通过电阻R2和电阻R3分压，再经过所述电阻R2和电容C10组成的阻容吸收电路处理，并为所述运算放大器U3的同相输入端提供一个参考电压，将恒压源转换成恒流源，并为压力传感器RS供电，采用低功耗的运算放大器U3，实现低功耗。通过由四个电阻组成的惠斯通电桥作为压力传感器，可以准确将压力转化为电信号，从而输出至信号处理电路。运算放大器U3设计为低功耗运算放大器，型号为SGM8521。

如图3所示，本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述信号处理电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C11、电容C12、电容C13和电容C14、运算放大器U4和运算放大器U5，所述压力传感器RS的一个输出端通过所述电阻R6与所述运算放大器U4的同相输入端电连接，所述运算放大器U4的同相输入端通过所述电容C12接地，所述运算放大器U4的反相输入端通过所述电阻R7接地，所述运算放大器U4的反相输入端与输出端之间电连接有所述电阻R8，所述运算放大器U4的输出端通过所述电阻R9与运算放大器U5的反相输入端电连接，所述运算放大器U5的反相输入端通过所述电阻R10与输出端电连接，所述运算放大器U5的同相输入端通过所述电阻R5与所述压力传感器RS的另一个输出端电连接，所述运算放大器U5的同相输入端通过所述电容C11接地，所述运算放大器U5的输出端与地之间顺次串联有所述电阻R11、电容C13、电容C14和电阻R12，所述电阻R11与所述电容C13的公共端与所述主控制电路的一路正信号输入端电连接，所述电阻R12和电容C14的公共端与所述主控制电路的一路负信号输入端电连接，所述运算放大器U4的电源输入端和运算放大器U5的电源输入端分别与所述电源保护稳压电路的第一输出端电连接。通过低功耗的所述运算放大器U4和运算放大器U5，采用两级电路实现差分信号的比例运算，精确得到压力信号，然后通过电阻R11、电容C13的RC滤波处理后直接输出至所述主控制电路，并由主控制电路读取对应的压力值，降低了整个电路的功耗。

本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述主控制电路采用型号为MSP430AFE253的微处理器，低电源电压1.8-3.6V都能工作，超低功耗，激活模式下的整个消耗电流只有0.22mA。内有3路具有差分可编程增益放大器输入的24位A/D转换器、完全能满足压力信号的24位A/D转换。同时微处理器U1还具有SBW在线调试接口、方便仿真调试。该微处理器及外围电路如图4所示。

优选地，本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述的精密数字压力表电路还包括通讯电路，所述通讯电路分别与所述主控制电路和电源保护稳压电路的第二输出端电连接。通过所述通讯电路将检测的压力信号直接传输至外部终端，从而方便外部终端直接读取实际监测的压力值，同时方便对产品量程范围进行校准。本实用新型中，所述通讯电路采用RS485通讯接口芯片U2，型号为SP485，通过RS485通讯、Modbus-RTU协议，直接读取实际监测的压力值，同时还可以通过软件调试平台，实行对产品量程范围的校准。实际中，所述RS485通讯接口芯片U2及其外围电路如图4所示。

本实用新型中，所述显示电路采用LCD显示屏，可以实时显示压力值，方便直观的显示测量结果，最多5位显示，观察时带背光显示，非工作状态时时候处于直接节能模式。实际中，所述LCD显示屏及其外围电路如图4所示。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种精密数字压力表电路，其特征在于：包括电源、电源保护稳压电路、压力传感电路、信号处理电路、主控制电路和显示电路，所述电源与所述电源保护稳压电路电连接，所述电源保护稳压电路分别与所述压力传感电路、信号处理电路、主控制电路和显示电路电连接，所述压力传感电路与所述信号处理电路电连接，所述信号处理电路与所述主控制电路电连接，所述主控制电路与所述显示电路电连接。

2.根据权利要求1所述的精密数字压力表电路，其特征在于：所述电源保护稳压电路包括自恢复保险丝PTC、瞬态抑制二极管TVS、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、稳压管Q1和瞬态抑制二极管TVS2，所述电源正极通过所述自恢复保险丝PTC与所述瞬态抑制二极管TVS的负极电连接，所述瞬态抑制二极管TVS的正极与电源正极电连接，所述瞬态抑制二极管TVS的负极通过所述自恢复保险丝PTC与所述稳压管Q1的输入端电连接，所述稳压管Q1的输入端作为第一输出端分别与所述压力传感电路的电源输入端和信号处理电路的输入端电连接，所述稳压管Q1的输入端与所述电源负极之间并联有所述电容C1和电容C2，所述稳压管Q1的接地端接地，所述稳压管Q1的输出端与所述电源负极之间并联有所述电容C3和电容C4，所述稳压管Q1的输出端与所述瞬态抑制二极管TVS2的负极电连接，所述瞬态抑制二极管TVS2的正极与所述电源的负极电连接，所述稳压管Q1的输出端与作为第二输出端分别与所述压力传感电路的参考电压输入端和所述主控制电路的电源输入端电连接。

3.根据权利要求2所述的精密数字压力表电路，其特征在于：所述保护稳压电路还包括阻容吸收电路，所述阻容吸收电路包括电阻R0、电阻R0*、电容C0和电容C0*，所述电阻R0和电容C0顺次串联在所述电源正极和外壳地之间，所述电阻R0*和电容C0*顺次串联在电源的负极和外壳地之间。

4.根据权利要求2所述的精密数字压力表电路，其特征在于：所述压力传感电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C10、压力传感器RS和运算放大器U3，所述电源保护稳压电路的第二输出端通过所述电阻R2与所述运算放大器U3的同相输入端电连接，所述运算放大器U3的同相输入端与地之间并联有所述电阻R3和电容C10，所述运算放大器U3的反相输入端通过所述电阻R4接地，所述运算放大器U3的反相输入端与输出端之间电连接有所述压力传感器RS，所述压力传感器RS的输出端与所述信号处理电路的输入端电连接。

5.根据权利要求4所述的精密数字压力表电路，其特征在于：所述信号处理电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C11、电容C12、电容C13和电容C14、运算放大器U4和运算放大器U5，所述压力传感器RS的一个输出端通过所述电阻R6与所述运算放大器U4的同相输入端电连接，所述运算放大器U4的同相输入端通过所述电容C12接地，所述运算放大器U4的反相输入端通过所述电阻R7接地，所述运算放大器U4的反相输入端与输出端之间电连接有所述电阻R8，所述运算放大器U4的输出端通过所述电阻R9与运算放大器U5的反相输入端电连接，所述运算放大器U5的反相输入端通过所述电阻R10与输出端电连接，所述运算放大器U5的同相输入端通过所述电阻R5与所述压力传感器RS的另一个输出端电连接，所述运算放大器U5的同相输入端通过所述电容C11接地，所述运算放大器U5的输出端与地之间顺次串联有所述电阻R11、电容C13、电容C14和电阻R12，所述电阻R11与所述电容C13的公共端与所述主控制电路的一路正信号输入端电连接，所述电阻R12和电容C14的公共端与所述主控制电路的一路负信号输入端电连接，所述运算放大器U4的电源输入端和运算放大器U5的电源输入端分别与所述电源保护稳压电路的第一输出端电连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的精密数字压力表电路，其特征在于：还包括通讯电路，所述通讯电路分别与所述主控制电路和电源保护稳压电路的第二输出端电连接。

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