一種基于單片機的礦用低功耗數字壓力計的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于單片機的礦用低功耗數字壓力計，包括控制器模塊、傳感器模塊、信號調理模塊、模數轉換模塊、數據存儲模塊、定時電路模塊、電源管理模塊和顯示模塊，所述的控制器模塊與模數轉換模塊、數據存儲模塊、定時電路模塊、電源管理模塊和顯示模塊相連接，所述的控制器模塊是型號為STC12LE5404AD的單片機，所述的電源管理模塊包括采用型號為TPS76933的低壓降線性穩壓器的正電源管理模塊和采用型號為NCP1729的開關電容式電壓倒相器的負電源管理模塊。本發明運用了STC12LE5404AD單片機的高集成度和低功耗的功能，并對各部分電路進行電源管理低功耗設計，降低了整機功耗，延長了礦用數字壓力計電池的壽命。
【專利說明】
一種基于單片機的礦用低功耗數字壓力計
技術領域
[0001]本發明涉及一種礦用數字壓力計，尤其涉及一種基于單片機的礦用低功耗數字壓力計。
【背景技術】
[0002]礦用數字壓力計是用于煤礦井下綜采支架壓力參數監測的智能儀表，是煤礦安全生產必備的監測裝置，它可以實時監測頂板的壓力，并可以立即顯示當前壓力；它可以定時采集壓力值，并儲存起來，以便將壓力數據發給計算機分析，預測頂板何時來壓，保障煤炭的安全生產。
[0003]礦用數字壓力計一般采用電池供電，所以降低礦用數字壓力計的功耗有著非常重要的意義。而且煤礦本安規定，電池壽命到達時，必須在井上更換，以防在井下更換時出現危險。但現有的礦用數字壓力計待機功耗較高，待機時間普遍較短，只有6?12個月，當電池壽命到達時，不得不在使用過程中將壓力計帶到井上更換電池，帶來極大不便。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服現有技術存在的以上問題，提供一種基于單片機的礦用低功耗數字壓力計，通過選用集成度高、低功耗的控制器，對各部分電路進行電源管理以及低功耗設計，降低了整機功耗，延長了電池的壽命。
[0005]為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現。
[0006]—種基于單片機的礦用低功耗數字壓力計，包括控制器模塊、傳感器模塊、信號調理模塊、模數轉換模塊、數據存儲模塊、定時電路模塊、電源管理模塊和顯示模塊，所述的控制器模塊與模數轉換模塊、數據存儲模塊、定時電路模塊、電源管理模塊和顯示模塊相連接，所述的模數轉換模塊與信號調理模塊相連接，所述的信號調理模塊與傳感器模塊相連接，所述的傳感器模塊實現采集壓力值的功能，所述的信號調理模塊實現將微弱的傳感器信號放大的功能，所述的模數轉換模塊實現信號轉換的功能，所述的數據存儲模塊實現數據存儲的功能，所述的定時電路模塊實現定時喚醒控制器采集數據的功能，所述的顯示模塊實現顯示壓力值的功能。
[0007]所述的控制器模塊采用型號為STC12LE5404AD的單片機。
[0008]所述的電源管理模塊包括采用型號為TPS76933的低壓降線性穩壓器的正電源管理模塊和采用型號為NCP1729的開關電容式電壓倒相器的負電源管理模塊。
[0009]與現有技術相比，本發明一種基于單片機的礦用低功耗數字壓力計具有以下優點:本發明電路結構簡單，運用了 STC12LE5404AD的單片機的高集成度和低功耗的功能，并對各部分電路進行電源管理低功耗設計，降低了整機功耗，延長了礦用數字壓力計電池的壽命O
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明一種基于單片機的礦用低功耗數字壓力計的結構框圖。
[0011]圖2是本發明的信號調理模塊的電路原理圖。
[0012]圖3(a)是本發明的控制器模塊的電源管理電路原理圖，圖3(b)是本發明的定時電路模塊的電源管理電路原理圖，圖3(c)是本發明的信號調理模塊的電源管理電路原理圖。
[0013]圖中:丨-控制器模塊;2-傳感器模塊;3-信號調理模塊;4-模數轉換模塊;5-數據存儲模塊;6-定時電路模塊；7-電源管理模塊;8-顯示模塊。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖，對本發明作進一步描述。
[0015]如圖1所示，一種基于單片機的礦用低功耗數字壓力計，包括控制器模塊(1)、傳感器模塊(2 )、信號調理模塊(3 )、模數轉換模塊(4 )、數據存儲模塊(5 )、定時電路模塊(6 )、電源管理模塊(7)和顯示模塊(8)，所述的控制器模塊(I)與模數轉換模塊(4)、數據存儲模塊
(5)、定時電路模塊(6)、電源管理模塊(7)和顯示模塊(8)相連接，所述的模數轉換模塊(4)與信號調理模塊(3)相連接，所述的信號調理模塊(3)與傳感器模塊(2)相連接，所述的傳感器模塊(2)實現采集壓力值的功能，所述的信號調理模塊(3)實現將微弱的傳感器信號放大的功能，所述的模數轉換模塊(4)實現信號轉換的功能，所述的數據存儲模塊(5)實現數據存儲的功能，所述的定時電路模塊(6)實現定時喚醒控制器采集數據的功能，所述的顯示模塊(8)實現顯示壓力值的功能。
[0016]所述的控制器模塊(I)采用型號為STC12LE5404AD的單片機。
[0017]所述的電源管理模塊(7)包括采用型號為TPS76933的低壓降線性穩壓器的正電源管理模塊和米用型號為NCPl 729的開關電容式電壓倒相器的負電源管理模塊。
[0018]為了滿足礦用數字壓力計的控制功能并達到高集成度、低功耗的要求，控制器模塊采用STC12LE5404AD單片機為核心控制器件，STC12LE5404AD采用增強型8051內核，速度比普通8051快8?12倍，低功耗設計，在掉電模式下功耗小于0.ΙμΑ，實現對測量采樣、數據存儲、數據處理及顯示功能的控制。
[0019]信號調理模塊的作用是將微弱的傳感器信號放大、轉換，得到適合數模轉換模塊使用的輸入電壓。該模塊主要由型號為0Ρ07Α放大器組成。由于傳感器模塊中壓力傳感器傳送的信號變化范圍為10 mV左右，而且放大器的工作電壓為±3.3 V，因此，選用放大倍數為500。傳感器模塊中采用型號為AK-2的應變式壓力傳感器。信號調理模塊的電路原理圖如圖2所示，通過調整VRl，得到適合模數轉換模塊的電壓。
[0020]由于定時電路模塊需要定時喚醒微控制器采集數據，因此定時電路模塊的供電電源和控制器模塊的電源一樣不能斷電，在本發明中定時電路與微控制器使用相同的電源。定時電路模塊主要由時鐘電路組成，選用NXP公司生產的具有12C總線的集成電路PCFSSeSTlCFSSeT的特點是超低功耗，典型值為0.25μΑ； 1.0?5.5 V較寬的電壓范圍；4種報警功能和定時器功能。
[0021]電源管理模塊對降低整個系統的功耗具有重要的作用，它控制各電路的供電電源，在電路不工作時，將其供電電源關掉，可達到節能降耗的目的，控制器模塊的電源管理電路原理圖如圖3(a)所示，定時電路模塊的電源管理電路原理圖如圖3(b)所示，信號調理模塊的電源管理電路原理圖如圖3(c)所示。
[0022]本發明一種基于單片機的礦用低功耗數字壓力計，其具體的實現方法如下:傳感器模塊中的應變式壓力傳感器檢測礦井頂板壓力并將產生的電壓信號傳給信號調理模塊，信號調理模塊對電壓信號進行放大和轉換的處理，經調理后的電壓信號通過數模轉換模塊轉換為數字信號，定時電路模塊定時喚醒控制器模塊STC12LE5404AD單片機采集數據，STC12LE5404AD單片機將采集的數字信號存儲于數據存儲模塊并通過顯示模塊顯示，在整個過程中，電源管理模塊會根據各模塊的工作狀態控制各電路供電電源的開關，達到降低功耗的目的。
【主權項】
1.一種基于單片機的礦用低功耗數字壓力計，包括控制器模塊、傳感器模塊、信號調理模塊、模數轉換模塊、數據存儲模塊、定時電路模塊、電源管理模塊和顯示模塊，其特征在于:所述的控制器模塊與模數轉換模塊、數據存儲模塊、定時電路模塊、電源管理模塊和顯示模塊相連接，所述的模數轉換模塊與信號調理模塊相連接，所述的信號調理模塊與傳感器模塊相連接，所述的傳感器模塊實現采集壓力值的功能，所述的信號調理模塊實現將微弱的傳感器信號放大的功能，所述的模數轉換模塊實現信號轉換的功能，所述的數據存儲模塊實現數據存儲的功能，所述的定時電路模塊實現定時喚醒控制器采集數據的功能，所述的顯示模塊實現顯示壓力值的功能。2.根據權利要求1所述的一種基于單片機的礦用低功耗數字壓力計，其特征在于:所述的控制器模塊采用型號為STC12LE5404AD的單片機。3.根據權利要求1所述的一種基于單片機的礦用低功耗數字壓力計，其特征在于:所述的電源管理模塊包括采用型號為TPS76933的低壓降線性穩壓器的正電源管理模塊和采用型號為NCP1729的開關電容式電壓倒相器的負電源管理模塊。
【文檔編號】G01L1/00GK105928640SQ201610232620
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月15日
【發明人】孫寶征, 劉杰, 田 浩, 寧挺
【申請人】中國礦業大學