一種基于單片機(jī)的礦用低功耗數(shù)字壓力計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于單片機(jī)的礦用低功耗數(shù)字壓力計(jì)，包括控制器模塊、傳感器模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、定時(shí)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(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、定時(shí)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(hào)為STC12LE5404AD的單片機(jī)，所述的電源管理模塊包括采用型號(hào)為TPS76933的低壓降線性穩(wěn)壓器的正電源管理模塊和采用型號(hào)為NCP1729的開關(guān)電容式電壓倒相器的負(fù)電源管理模塊。本發(fā)明運(yùn)用了STC12LE5404AD單片機(jī)的高集成度和低功耗的功能，并對(duì)各部分電路進(jìn)行電源管理低功耗設(shè)計(jì)，降低了整機(jī)功耗，延長(zhǎng)了礦用數(shù)字壓力計(jì)電池的壽命。
【專利說(shuō)明】
一種基于單片機(jī)的礦用低功耗數(shù)字壓力計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種礦用數(shù)字壓力計(jì)，尤其涉及一種基于單片機(jī)的礦用低功耗數(shù)字壓力計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]礦用數(shù)字壓力計(jì)是用于煤礦井下綜采支架壓力參數(shù)監(jiān)測(cè)的智能儀表，是煤礦安全生產(chǎn)必備的監(jiān)測(cè)裝置，它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂板的壓力，并可以立即顯示當(dāng)前壓力；它可以定時(shí)采集壓力值，并儲(chǔ)存起來(lái)，以便將壓力數(shù)據(jù)發(fā)給計(jì)算機(jī)分析，預(yù)測(cè)頂板何時(shí)來(lái)壓，保障煤炭的安全生產(chǎn)。
[0003]礦用數(shù)字壓力計(jì)一般采用電池供電，所以降低礦用數(shù)字壓力計(jì)的功耗有著非常重要的意義。而且煤礦本安規(guī)定，電池壽命到達(dá)時(shí)，必須在井上更換，以防在井下更換時(shí)出現(xiàn)危險(xiǎn)。但現(xiàn)有的礦用數(shù)字壓力計(jì)待機(jī)功耗較高，待機(jī)時(shí)間普遍較短，只有6?12個(gè)月，當(dāng)電池壽命到達(dá)時(shí)，不得不在使用過(guò)程中將壓力計(jì)帶到井上更換電池，帶來(lái)極大不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問(wèn)題，提供一種基于單片機(jī)的礦用低功耗數(shù)字壓力計(jì)，通過(guò)選用集成度高、低功耗的控制器，對(duì)各部分電路進(jìn)行電源管理以及低功耗設(shè)計(jì)，降低了整機(jī)功耗，延長(zhǎng)了電池的壽命。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0006]—種基于單片機(jī)的礦用低功耗數(shù)字壓力計(jì)，包括控制器模塊、傳感器模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、定時(shí)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(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、定時(shí)電路模塊、電源管理模塊和顯示模塊相連接，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與信號(hào)調(diào)理模塊相連接，所述的信號(hào)調(diào)理模塊與傳感器模塊相連接，所述的傳感器模塊實(shí)現(xiàn)采集壓力值的功能，所述的信號(hào)調(diào)理模塊實(shí)現(xiàn)將微弱的傳感器信號(hào)放大的功能，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換的功能，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能，所述的定時(shí)電路模塊實(shí)現(xiàn)定時(shí)喚醒控制器采集數(shù)據(jù)的功能，所述的顯示模塊實(shí)現(xiàn)顯示壓力值的功能。
[0007]所述的控制器模塊采用型號(hào)為STC12LE5404AD的單片機(jī)。
[0008]所述的電源管理模塊包括采用型號(hào)為TPS76933的低壓降線性穩(wěn)壓器的正電源管理模塊和采用型號(hào)為NCP1729的開關(guān)電容式電壓倒相器的負(fù)電源管理模塊。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種基于單片機(jī)的礦用低功耗數(shù)字壓力計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)用了 STC12LE5404AD的單片機(jī)的高集成度和低功耗的功能，并對(duì)各部分電路進(jìn)行電源管理低功耗設(shè)計(jì)，降低了整機(jī)功耗，延長(zhǎng)了礦用數(shù)字壓力計(jì)電池的壽命O
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明一種基于單片機(jī)的礦用低功耗數(shù)字壓力計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的信號(hào)調(diào)理模塊的電路原理圖。
[0012]圖3(a)是本發(fā)明的控制器模塊的電源管理電路原理圖，圖3(b)是本發(fā)明的定時(shí)電路模塊的電源管理電路原理圖，圖3(c)是本發(fā)明的信號(hào)調(diào)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(hào)調(diào)理模塊;4-模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊;5-數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊;6-定時(shí)電路模塊；7-電源管理模塊;8-顯示模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0015]如圖1所示，一種基于單片機(jī)的礦用低功耗數(shù)字壓力計(jì)，包括控制器模塊(1)、傳感器模塊(2 )、信號(hào)調(diào)理模塊(3 )、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(4 )、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(5 )、定時(shí)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(shù)轉(zhuǎn)換模塊(4)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊
(5)、定時(shí)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(shù)轉(zhuǎn)換模塊(4)與信號(hào)調(diào)理模塊(3)相連接，所述的信號(hào)調(diào)理模塊(3)與傳感器模塊(2)相連接，所述的傳感器模塊(2)實(shí)現(xiàn)采集壓力值的功能，所述的信號(hào)調(diào)理模塊(3)實(shí)現(xiàn)將微弱的傳感器信號(hào)放大的功能，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(4)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換的功能，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(5)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能，所述的定時(shí)電路模塊(6)實(shí)現(xiàn)定時(shí)喚醒控制器采集數(shù)據(jù)的功能，所述的顯示模塊(8)實(shí)現(xiàn)顯示壓力值的功能。
[0016]所述的控制器模塊(I)采用型號(hào)為STC12LE5404AD的單片機(jī)。
[0017]所述的電源管理模塊(7)包括采用型號(hào)為TPS76933的低壓降線性穩(wěn)壓器的正電源管理模塊和米用型號(hào)為NCPl 729的開關(guān)電容式電壓倒相器的負(fù)電源管理模塊。
[0018]為了滿足礦用數(shù)字壓力計(jì)的控制功能并達(dá)到高集成度、低功耗的要求，控制器模塊采用STC12LE5404AD單片機(jī)為核心控制器件，STC12LE5404AD采用增強(qiáng)型8051內(nèi)核，速度比普通8051快8?12倍，低功耗設(shè)計(jì)，在掉電模式下功耗小于0.ΙμΑ，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量采樣、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理及顯示功能的控制。
[0019]信號(hào)調(diào)理模塊的作用是將微弱的傳感器信號(hào)放大、轉(zhuǎn)換，得到適合數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊使用的輸入電壓。該模塊主要由型號(hào)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(hào)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(shù)為500。傳感器模塊中采用型號(hào)為AK-2的應(yīng)變式壓力傳感器。信號(hào)調(diào)理模塊的電路原理圖如圖2所示，通過(guò)調(diào)整VRl，得到適合模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的電壓。
[0020]由于定時(shí)電路模塊需要定時(shí)喚醒微控制器采集數(shù)據(jù)，因此定時(shí)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(fā)明中定時(shí)電路與微控制器使用相同的電源。定時(shí)電路模塊主要由時(shí)鐘電路組成，選用NXP公司生產(chǎn)的具有12C總線的集成電路PCFSSeSTlCFSSeT的特點(diǎn)是超低功耗，典型值為0.25μ??； 1.0?5.5 V較寬的電壓范圍；4種報(bào)警功能和定時(shí)器功能。
[0021]電源管理模塊對(duì)降低整個(gè)系統(tǒng)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(shí)，將其供電電源關(guān)掉，可達(dá)到節(jié)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(shí)電路模塊的電源管理電路原理圖如圖3(b)所示，信號(hào)調(diào)理模塊的電源管理電路原理圖如圖3(c)所示。
[0022]本發(fā)明一種基于單片機(jī)的礦用低功耗數(shù)字壓力計(jì)，其具體的實(shí)現(xiàn)方法如下:傳感器模塊中的應(yīng)變式壓力傳感器檢測(cè)礦井頂板壓力并將產(chǎn)生的電壓信號(hào)傳給信號(hào)調(diào)理模塊，信號(hào)調(diào)理模塊對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)換的處理，經(jīng)調(diào)理后的電壓信號(hào)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，定時(shí)電路模塊定時(shí)喚醒控制器模塊STC12LE5404AD單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，STC12LE5404AD單片機(jī)將采集的數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊并通過(guò)顯示模塊顯示，在整個(gè)過(guò)程中，電源管理模塊會(huì)根據(jù)各模塊的工作狀態(tài)控制各電路供電電源的開關(guān)，達(dá)到降低功耗的目的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于單片機(jī)的礦用低功耗數(shù)字壓力計(jì)，包括控制器模塊、傳感器模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、定時(shí)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(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、定時(shí)電路模塊、電源管理模塊和顯示模塊相連接，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與信號(hào)調(diào)理模塊相連接，所述的信號(hào)調(diào)理模塊與傳感器模塊相連接，所述的傳感器模塊實(shí)現(xiàn)采集壓力值的功能，所述的信號(hào)調(diào)理模塊實(shí)現(xiàn)將微弱的傳感器信號(hào)放大的功能，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換的功能，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能，所述的定時(shí)電路模塊實(shí)現(xiàn)定時(shí)喚醒控制器采集數(shù)據(jù)的功能，所述的顯示模塊實(shí)現(xiàn)顯示壓力值的功能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)的礦用低功耗數(shù)字壓力計(jì)，其特征在于:所述的控制器模塊采用型號(hào)為STC12LE5404AD的單片機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)的礦用低功耗數(shù)字壓力計(jì)，其特征在于:所述的電源管理模塊包括采用型號(hào)為TPS76933的低壓降線性穩(wěn)壓器的正電源管理模塊和采用型號(hào)為NCP1729的開關(guān)電容式電壓倒相器的負(fù)電源管理模塊。
【文檔編號(hào)】G01L1/00GK105928640SQ201610232620
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日
【發(fā)明人】孫寶征, 劉杰, 田 浩, 寧挺
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)