基于pic18f系列單片機(jī)的微功耗電源管理系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】基于PIC18F系列單片機(jī)的微功耗電源管理系統(tǒng)，屬于微功耗傳感器測(cè)量領(lǐng)域。其特征在于：包括電源模塊、傳感器模塊、調(diào)理放大模塊以及微處理器，傳感器模塊與調(diào)理放大模塊相連，調(diào)理放大模塊與微處理器內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換單元相連，電源模塊同時(shí)與傳感器模塊、調(diào)理放大模塊以及微處理器相連。本實(shí)用新型采用PIC18F系列單片機(jī)作為微處理器，其內(nèi)部集成了AD轉(zhuǎn)換單元、內(nèi)部振蕩器單元及看門(mén)狗定時(shí)器單元，其中內(nèi)部振蕩器單元可通過(guò)常規(guī)編程在不同情況下設(shè)置不同的時(shí)鐘頻率，讓系統(tǒng)的功耗達(dá)到最低，通過(guò)設(shè)置看門(mén)狗定時(shí)器單元可使系統(tǒng)休眠狀態(tài)的時(shí)間與工作狀態(tài)的時(shí)間的占空比分配的更加合理。從而使整個(gè)系統(tǒng)處于微功耗的狀態(tài)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于PIC18F系列單片機(jī)的微功耗電源管理系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]基于PIC18F系列單片機(jī)的微功耗電源管理系統(tǒng)，屬于微功耗傳感器測(cè)量領(lǐng)域。具體涉及一種采用PIC18F系列單片機(jī)的微功耗電源管理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，很多電子產(chǎn)品(如儀器儀表)通常設(shè)置在野外或較為偏遠(yuǎn)的低區(qū)甚至是較為危險(xiǎn)的場(chǎng)所，在這些地區(qū)架設(shè)供電線(xiàn)路往往較為復(fù)雜且難以維護(hù)，所以需要采用電池供電，而在上述場(chǎng)所，更換電池往往是比較困難甚至較為危險(xiǎn)的，所以要求產(chǎn)品具有較強(qiáng)的續(xù)航能力。同時(shí)，由于各類(lèi)電子產(chǎn)品日趨小型化和智能化，所以對(duì)整個(gè)產(chǎn)品特別是其內(nèi)部的微處理器的低功耗應(yīng)用提出了更高的要求。
[0003]為了解決上述工業(yè)產(chǎn)品對(duì)低功耗的要求，普遍采用的方式是使產(chǎn)品內(nèi)的耗能器件處于間歇式的工作狀態(tài)，即將產(chǎn)品系統(tǒng)的一整個(gè)工作周期劃分為工作狀態(tài)和休眠狀態(tài)，耗能器件通常處于休眠狀態(tài)，通過(guò)定期的喚醒或者被某種激勵(lì)喚醒后工作，然后再次進(jìn)入休眠狀態(tài)。而目前的自動(dòng)化設(shè)備中，由于微處理器性能等各方面原因，系統(tǒng)的休眠狀態(tài)的時(shí)間與工作狀態(tài)的時(shí)間的占空比的分配往往不夠合理，使整個(gè)系統(tǒng)造成了能源的浪費(fèi)，功耗較大，從而大大降低了電池的使用壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于PIC18F系列單片機(jī)的微功耗電源管理系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中工業(yè)產(chǎn)品工作狀態(tài)和休眠狀態(tài)占空比不合理的缺陷，以及電池使用壽命短的問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:該基于PIC18F系列單片機(jī)的微功耗電源管理系統(tǒng)，其特征在于:包括電源模塊、傳感器模塊、調(diào)理放大模塊以及微處理器，傳感器模塊與調(diào)理放大模塊相連，調(diào)理放大模塊與微處理器內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換單元相連，電源模塊同時(shí)與傳感器模塊、調(diào)理放大模塊以及微處理器相連。
[0006]所述的微處理器采用PIC18F系列單片機(jī)。
[0007]所述的調(diào)理放大模塊為可編程增益放大器。
[0008]所述的電源模塊為鋰電池。
[0009]所述的微處理器的24腳、14腳以及25腳分別與調(diào)理放大模塊內(nèi)的SPI邏輯端子:5腳?7腳相連。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的所具有的有益效果是:微處理器PIC18F系列單片機(jī)，體積小，減少了分立元件之間的干擾，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，節(jié)約成本。微處理器內(nèi)部集成的的內(nèi)部振蕩器單元，可通過(guò)常規(guī)編程選擇不同的時(shí)鐘頻率讓系統(tǒng)在休眠及工作狀態(tài)都能達(dá)到最低功耗。微處理器內(nèi)部集成的看門(mén)狗定時(shí)器模塊讓系統(tǒng)每隔一段時(shí)間定時(shí)喚醒一次，如不喚醒整個(gè)系統(tǒng)都在休眠狀態(tài)，單片機(jī)睡眠模式下運(yùn)行要比正常模式下運(yùn)行耗電小得多，通過(guò)看門(mén)狗定時(shí)器模塊讓系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間處在休眠模式下，讓整個(gè)系統(tǒng)的功耗將到了最低，使系統(tǒng)的休眠狀態(tài)的時(shí)間與工作狀態(tài)的時(shí)間的占空比的分配更加合理。微處理器內(nèi)部集成的AD轉(zhuǎn)換單元，可在休眠模式下進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和轉(zhuǎn)換功耗極低，減少了普通AD芯片在系統(tǒng)運(yùn)行模式下進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而消耗電源的問(wèn)題。從而使整個(gè)系統(tǒng)處于微功耗的狀態(tài)，延長(zhǎng)了電池的使用壽命省卻了頻繁更換電池的麻煩，即節(jié)能環(huán)保又能控制成本。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為基于PIC18F系列單片機(jī)的微功耗電源管理系統(tǒng)原理方框圖。
[0012]圖2為基于PIC18F系列單片機(jī)的微功耗電源管理系統(tǒng)原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]圖1~2是本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例，下面結(jié)合附圖1~2對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0014]如題I所示，本實(shí)用新型的基于PIC18F系列單片機(jī)的微功耗電源管理系統(tǒng)包括電源模塊、傳感器模塊、調(diào)理放大模塊以及微處理器，電源模塊同時(shí)與傳感器模塊、調(diào)理放大模塊以及微處理器相連為其供電，傳感器模塊、調(diào)理放大模塊以及微處理器依次連接。
[0015]傳感器模塊用于感知非電物理信號(hào)(如壓力)，并將感知到非電物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為毫伏級(jí)的電壓信號(hào)進(jìn)行輸出。
[0016]傳感器模塊輸出的毫伏級(jí)的電壓信號(hào)被送至調(diào)理放大模塊進(jìn)行放大成為伏級(jí)信號(hào)。在本實(shí)用新型中，調(diào)理放大模塊采用可編程增益放大器，從而可根據(jù)傳感器模塊具體輸出地電壓值選擇合適的放大倍數(shù)，提高了傳感器模塊的測(cè)量精度。
[0017]在本實(shí)用新型中，微處理器采用內(nèi)部集成有AD轉(zhuǎn)換單元、內(nèi)部振蕩器單元以及看門(mén)狗定時(shí)器單元的PIC18F系列單片機(jī)。上述的調(diào)理放大模塊與其中的AD轉(zhuǎn)換單元相連，調(diào)理放大模塊將放大后的傳感器模塊的輸出信號(hào)送至AD轉(zhuǎn)換單元內(nèi)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，本實(shí)用新型中的AD轉(zhuǎn)換單元可在休眠模式下進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和轉(zhuǎn)換，減少因數(shù)據(jù)讀取和轉(zhuǎn)換帶來(lái)的耗能。通過(guò)常規(guī)編程可通過(guò)看門(mén)狗定時(shí)器單元設(shè)置超時(shí)時(shí)間，通過(guò)看門(mén)狗計(jì)時(shí)喚醒的方式，指令系統(tǒng)進(jìn)入休眠模式或工作模式，達(dá)到低功耗的要求。內(nèi)部振蕩器單元可在31kHz、1ΜΗζ、4ΜΗζ、8ΜΗζ和16MHz五個(gè)頻率下進(jìn)行工作，通過(guò)常規(guī)編程選擇不同的時(shí)鐘頻率讓系統(tǒng)的功耗達(dá)到最低。
[0018]在本實(shí)用新型中，在休眠模式時(shí)選擇在31KHz低頻下工作，達(dá)到功耗最低，而正常模式下選擇在16MHz頻率下工作，這樣可以提高數(shù)據(jù)采集速度，雖然頻率高耗能大但數(shù)據(jù)采集時(shí)間短，使休眠狀態(tài)的時(shí)間與工作狀態(tài)的時(shí)間的占空比更加合理，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的功耗。
[0019]如圖2所示，電池U5與電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的3腳相連，電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的I腳接地，2腳為電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的電壓輸出端。電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的2腳與傳感器U2的供電正極相連，傳感器U2的供電負(fù)極接地。傳感器U2的兩個(gè)信號(hào)輸出端同時(shí)與放大器U3的信號(hào)輸入端2腳和3腳相連。放大器U3的8腳與電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的2腳相連，4腳接地。作為放大器U3的信號(hào)輸出端的I腳與微處理器U4內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換單兀的的模擬信號(hào)輸入端相連。微處理器U4內(nèi)置有10位AD轉(zhuǎn)換單元，放大器U3的I腳與微處理器U4的2腳相連，該管腳為微處理器U4內(nèi)的模擬信號(hào)輸入端子ΑΝ0，微處理器U4的22腳通過(guò)電阻R3接地。微處理器U4的8腳接地。微處理器U4的24腳、14腳以及25腳分別與放大器U3的5腳~?腳相連，放大器U3的5腳~飛腳為放大器U3的SPI邏輯端子。電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的2腳與微處理器U4的20腳和電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端同時(shí)并聯(lián)電阻Rl和電容Cl，電阻Rl的另一端連接微處理器U4的I腳，電容Cl的另一端接地，電阻Rf R2以及電容Cl組成微處理器U4的復(fù)位電路。
[0020]電池U5以及電源轉(zhuǎn)換芯片Ul組成上述的電源模塊；傳感器U2為上述的傳感器模塊，傳感器模塊可由多種類(lèi)的傳感器實(shí)現(xiàn)，如壓力傳感器；放大器U3為上述的調(diào)理放大模塊，放大器U3采用可編程增益放大器，可通過(guò)多種芯片進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，如MCP6S22 ;微處理器U4為上述的微處理器，本實(shí)用新型中，微處理器U4可采用PIC18F系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，如PIC18F2XK20。
[0021]具體工作過(guò)程及工作原理如下:電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的電壓輸出端2腳分別與傳感器U2的供電正極、放大器U3以及微處理器U4供電管腳相連，為其工作提供電源。傳感器U2的輸出端將傳感器U2輸出地毫伏電信號(hào)送至放大器U3的信號(hào)輸入端2和3腳,傳感器U2輸出地毫伏信號(hào)經(jīng)放大器U3放大成伏級(jí)信號(hào)并由放大器U3的I腳輸出。
[0022]放大器U3的I腳與微處理器U4內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換單元的模擬量輸入端子相連，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換單元將放大器U3輸出地模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0023]微處理器U4內(nèi)的看門(mén)狗定時(shí)器單元可使微處理器U4在工作狀態(tài)和休眠狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，當(dāng)微處理器U4處于休眠狀態(tài)時(shí)，微處理器U4在低頻31kHz下進(jìn)行工作，此時(shí)AD轉(zhuǎn)換單元仍可進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和轉(zhuǎn)換。當(dāng)設(shè)置的看門(mén)狗定時(shí)器單元的超時(shí)時(shí)間達(dá)到后，微處理器U4退出休眠狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)微處理器U4在高頻16MHz下工作，AD轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，工作狀態(tài)結(jié)束之后退出工作狀態(tài)，繼續(xù)進(jìn)入休眠狀態(tài)。由后續(xù)流程對(duì)AD轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理。
[0024]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非是對(duì)本實(shí)用新型作其它形式的限制，任何熟悉本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例。但是凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于PIC18F系列單片機(jī)的微功耗電源管理系統(tǒng),其特征在于:包括電源模塊、傳感器模塊、調(diào)理放大模塊以及微處理器，傳感器模塊與調(diào)理放大模塊相連，調(diào)理放大模塊與微處理器內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換單元相連，電源模塊同時(shí)與傳感器模塊、調(diào)理放大模塊以及微處理器相連；所述的微處理器采用PIC18F系列單片機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PIC18F系列單片機(jī)的微功耗電源管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的調(diào)理放大模塊為可編程增益放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PIC18F系列單片機(jī)的微功耗電源管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的電源模塊為鋰電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PIC18F系列單片機(jī)的微功耗電源管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的微處理 器的24腳、14腳以及25腳分別與調(diào)理放大模塊內(nèi)的SPI邏輯端子:5腳~?腳相連。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK203858471SQ201420030136
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月18日
【發(fā)明者】王惜芳, 刁國(guó)榮, 周秀成, 成韋 申請(qǐng)人:淄博飛雁先行測(cè)控技術(shù)有限公司