专利名称：智能压力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种广泛用于汽车、工程车辆和各种液体、气体压力测量领域的智能型传感器，是一种由计算机技术、通讯技术和测量技术相结合的智能压力传感器。
背景技术：
目前汽车与工程车辆使用的各种压力传感器普遍存在精度较低、非线性严重、以模拟方式传送信号的缺点。以目前车辆上经常使用的机油压力传感器为例，其原理是将传感器、显示仪表(微安表头)、和汽车电瓶串联，机油压力的变化引起传感器电阻变化，使串联电路的阻抗发生变化，从而使流过显示仪表的电流发生变化，达到指示压力的目的，这种传感器的指示精度与传感器特性和电瓶电压密切相关，这种电路的优点是电路简单。近几年发展起来的集成压力传感器，特别是扩散硅压力传感器，以成本低、精度高而得到了广泛应用，但在汽车及工程车辆上使用较少，主要原因有以下几个方面其一，这些传感器多数受温度影响严重，无法适应测量环境。其二，集成压力传感器一般由半导体材料加工，制造成本的限制使其抗电流冲击的能力比较差，所以直接将其用于汽车和工程车辆中比较容易损坏。其三，以模拟信号直接进行传输必然引入干扰，特别是在恶劣工况下的汽车和工程车辆，经常发生接触不良、强电磁干扰等，导致仪表指示不准确。其四，采用温度补偿和变送器的压力传感器成本过高，难以广泛使用到汽车和工程车辆上。日常使用的压力传感器采用模拟信号传送，若一个设备上使用多个压力传感器传感器，势必使用大量的引线，造成车辆设备布线线束复杂，降低了系统可靠性。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种测量精度高、抗干扰能力强、对模拟信号进行数字化处理的智能压力传感器。
为实现上述目的，本实用新型特征在于包括单片计算机、温度传感器、压力传感器、温度信号放大器、压力信号放大器、精密偏压源、测量滤波器、集成稳压器、收发器、电源滤波保护器和外部接口；单片计算机接受从外部接口并通过收发器发送来的指令，根据指令的要求，从温度信号放大器和压力信号放大器读取数据、或者进行系统故障检测，测量的数据暂存于单片机内部寄存器中，经过单片计算机对数据进行处理和校正后，通过收发器发送到外部接口上；温度传感器和压力传感器由测量电桥构成，其偏置电压是精密偏压源提供的，以保障传感器的测量精度；温度信号放大器和压力信号放大器调节放大倍数；测量滤波器将集成稳压器输出的电源进一步滤波，为测量运算放大器、精密偏压源和单片计算机的模拟/数字转换器提供稳定的直流电源；集成稳压器为单片计算机、测量滤波器提供稳定的直流工作电源；收发器在系统上电后，唤醒电路使收发器处于待命状态，外部接口发送的指令通过收发器转换为单片计算机接受的数字指令，并为单片计算机所执行，执行的结果由单片计算机通过收发器发送到外部接口；电源滤波保护器防止电源反接，滤除外部干扰信号，为集成稳压器和收发器提供平稳的输入电源；外部接口为智能传感器提供能源并完成指令的输入和数据的输出功能。
根据所述的智能压力传感器，其特征在于单片计算机由单片计算机集成电路U2、上拉电阻R3、R4、滤波电容C4、C5、C6、C7和电感L1构成。
根据所述的智能压力传感器，其特征在于温度信号放大器和压力信号放大器由测量运算放大器U4、U5、滤波电容C8、C11和可变电阻R6、R7构成。
根据所述的智能压力传感器，其特征在于测量滤波器由滤波电容C12、C13、C15、R8和电感L3构成。
根据所述的智能压力传感器，其特征在于集成稳压器由稳压集成电路U6和滤波电容C10构成的。
根据所述的智能压力传感器，其特征在于收发器由集成电路U1、二极管D1、电阻R1、R2和滤波电容C1、C2构成；电阻R2和滤波电容C2构成一个上电唤醒电路，二极管D1和电阻R1构成收发信号线LIN的负载，滤波电容C1控制通讯过程中的电压上升沿和下降沿，降低电磁辐射而造成的干扰。
根据所述的智能压力传感器，其特征在于电源滤波保护器由保护二极管D2、电感L2和滤波电容C9、C14构成，电感L2和滤波电容C9、C14组成L型滤波电路，保护二极管D2采用肖特基二极管。
根据所述的智能压力传感器，其特征在于外部接口由输入电源线、收发信号线LIN和地线组成。
根据所述的智能压力传感器，其特征在于精密偏压源由集成电路U3、限流电阻R5和滤波电容C3构成。
根据所述的智能压力传感器，其特征在于所述的测量电桥同时使用温度测量电桥PT1000和压力测量电桥P1。
本实用新型与传统压力传感器相比具有以下显著优点1、采用集成压力传感器和PT1000精密铂电阻测温传感器，测量精度高。
2、利用单片计算机对模拟信号进行数字化，单片计算机提供的数字处理功能，可消除各种主要干扰。
3、采用单片计算机后，可以实现对传感器系统的故障检测，也可以实现对传感器的数字校正。
4、采用强抗干扰能力数字信号收发电路，它可以接收外部接口发送的指令，并根据指令要求向外部接口发送规定信息。
5、采用一种新型的总线接口，使用三条导线作为传感器供电和传送信息的载体，可大大提高传感器可靠性。
6、利用本发明可将最多16个传感器组成一个局域网络，在网络管理下实现多传感器数据融合。
7、使用独立的地线，防止电瓶地线接触不良、马达开启和停止、发电机调节器损坏造成的瞬间高压对传感器的冲击。
8、采用测量运算放大器，可有效抑制测量过程中的共模干扰。
9、在单片计算机软件上采用数据融合技术，修正压力传感器的测量值，补偿由于温度变化造成的压力测量误差。
图1为本实用新型的电路原理框图。
图2为本实用新型的电路原理图。
图3为本实用新型的单片机软件流程图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的内容。
本实用新型的电路原理框图如图1所示，包括单片计算机、温度传感器、压力传感器、温度信号放大器、压力信号放大器、精密偏压源、测量滤波器、集成稳压器、收发器、电源滤波保护器和外部接口。
本实用新型通过外部接口为智能压力传感器加12V电源以后，经过电源滤波保护器后，施加于集成稳压器和收发器上，在这个直流电源作用下，收发器唤醒电路工作，使收发器处于就绪状态；集成稳压器输出的稳定5V电压为单片计算机和测量滤波器提供工作电源，单片计算机的内部复位电路工作，使其处于就绪状态；测量滤波器输出的电压为温度信号放大器、压力信号放大器、精密偏压源和单片计算机内部模拟/数字转换器提供电源，压力测量电桥P1将外部液体压力变换为与压力成正比的电压信号，温度测量电桥PT1000将压力测量电桥P1的环境温度变换为与之成正比的电压信号，两种电压信号经过压力信号放大器和温度信号放大器放大后，输出到单片计算机的模拟/数字转换输入端。
通过外部接口向收发器发送一个规定的指令；收发器响应输入的指令，将输入指令转换为单片计算机能够接受的指令，通过与单片计算机的接口电路，将该指令发送给单片计算机；单片计算机接收该指令，根据指令的要求，启动模拟/数字转换电路，将压力信号放大器和温度信号放大器输出的电压信号转换为二进制数字信号，并储存在单片计算机的内部存储器中，单片计算机根据指令对采集的数据进行处理，根据集成压力传感器输出电压与环境温度的关系，用温度数据对压力数据进行校正，获得真实压力数据，并将该数通过单片计算机与收发器的接口电路发送给收发器；收发器接收到单片计算机送来的数据后，将其进行电平转换，然后发送到外部接口上。
利用智能压力传感器可以接收外部命令的特点，可以对传感器进行数字编址，用三条导线(称为总线)将多个智能压力传感器(或相同结构的其它传感器)的外部接口连接起来，构成一个传感器网络；通过三根导线为所有智能压力传感器提供电源，读取智能压力传感器的指令含有编址信息，只有指令编址信息与智能压力传感器编址信息相同的传感器才响应指令，其它传感器仍然处于就绪状态。由于收发器驱动能力的限制，在一个传感器网络上最多可以接16个相同结构的智能电压传感器。
本实用新型的电路原理图如图2所示。
单片计算机由单片计算机集成电路U2、滤波电容C4、C5、C6、C7、电感L1和电阻R3、R4组成，集成稳压器送来的稳压直流电源经过信号线VCC，又经过滤波电容C4、C5滤波后，加在单片计算机的电源输入端VCC引脚上；单片计算机的3个GND引脚由两个接电源地线，另一个接测量滤波器的地线；电感L1和滤波电容C6构成的低通滤波器，将测量滤波器输出的直流电压VCC1进一步滤波后，接到单片计算机模拟/数字转换器的电源输入端AVCC引脚；滤波电容C7是单片计算机模拟/数字转换器的内部参考源的外置滤波电容；压力信号放大器和温度信号放大器输出的信号，经过信号线OUT2和信号线OUT1与单片计算机模拟/数字转换器输入引脚PC1和PC0相连，单片计算机启动模拟/数字转换器就可将这路模拟信号转换为二进制数字；单片计算机PB0引脚通过信号线RXD接收收发器集成电路U1发送来的指令，由信号线RXD送往单片计算机的指令也连接到单片计算机集成电路U2的PD2引脚上，该引脚是单片计算机的外部中断引脚，利用外部中断可提高单片计算机响应输入指令的速度；单片计算机PB1引脚通过信号线TXD向收发器发送数据；单片计算机PB3引脚通过信号线SLP可控制收发器，使其进入低功耗状态；电阻R3、R4为上拉电阻，为信号线RXD和信号线TXD提供直流通路。
压力信号放大器由测量运算放大器U5、电阻R7和滤波电容C11组成，测量滤波器输出的直流电压经过滤波电容C11滤波后，施加于测量运算放大器U5的电源引脚，测量运算放大器U5的负电源引脚VEE与测量滤波器的地线连接；压力测量电桥输入的电压信号通过信号线IN2+和信号线IN2-加于测量运算放大器U5的输入端，通过调节可变电阻R7调整放大倍数，使放大器的输出幅度满足测量要求，输出信号经过信号线OUT2连至单片计算机模拟/数字转换器输入端PC1。
温度信号放大器由测量运算放大器U4、电阻R6和滤波电容C8组成，测量滤波器输出的直流电压经过电容C8滤波后，施加于测量运算放大器U4的电源引脚，测量运算放大器U4的负电源引脚VEE与测量滤波器的地线连接；温度测量电桥PT1000输入的电压信号通过信号线IN1+和IN1-加于测量运算放大器输入端，通过调节可变电阻R6调整放大倍数，使放大器的输出幅度满足测量要求，输出信号经过信号线OUT1连至单片计算机模拟/数字转换器输入端PC0。
集成稳压器由稳压集成电路U6和滤波电容C10组成，电源滤波保护器输出的直流电压VBAT施加于稳压集成电路U6引脚Vin，稳压集成电路U6的GND引脚与地线相连，稳压集成电路U6的+5V引脚输出稳定的5V电压，经过滤波电容C10滤波后，通过信号线VCC为单片计算机和测量滤波器提供工作电压。
收发器电路由集成电路U1、二极管D1、电阻R1、R2、滤波电容C1、C2组成，经过电源滤波保护器送来的直流电压VBAT施加到集成电路U1的BAT端，为集成电路U1提供工作电源；电阻R2和滤波电容C2构成一个上电唤醒电路，与集成电路U1的WAKE引脚连接，使集成电路U1在电源供电后处于就绪状态；二极管D1和电阻R1构成收发信号线LIN的负载，滤波电容C1用来控制通讯过程中的电压上升沿和下降沿，降低电磁辐射而造成的干扰；收发信号线LIN与外部接口相连，可接收外部接口送来的指令，也可将单片计算机发送来的数据通过收发信号线LIN送到外部接口；信号线RXD、TXD和SLP与单片计算机的PB0、PB1和PB2相连，收发器将外部接口收发信号线LIN送来的指令信号转换为单片计算机接收的信号，通过信号线RXD传送给单片计算机指令接收端PB0和外部中断接收端PD2，单片计算机发送的数据通过信号线TXD送给收发器，收发器将数据信号转换为适合外部接口传送的信号，并通过收发信号线LIN发送到外部接口上。
电源滤波保护器由保护二极管D2、电感L2和滤波电容C9、C14构成，外部接口的+12V电源线经过保护二极管D2施加于电感L2和滤波电容C9、C14组成的L型滤波电路；保护二极管D2采用肖特基二极管，如果外部接口电源接反，保护二极管D2处于截止状态，保护智能压力传感器免于损坏，正常状态下保护二极管D2只有很小的压降；经过电感L2、滤波电容C9、C14滤波的外部电压通过信号线VBAT送到收发器和集成稳压器。
外部接口是一个三芯的接头，分别是+12V电源线、收发信号线LIN和地线，利用该接口可以读取压力数据，也可以对智能压力传感器进行校准、或者进行系统故障检测。
测量滤波器由滤波电容C12、C13、C15、电阻R8和电感L3组成，集成稳压器输出的直流电压经过该测量滤波器滤波后，为测量放大器、精密偏压源和单片计算机模拟/数字转换器提供高稳定工作电压。
精密偏压源由集成电路U3、限流电阻R5和滤波电容C3组成，测量滤波器输出的工作电压通过限流电阻R5作用于集成电路U3，集成电路U3在2.048伏发生齐纳击穿，由于限流电阻R5的作用，使集成电路U3的输出电压稳定在2.048伏，电容C3为滤波电容，精密的2.048伏电压为测量电桥提供了直流偏置。
权利要求1.一种智能压力传感器，其特征在于包括单片计算机、温度传感器、压力传感器、温度信号放大器、压力信号放大器、精密偏压源、测量滤波器、集成稳压器、收发器、电源滤波保护器和外部接口；单片计算机接受从外部接口并通过收发器发送来的指令，根据指令的要求，从温度信号放大器和压力信号放大器读取数据、或者进行系统故障检测，测量的数据暂存于单片机内部寄存器中，经过单片计算机对数据进行处理和校正后，通过收发器发送到外部接口上；温度传感器和压力传感器由测量电桥构成，其偏置电压是精密偏压源提供的，以保障传感器的测量精度；温度信号放大器和压力信号放大器调节放大倍数；测量滤波器将集成稳压器输出的电源进一步滤波，为测量运算放大器、精密偏压源和单片计算机的模拟/数字转换器提供稳定的直流电源；集成稳压器为单片计算机、测量滤波器提供稳定的直流工作电源；收发器在系统上电后，唤醒电路使收发器处于待命状态，外部接口发送的指令通过收发器转换为单片计算机接受的数字指令，并为单片计算机所执行，执行的结果由单片计算机通过收发器发送到外部接口；电源滤波保护器防止电源反接，滤除外部干扰信号，为集成稳压器和收发器提供平稳的输入电源；外部接口为智能传感器提供能源并完成指令的输入和数据的输出功能。
2.根据权利要求1所述的智能压力传感器，其特征在于单片计算机由单片计算机集成电路U2、上拉电阻R3、R4、滤波电容C4、C5、C6、C7和电感L1构成。
3.根据权利要求1所述的智能压力传感器，其特征在于温度信号放大器和压力信号放大器由测量运算放大器U4、U5、滤波电容C8、C11和可变电阻R6、R7构成。
4.根据权利要求1所述的智能压力传感器，其特征在于测量滤波器由滤波电容C12、C13、C15、R8和电感L3构成。
5.根据权利要求1所述的智能压力传感器，其特征在于集成稳压器由稳压集成电路U6和滤波电容C10构成的。
6.根据权利要求1所述的智能压力传感器，其特征在于收发器由集成电路U1、二极管D1、电阻R1、R2和滤波电容C1、C2构成；电阻R2和滤波电容C2构成一个上电唤醒电路，二极管D1和电阻R1构成收发信号线LIN的负载，滤波电容C1控制通讯过程中的电压上升沿和下降沿，降低电磁辐射而造成的干扰。
7.根据权利要求1所述的智能压力传感器，其特征在于电源滤波保护器由保护二极管D2、电感L2和滤波电容C9、C14构成，电感L2和滤波电容C9、C14组成L型滤波电路，保护二极管D2采用肖特基二极管。
8.根据权利要求1所述的智能压力传感器，其特征在于外部接口由输入电源线、收发信号线LIN和地线组成。
9.根据权利要求1所述的智能压力传感器，其特征在于精密偏压源由集成电路U3、限流电阻R5和滤波电容C3构成。
10.根据权利要求1所述的智能压力传感器，其特征在于所述的测量电桥同时使用温度测量电桥PT1000和压力测量电桥P1。
专利摘要智能压力传感器，用于车辆液体压力的测量。外部接口输入的指令通过收发器传送给单片计算机；单片计算机从温度信号放大器读取温度数据，从压力放大器读取压力数据，经过温度校正后，将压力数据发送到收发器；收发器将单片计算机发送来的数据发送到外部接口上；电源滤波保护器与外部电源连接，实现滤波和电源反接保护；滤波和保护后的电源与集成稳压器和收发器连接；集成稳压器输出稳定的直流电压为单片计算机提供电源，输出的电压经测量滤波器进一步滤波后供温度放大器、压力放大器和精密偏压源使用；精密偏压源为温度和压力传感器提供偏置电压。该装置具有测量、数据处理和故障检测功能，数字方式寻址，在同一个控制结点中可连接16个传感器。
文档编号G01L19/04GK2804830SQ20052008368
公开日2006年8月9日 申请日期2005年5月30日 优先权日2005年5月30日
发明者陈胜功, 温读夫, 彭金明 申请人:彭金明