一种基于单片机的矿用低功耗数字压力计的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于单片机的矿用低功耗数字压力计，包括控制器模块、传感器模块、信号调理模块、模数转换模块、数据存储模块、定时电路模块、电源管理模块和显示模块，所述的控制器模块与模数转换模块、数据存储模块、定时电路模块、电源管理模块和显示模块相连接，所述的控制器模块是型号为STC12LE5404AD的单片机，所述的电源管理模块包括采用型号为TPS76933的低压降线性稳压器的正电源管理模块和采用型号为NCP1729的开关电容式电压倒相器的负电源管理模块。本发明运用了STC12LE5404AD单片机的高集成度和低功耗的功能，并对各部分电路进行电源管理低功耗设计，降低了整机功耗，延长了矿用数字压力计电池的寿命。
【专利说明】
一种基于单片机的矿用低功耗数字压力计
技术领域
[0001]本发明涉及一种矿用数字压力计，尤其涉及一种基于单片机的矿用低功耗数字压力计。
【背景技术】
[0002]矿用数字压力计是用于煤矿井下综采支架压力参数监测的智能仪表，是煤矿安全生产必备的监测装置，它可以实时监测顶板的压力，并可以立即显示当前压力；它可以定时采集压力值，并储存起来，以便将压力数据发给计算机分析，预测顶板何时来压，保障煤炭的安全生产。
[0003]矿用数字压力计一般采用电池供电，所以降低矿用数字压力计的功耗有着非常重要的意义。而且煤矿本安规定，电池寿命到达时，必须在井上更换，以防在井下更换时出现危险。但现有的矿用数字压力计待机功耗较高，待机时间普遍较短，只有6?12个月，当电池寿命到达时，不得不在使用过程中将压力计带到井上更换电池，带来极大不便。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种基于单片机的矿用低功耗数字压力计，通过选用集成度高、低功耗的控制器，对各部分电路进行电源管理以及低功耗设计，降低了整机功耗，延长了电池的寿命。
[0005]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现。
[0006]—种基于单片机的矿用低功耗数字压力计，包括控制器模块、传感器模块、信号调理模块、模数转换模块、数据存储模块、定时电路模块、电源管理模块和显示模块，所述的控制器模块与模数转换模块、数据存储模块、定时电路模块、电源管理模块和显示模块相连接，所述的模数转换模块与信号调理模块相连接，所述的信号调理模块与传感器模块相连接，所述的传感器模块实现采集压力值的功能，所述的信号调理模块实现将微弱的传感器信号放大的功能，所述的模数转换模块实现信号转换的功能，所述的数据存储模块实现数据存储的功能，所述的定时电路模块实现定时唤醒控制器采集数据的功能，所述的显示模块实现显示压力值的功能。
[0007]所述的控制器模块采用型号为STC12LE5404AD的单片机。
[0008]所述的电源管理模块包括采用型号为TPS76933的低压降线性稳压器的正电源管理模块和采用型号为NCP1729的开关电容式电压倒相器的负电源管理模块。
[0009]与现有技术相比，本发明一种基于单片机的矿用低功耗数字压力计具有以下优点:本发明电路结构简单，运用了 STC12LE5404AD的单片机的高集成度和低功耗的功能，并对各部分电路进行电源管理低功耗设计，降低了整机功耗，延长了矿用数字压力计电池的寿命O
【附图说明】
[0010]图1是本发明一种基于单片机的矿用低功耗数字压力计的结构框图。
[0011]图2是本发明的信号调理模块的电路原理图。
[0012]图3(a)是本发明的控制器模块的电源管理电路原理图，图3(b)是本发明的定时电路模块的电源管理电路原理图，图3(c)是本发明的信号调理模块的电源管理电路原理图。
[0013]图中:丨-控制器模块;2-传感器模块;3-信号调理模块;4-模数转换模块;5-数据存储模块;6-定时电路模块；7-电源管理模块;8-显示模块。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图，对本发明作进一步描述。
[0015]如图1所示，一种基于单片机的矿用低功耗数字压力计，包括控制器模块(1)、传感器模块(2 )、信号调理模块(3 )、模数转换模块(4 )、数据存储模块(5 )、定时电路模块(6 )、电源管理模块(7)和显示模块(8)，所述的控制器模块(I)与模数转换模块(4)、数据存储模块
(5)、定时电路模块(6)、电源管理模块(7)和显示模块(8)相连接，所述的模数转换模块(4)与信号调理模块(3)相连接，所述的信号调理模块(3)与传感器模块(2)相连接，所述的传感器模块(2)实现采集压力值的功能，所述的信号调理模块(3)实现将微弱的传感器信号放大的功能，所述的模数转换模块(4)实现信号转换的功能，所述的数据存储模块(5)实现数据存储的功能，所述的定时电路模块(6)实现定时唤醒控制器采集数据的功能，所述的显示模块(8)实现显示压力值的功能。
[0016]所述的控制器模块(I)采用型号为STC12LE5404AD的单片机。
[0017]所述的电源管理模块(7)包括采用型号为TPS76933的低压降线性稳压器的正电源管理模块和米用型号为NCPl 729的开关电容式电压倒相器的负电源管理模块。
[0018]为了满足矿用数字压力计的控制功能并达到高集成度、低功耗的要求，控制器模块采用STC12LE5404AD单片机为核心控制器件，STC12LE5404AD采用增强型8051内核，速度比普通8051快8?12倍，低功耗设计，在掉电模式下功耗小于0.ΙμΑ，实现对测量采样、数据存储、数据处理及显示功能的控制。
[0019]信号调理模块的作用是将微弱的传感器信号放大、转换，得到适合数模转换模块使用的输入电压。该模块主要由型号为0Ρ07Α放大器组成。由于传感器模块中压力传感器传送的信号变化范围为10 mV左右，而且放大器的工作电压为±3.3 V，因此，选用放大倍数为500。传感器模块中采用型号为AK-2的应变式压力传感器。信号调理模块的电路原理图如图2所示，通过调整VRl，得到适合模数转换模块的电压。
[0020]由于定时电路模块需要定时唤醒微控制器采集数据，因此定时电路模块的供电电源和控制器模块的电源一样不能断电，在本发明中定时电路与微控制器使用相同的电源。定时电路模块主要由时钟电路组成，选用NXP公司生产的具有12C总线的集成电路PCFSSeSTlCFSSeT的特点是超低功耗，典型值为0.25μΑ； 1.0?5.5 V较宽的电压范围；4种报警功能和定时器功能。
[0021]电源管理模块对降低整个系统的功耗具有重要的作用，它控制各电路的供电电源，在电路不工作时，将其供电电源关掉，可达到节能降耗的目的，控制器模块的电源管理电路原理图如图3(a)所示，定时电路模块的电源管理电路原理图如图3(b)所示，信号调理模块的电源管理电路原理图如图3(c)所示。
[0022]本发明一种基于单片机的矿用低功耗数字压力计，其具体的实现方法如下:传感器模块中的应变式压力传感器检测矿井顶板压力并将产生的电压信号传给信号调理模块，信号调理模块对电压信号进行放大和转换的处理，经调理后的电压信号通过数模转换模块转换为数字信号，定时电路模块定时唤醒控制器模块STC12LE5404AD单片机采集数据，STC12LE5404AD单片机将采集的数字信号存储于数据存储模块并通过显示模块显示，在整个过程中，电源管理模块会根据各模块的工作状态控制各电路供电电源的开关，达到降低功耗的目的。
【主权项】
1.一种基于单片机的矿用低功耗数字压力计，包括控制器模块、传感器模块、信号调理模块、模数转换模块、数据存储模块、定时电路模块、电源管理模块和显示模块，其特征在于:所述的控制器模块与模数转换模块、数据存储模块、定时电路模块、电源管理模块和显示模块相连接，所述的模数转换模块与信号调理模块相连接，所述的信号调理模块与传感器模块相连接，所述的传感器模块实现采集压力值的功能，所述的信号调理模块实现将微弱的传感器信号放大的功能，所述的模数转换模块实现信号转换的功能，所述的数据存储模块实现数据存储的功能，所述的定时电路模块实现定时唤醒控制器采集数据的功能，所述的显示模块实现显示压力值的功能。2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的矿用低功耗数字压力计，其特征在于:所述的控制器模块采用型号为STC12LE5404AD的单片机。3.根据权利要求1所述的一种基于单片机的矿用低功耗数字压力计，其特征在于:所述的电源管理模块包括采用型号为TPS76933的低压降线性稳压器的正电源管理模块和采用型号为NCP1729的开关电容式电压倒相器的负电源管理模块。
【文档编号】G01L1/00GK105928640SQ201610232620
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】孙宝征, 刘杰, 田 浩, 宁挺
【申请人】中国矿业大学