数字压力计
阅读说明：本技术 数字压力计 (Digital pressure gauge ) 是由 黄辉 陈海丰 于 2021-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了压力计技术领域的数字压力计,包括单片机系统电路、供电电池电路、电池电压检测电路、升压电路、液晶屏、按键电路、传感器驱动与信号放大电路和数据存储电路,通过锂电池BT1为整个系统供电,升压电路将电池电压升压后供给传感器驱动电路,产生恒流,由单片机进行数据采集,采集后的数据输入到液晶屏进行显示,随后单片机控制关闭升压电路,进而不产生恒流,运算放大器U1A停止工作,单片机对采集的数据进行处理并驱动液晶屏显示,随后单片机进入休眠,利用晶振电路控制每两秒执行一次循环,采集数据后关闭所有用电外设,数据处理完成后立即进入休眠,实现超低功耗和超长使用时间,具有创造性。(The invention discloses a digital pressure gauge in the technical field of pressure gauges, which comprises a singlechip system circuit, a power supply battery circuit, a battery voltage detection circuit, a booster circuit, a liquid crystal screen, a key circuit, a sensor driving and signal amplifying circuit and a data storage circuit, wherein the lithium battery BT1 supplies power to the whole system, the booster circuit boosts the battery voltage and supplies the battery voltage to the sensor driving circuit to generate a constant current, the singlechip acquires data, the acquired data is input to the liquid crystal screen to be displayed, then the singlechip controls the booster circuit to be closed so as not to generate the constant current, an operational amplifier U1A stops working, the singlechip processes the acquired data and drives the liquid crystal screen to display, then the singlechip enters dormancy, the crystal oscillator circuit is used for controlling to execute one cycle every two seconds, all power utilization peripherals are closed after the data are acquired, the singlechip immediately enters the dormancy after the data processing is finished, the ultra-low power consumption and the ultra-long service time are realized, and the method is creative.)
技术领域
本发明涉及压力计
技术领域
，具体为数字压力计。背景技术
压力计是测量流体压力的仪器。通常都是将被测压力与某个参考压力(如大气压力或其他给定压力)进行比较，因而测得的是相对压力或压力差。按工作原理不同可分为液柱式、弹性式和传感器式三种形式。液柱式如U型管压力计、排管压力计等，它是根据流体静力学原理将压力信号转变为液柱高度信号；弹性式如包登管压力计，将压力信号转变为弹性元件的机械变形量，以指针偏转的方式输出信号，工业系统中多使用此类压力计；压力传感器的原理是将压力信号转变为某种电信号，如应变式，通过弹性元件变形而导致电阻变化；压电式是利用压电效应等。液柱式压力计结构简单，灵敏度和精确度都高，常用于校正其他类型压力计，缺点是体积大、反应慢、难于自动测量。弹性式压力计使用方便、测压范围大，但精度较低，同样不能自动测量；各种压力传感器均能小型化，比较精确和快速测量，尤能测量动态压力，实现多点巡回检测、信号转换、远距离传输、与计算机相连接、适时处理等，因而得到迅速发展和广泛应用，尤其是常用的数字压力计；
例如CN208443523U公开了一种数字压力计，包括壳体以及设置于壳体两端的前端盖和后端盖，所述壳体与所述前端盖和后端盖围合成安装腔，所述安装腔中设置有电路板，安装腔的下部连接用于检测的传感器，所述壳体的侧壁上一侧设置有用于连接天馈线的接线孔，另一侧设置有电池仓，所述电池仓的底部设置有与所述电路板电连接的正极连接部，所述电池仓的敞口处还设置有用于锁紧电池的封堵头，该封堵头拧紧时与电池的负极接触，并与壳体共同构成与所述电路板电连接的负极电路。本技术方案设置有单独的电池仓，电池仓中的电池使得压力计能够独立运行，能够不间断的对检测点进行检测任务，但是整体使用寿命还是取决于电池的有效工作时长，需要频繁更换电池，对于很多领域操作极其不方便，故亟需设计一种电池使用寿命增长的压力计，基于此，本发明设计了数字压力计，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供数字压力计，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：数字压力计，包括单片机系统电路、供电电池电路、电池电压检测电路、升压电路、液晶屏、按键电路、传感器驱动与信号放大电路和数据存储电路，所述单片机系统电路与供电电池电路、电池电压检测电路、升压电路、液晶屏、按键电路、传感器驱动与信号放大电路和数据存储电路信号连接，所述升压电路与传感器驱动与信号放大电路信号连接，所述传感器驱动与信号放大电路包括相互信号连接的传感器驱动电路和信号放大电路；
所述单片机系统电路包括ML610Q411单片机，所述ML610Q411单片机连接有电压基准电路、烧录电路、上电复位电路、晶振电路、普通电容C9、普通电容C10、普通电容C11和普通电容C12，所述普通电容C9串接在ML610Q411单片机的C1和C2端口之间，所述普通电容C10、普通电容C11和普通电容C12分别串接在ML610Q411单片机的VL3、VL2和VL1端口上且另一端接地；
所述供电电池电路包括锂电池BT1、电阻Rkey、电阻R4、电阻R5、电阻R7、三极管Q1、极性电容E1、普通电容C1和C2，所述锂电池BT1的负极与极性电容E1的负极、普通电容C1和C2的一端接地，所述锂电池BT1的正极串接电阻Rkey，所述电阻Rkey的另一端串接电阻R4，所述电阻R4的另一端与极性电容E1的正极、普通电容C1与C2的另一端、VCC输入端、电阻R5和三极管Q1的发射极连接，所述电阻R5的另一端与电阻R7和三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极与升压电路连接，所述电阻R7的另一端与ML610Q411单片机的RA6端口连接；
所述电池电压检测电路包括电阻R26、电阻R27和普通电容C18，所述电阻R26的一端串接VCC输入端，所述电阻R26的另一端连接电阻R27、普通电容C18和ML610Q411单片机的AIN0端口，所述普通电容C18的另一端接地，所述电阻R27的另一端与ML610Q411单片机的RA1端口连接；
所述升压电路包括升压芯片U5，所述升压芯片U5的LX和CE端口分别串接电感L1和电阻R16，所述电感L1和电阻R16的另一端连接有普通电容C14与C19和二极管D1，所述二极管D1的正极与三极管Q1的集电极连接，所述普通电容C14与C19的另一端接地，所述升压芯片U5的OUT端口连接有普通电容C15、肖特基二极管D4与D5和传感器驱动与信号放大电路，所述普通电容C15另一端、肖特基二极管D4与D5正极和升压芯片U5的GND端口均接地。
进一步的，所述电压基准电路包括可控精密稳压源U2、电阻R23、电阻R30和普通电容C7，所述可控精密稳压源U2的阳极接地，所述可控精密稳压源U2的参考极串接电阻R30，所述电阻R30的另一端连接电阻R23、普通电容C7和可控精密稳压源U2的阴极，所述电阻R23的另一端与ML610Q411单片机的RA0端口连接，所述普通电容C7的另一端接地。
进一步的，所述烧录电路包括烧录接口P1、普通电容C5和C6，所述普通电容C5和C6的一端接地，所述普通电容C5和C6的另一端分别与烧录接口P1的VDDL脚和VPP脚连接。
进一步的，所述上电复位电路包括电阻R34和普通电容C13，所述电阻R34的一端连接VCC输入端，所述电阻R34的另一端连接普通电容C13和ML610Q411单片机的REST-N端口，所述普通电容C13的另一端接地。
进一步的，所述晶振电路包括晶振XT1、普通电容C8、CX1和CX2，所述普通电容C8与ML610Q411单片机的VDDX端口连接，所述普通电容C8的另一端与普通电容CX1与CX2和地线连接，所述普通电容CX1的另一端与晶振XT1一端和ML610Q411单片机的XT1端口连接，所述晶振XT1的另一端与ML610Q411单片机的XT0端口和普通电容CX2的另一端连接。
进一步的，所述按键电路包括常开按键S1、常开按键S2、电阻R32和电阻R33，所述常开按键S1和S2的一端接地，所述常开按键S1的另一端连接电阻R32和ML610Q411单片机的P00端口，所述常开按键S2的另一端连接电阻R33和ML610Q411单片机的P01端口，所述电阻R32和R33的另一端连接VCC输入端。
进一步的，所述传感器驱动与信号放大电路的传感器驱动电路包括运算放大器U1B、压力传感器T1、电阻R14、电阻R15、电阻R1、电阻R8和肖特基二极管D2，所述肖特基二极管D2的正极接地，所述肖特基二极管D2的负极连接电阻R8和ML610Q411单片机的VREF端口，所述电阻R8的另一端连接电阻R1，所述电阻R1的另一端连接有电阻R14和运算放大器U1B的同向输入端，所述电阻R14的另一端接地，所述运算放大器U1B的反向输入端连接电阻R15和压力传感器T1的E-脚，所述电阻R15的另一端接地，所述压力传感器T1的E+脚与运算放大器U1B的输出端连接。
进一步的，所述传感器驱动与信号放大电路的信号放大电路包括运算放大器U1A、电阻R2、电阻R11、电阻R21、电阻R3、电阻R6、普通电容C3、普通电容C4和肖特基二极管D3，所述运算放大器U1A的反向输入端连接电阻R2和R3，所述电阻R2的另一端与压力传感器T1的O-脚连接，所述电阻R3的另一端与运算放大器U1A输出端、电阻R6和肖特基二极管D3负极连接，所述肖特基二极管D3正极接地，所述电阻R6的另一端连接普通电容C3和ML610Q411单片机的A1N1端口连接，所述普通电容C3的另一端接地，所述运算放大器U1A的正电源接口接地，所述运算放大器U1A的负电源接口连接普通电容C4和升压芯片U5的OUT端口，所述普通电容C4的另一端接地，所述运算放大器U1A的同向输入端连接电阻R11和R21，所述电阻R21的另一端接地，所述电阻R11的另一端与压力传感器T1的O+脚连接。
进一步的，所述数据存储电路包括芯片U3、电阻R12和电阻R13，所述芯片U3的A0、A1、A2、GND和WP端口均与ML610Q411单片机的P22端口连接，所述电阻R12和电阻R13分别与芯片U3的SCL端口和SDA端口连接，所述电阻R12和电阻R13的另一端均连接VCC输入端和芯片U3的VCC端口，所述芯片U3采用BR24G16系列EEPROM。
进一步的，所述升压芯片U5采用HT7750S升压芯片。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过锂电池BT1为整个系统供电，升压电路将电池电压升压后供给传感器驱动电路，产生恒流，恒流供给压力传感器T1，压力传感器T1输出微弱信号后经过运算放大器U1A放大后输入到单片机，由单片机进行数据采集，采集后的数据输入到液晶屏进行显示，随后单片机控制关闭升压电路，进而不产生恒流，运算放大器U1A停止工作，单片机对采集的数据进行处理并驱动液晶屏显示，随后单片机进入休眠，利用晶振电路控制每两秒执行一次循环，采集数据后关闭所有用电外设，数据处理完成后立即进入休眠，实现超低功耗和超长使用时间，具有创造性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明单片机系统电路图；
图2为本发明供电电池电路图；
图3为本发明电池电压检测电路图；
图4为本发明升压电路图；
图5为本发明液晶屏接线图；
图6为本发明按键电路图；
图7为本发明传感器驱动与信号放大电路图；
图8为本发明数据存储电路图；
图9为本发明原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：数字压力计，包括单片机系统电路1、供电电池电路2、电池电压检测电路3、升压电路4、液晶屏5、按键电路6、传感器驱动与信号放大电路7和数据存储电路8，单片机系统电路1与供电电池电路2、电池电压检测电路3、升压电路4、液晶屏5、按键电路6、传感器驱动与信号放大电路7和数据存储电路8信号连接，升压电路4与传感器驱动与信号放大电路7信号连接，传感器驱动与信号放大电路7包括相互信号连接的传感器驱动电路和信号放大电路，液晶屏5用于显示压力值与电池电量值；
单片机系统电路1包括ML610Q411单片机，ML610Q411单片机连接有电压基准电路、烧录电路、上电复位电路、晶振电路、普通电容C9、普通电容C10、普通电容C11和普通电容C12，普通电容C9串接在ML610Q411单片机的C1和C2端口之间，普通电容C10、普通电容C11和普通电容C12分别串接在ML610Q411单片机的VL3、VL2和VL1端口上且另一端接地，该电路用于处理逻辑运算和数据采集、存储与显示；
供电电池电路2包括锂电池BT1、电阻Rkey、电阻R4、电阻R5、电阻R7、三极管Q1、极性电容E1、普通电容C1和C2，锂电池BT1给整个产品供电，锂电池BT1的负极与极性电容E1的负极、普通电容C1和C2的一端接地，锂电池BT1的正极串接电阻Rkey，电阻Rkey的另一端串接电阻R4，电阻R4的另一端与极性电容E1的正极、普通电容C1与C2的另一端、VCC输入端、电阻R5和三极管Q1的发射极连接，电阻R4为限流保护电阻，防止后级短路而产生电流导致火花产生，与其连接器件构成防爆保护电路，电阻R5的另一端与电阻R7和三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极与升压电路4连接，电阻R7的另一端与ML610Q411单片机的RA6端口连接，三极管Q1控制升压电路供电，VDD2_ON端口为低电平时打开电源；为高电平时关断电源，休眠状态时也关闭电源；
电池电压检测电路3包括电阻R26、电阻R27和普通电容C18，电阻R26的一端串接VCC输入端，电阻R26的另一端连接电阻R27、普通电容C18和ML610Q411单片机的AIN0端口，普通电容C18的另一端接地，电阻R27的另一端与ML610Q411单片机的RA1端口连接，该电路是监控锂电池BT1剩余容量，电阻R26与R27进行锂电池BT1分压后检测，当检测锂电池BT1电压时，ML610Q411单片机的VR2端口输出低电平，ML610Q411单片机的AIN0端口采集电池电压；
升压电路4包括升压芯片U5，升压芯片U5的LX和CE端口分别串接电感L1和电阻R16，电感L1和电阻R16的另一端连接有普通电容C14与C19和二极管D1，二极管D1的正极与三极管Q1的集电极连接，普通电容C14与C19的另一端接地，升压芯片U5的OUT端口连接有普通电容C15、肖特基二极管D4与D5和传感器驱动与信号放大电路7，普通电容C15另一端、肖特基二极管D4与D5正极和升压芯片U5的GND端口均接地，升压芯片U5采用HT7750S升压芯片，其将锂电池BT1电压3.6V升压到5V为传感器驱动与信号放大电路7提供电源。
其中，电压基准电路包括可控精密稳压源U2、电阻R23、电阻R30和普通电容C7，可控精密稳压源U2的阳极接地，可控精密稳压源U2的参考极串接电阻R30，电阻R30的另一端连接电阻R23、普通电容C7和可控精密稳压源U2的阴极，电阻R23的另一端与ML610Q411单片机的RA0端口连接，普通电容C7的另一端接地，可控精密稳压源U2为ML610Q411单片机提供电压基准；
烧录电路包括烧录接口P1、普通电容C5和C6，普通电容C5和C6的一端接地，普通电容C5和C6的另一端分别与烧录接口P1的VDDL脚和VPP脚连接；
上电复位电路包括电阻R34和普通电容C13，电阻R34的一端连接VCC输入端，电阻R34的另一端连接普通电容C13和ML610Q411单片机的REST-N端口，普通电容C13的另一端接地；
晶振电路包括晶振XT1、普通电容C8、CX1和CX2，普通电容C8与ML610Q411单片机的VDDX端口连接，普通电容C8的另一端与普通电容CX1与CX2和地线连接，普通电容CX1的另一端与晶振XT1一端和ML610Q411单片机的XT1端口连接，晶振XT1的另一端与ML610Q411单片机的XT0端口和普通电容CX2的另一端连接，该电路产生振荡频率，为ML610Q411单片机提供系统时钟频率，控制通断电频率；
按键电路6包括常开按键S1、常开按键S2、电阻R32和电阻R33，常开按键S1和S2的一端接地，常开按键S1的另一端连接电阻R32和ML610Q411单片机的P00端口，常开按键S2的另一端连接电阻R33和ML610Q411单片机的P01端口，电阻R32和R33的另一端连接VCC输入端，该电路用于产品生产时标定时使用；
传感器驱动与信号放大电路7的传感器驱动电路包括运算放大器U1B、压力传感器T1、电阻R14、电阻R15、电阻R1、电阻R8和肖特基二极管D2，肖特基二极管D2的正极接地，肖特基二极管D2的负极连接电阻R8和ML610Q411单片机的VREF端口，电阻R8的另一端连接电阻R1，电阻R1的另一端连接有电阻R14和运算放大器U1B的同向输入端，电阻R14的另一端接地，运算放大器U1B的反向输入端连接电阻R15和压力传感器T1的E-脚，电阻R15的另一端接地，压力传感器T1的E+脚与运算放大器U1B的输出端连接；传感器驱动与信号放大电路7的信号放大电路包括运算放大器U1A、电阻R2、电阻R11、电阻R21、电阻R3、电阻R6、普通电容C3、普通电容C4和肖特基二极管D3，运算放大器U1A的反向输入端连接电阻R2和R3，电阻R2的另一端与压力传感器T1的O-脚连接，电阻R3的另一端与运算放大器U1A输出端、电阻R6和肖特基二极管D3负极连接，肖特基二极管D3正极接地，电阻R6的另一端连接普通电容C3和ML610Q411单片机的A1N1端口连接，普通电容C3的另一端接地，运算放大器U1A的正电源接口接地，运算放大器U1A的负电源接口连接普通电容C4和升压芯片U5的OUT端口，普通电容C4的另一端接地，运算放大器U1A的同向输入端连接电阻R11和R21，电阻R21的另一端接地，电阻R11的另一端与压力传感器T1的O+脚连接，U1A和U1B构成双路运放，运算放大器U1B及其连接器件构造恒流电路，恒流1.5mA为压力传感器T1提供驱动电流，运算放大器U1A及其连接器件构造差分放大电路，将压力传感器T1输出的小信号进行放大，输出给ML610Q411单片机，然后由ML610Q411单片机进行采集处理；
数据存储电路8包括芯片U3、电阻R12和电阻R13，芯片U3的A0、A1、A2、GND和WP端口均与ML610Q411单片机的P22端口连接，电阻R12和电阻R13分别与芯片U3的SCL端口和SDA端口连接，电阻R12和电阻R13的另一端均连接VCC输入端和芯片U3的VCC端口，芯片U3采用BR24G16系列EEPROM，用于数据存储，存储标定数据；
本实施例的一个具体应用为：ML610Q411单片机由锂电池BT1直接供电，并控制所有逻辑与模拟部件，当对压力传感器T1进行数据采集时，ML610Q411单片机通过晶振电路由睡眠进入唤醒状态，打开升压电路4，同时使传感器驱动与信号放大电路7的运算放大器U1B及其连接器件构造的恒流电路打开，进而运算放大器U1A及其连接器件构造的差分放大电路工作，ML610Q411单片机进行数据采集，在晶振电路作用下关闭升压电路4、恒流电路和差分放大电路，ML610Q411单片机对采集的数据进行处理并通过液晶屏显示，随后在晶振电路作用下ML610Q411单片机进入休眠，晶振电路控制每两秒执行一次循环，采集数据后关闭所有用电外设，数据处理完成后立即进入休眠，实现超低功耗和超长使用时间。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
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