技术领域
[0001] 本实用新型涉及液体压力测量技术领域,具体地说是一种总线型压力测量装置。
背景技术
[0002] 在进行液体压力测量时，需要采用体积小巧、灵敏度高、
稳定性好的压阻式敏感芯片，现有的压力
传感器中由于传感器的原因导致测量
精度大大下降，线性拟合度第，小
信号的压力测量没有参考价值，同一
大气压力下零点漂移、
温度漂移严重。实用新型内容
[0003] 为克服上述
现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种实用性强、测量精度高的总线型压力测量装置。
[0004] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种总线型压力测量装置，其特征是：包括电源模
块、压力测量转换模块、控
制模块和总线通信模块，所述电源模块为装置供电，所述压力测量转换模块和总线通信模块均连接所述
控制模块；
[0005] 所述压力测量模块获取温度信号，将所述压力信号输出给控制模块，所述控制模块接收到所述压力信号，进行AD取样转
化成数字信号，将所述数字信号输出至通信模块；
[0006] 所述压力测量转换模块包括传感器电源
电路、
压力传感器P15和信号放大电路，所述传感器电源电路包括
电压基准电路和电压跟随电路，所述信号放大电 路包括前级
差分信号放大电路和后级放大电路，所述电压基准电路输出基准电压，所述基准电压经电压跟随电路给压力传感器P15供电，所述压力传感器P15采集到的压力信号依次经过前级差分信号放大电路和后级放大电路
输出电压信号。
[0007] 优选地，所述控制模块包括
单片机U，所述电压基准电路包括基准稳压芯片U8，输出2.5V基准电压，所述电压跟随电路包括
运算放大器U1A，输出电压为所述压力传感器P15供电，所述压力传感器P15为扩散
硅传感器，所述前级差分信号放大电路包括
运算放大器U1C和U1D,所述运算放大器U1C和U1D接收压力传感器的差分信号并进行放大输出给后级放大电路，所述后级放大电路包括运算放大器U1B，所述运算放大器U1B接收到运算放大器U1C和U1D的
输出信号，进行后级放大，输出电压信号给单片机U的ADC采集端。
[0008] 优选地，所述电源模块包括自恢复保险丝F1，所述自恢复保险丝F1的一端连接24V电源，另一端连接
二极管D1的正极，二极管D1的负极分别连接电容C7、C8、
电阻R2的一端和电源管理芯片U1的7管脚。电阻R2的另一端分别连接电源管理芯片U1的5管脚和电阻R7-1的一端，电源管理芯片U1的6、9管脚接地，电容C7、C8和电阻R7-1的另一端均接地。电源管理芯片U1的1管脚连接电容C1-1的一端，电容C1-1的另一端分别连接电感L1的一端和
肖特基二极管D2的负极，肖特基二极管D2的正极接地，电源管理芯片U1的8管脚接肖特基二极管D2的负极，电源管理芯片U1的4管脚分别连接电阻R3-1和电阻R10的一端，电阻R3-1的另一端分别连接电感L1的另一端和电容C6、C4-1、C5的一端，电阻R10的另一端和电容C6、C4-1、C5的另一端均接地，电容C5的一端输出3.3V电压。
[0009] 优选地，所述电压基准电路包括基准稳压芯片U8和滤波电容C22～C24，所述基准稳压芯片U8的1管脚分别连接3.3V电压和电容C22的一端，电容C22的另一端 接地，基准稳压芯片U8的3管脚分别连接电容C23、C24的一端和地，2管脚分别接电容C23、C24的另一端，并输出基准电压；
[0010] 所述电压跟随电路包括运算放大器U1A、滤波电容C15、C16和电阻R23、R24，所述运算放大器U1A的同相输入端通过电阻R24接基准电压，
反相输入端分别连接电容C15和电阻R23的一端，电容C15和电阻R23的另一端接运算放大器U1A的输出端，运算放大器U1A的11管脚接地，4管脚分别连接3.3V电压和电容C16的一端，电容C16的另一端接地。
[0011] 优选地，所述前级差分信号放大电路包括运算放大器U1C、U1D和滤波电路，所述滤波电路包括电阻R18、R22和电容C2、C13、C14，所述电容C2的一端分别连接可控硅传感器P15的1管脚和电阻R18的一端，电容C2的另一端分别连接可控硅传感器P15的3管脚和电阻R22的一端，电阻R18的另一端分别连接电容C13的一端和运算放大器U1C的正向输入端，电阻R22的另一端分别连接运算放大器U1D的同相输入端和电容C14的一端，电容C14的另一端接地，运算放大器U1A的反相输入分别连接电阻R6、R7、R7.0和电容C9的一端，输出端分别连接电阻R6、电容C9的另一端和电阻R9的一端，运算放大器U1D的反相输入端分别连接电阻R8的一端、电位器W9的滑动端和一固定端，电位器W9的另一固定端分别连接电阻R7和R7.0的另一端，运算放大器U1D的输出端分别连接电阻R8的另一端、电阻R10的一端；
[0012] 所述后级放大电路包括运算放大器U1B，所述放大器U1B的反相输入端分别连接电阻R9的另一端和电阻R13、R11的一端，电阻R13的另一端接0.6V偏置电压，运算放大器U1B的同相输入端分别连接电阻R12、R14的一端和电阻R10的另一端，电阻R12的另一端接地，电阻R4的另一端接电位器W2的滑动端，电位器W2的一固定端接地，另一固定端接1.2V偏置电压，运算放大器U1B的输出端连接温度传感 器Rr的一端，温度传感器Rr的另一端分别连接电阻R11的另一端和电阻R120的一端，电阻R120的另一端接地，运算放大器U1D的输出端输出电压信号；
[0013] 所述压力测量转换模块还包括信号输出电路，所述信号输出电路包括电阻R20，电阻R20的一端连接运算放大器U1B的输出端，另一端分别连接电容C26的一端和稳压二极管D3的负极，电容C26的另一端和稳压二极管D3的正极均接地，稳压二极管D3的负极输出信号给单片机U的ADC采集端。
[0014] 优选地，所述单片机U的型号是STM32F101R8T6，所述控制模块还包括滤波电路和晶振电路，所述晶振电路包括晶振Y1，所述晶振Y1的一端分别连接单片机U的5管脚和电阻R8、电容C7的一端，晶振Y1的另一端分别连接单片机U的6管脚和电阻R8、电容C8的一端，电容C7、C8的另一端均接地；所述滤波电路包括滤波电容C21～C23、C25～C30、C66～C69，所述电容C21～C23、C25～C30、C66～C69并联连接在3.3V电压和地之间，单片机U的1、32、48、64、19、13管脚均接3.3V电压；
[0015] 所述单片机U的7管脚还分别连接电阻R14、电容C24的一端，电阻R14的另一端连接3.3V电源，电容C24的另一端接地，单片机U的60管脚通过电阻R10接地，28管脚通过电阻R5接地，31、47、63、18、12管脚均接地；
[0016] 所述控制模块还包括总线
接口P7、P10，总线接口P7的2、4管脚分别连接单片机U的46、49管脚，P7的1管脚接地，3管脚分别连接3.3V电压和电容C4～C6的一端，电容C4～C6的另一端均接地，总线接口P10的2管脚接地，1管脚分别连接电阻R119的一端和单片机U的45管脚，电阻R119的另一端接3.3V电压。
[0017] 优选地，所述总线通信模块包括
施密特触发器U10和收发器U9，所述施密特触发器U10为SN74LVC2G14，所述收发器U9为SP3485，所述施密特触发器U10的1、3管脚分别连接单片机U的52、51管脚，2管脚接地，5管脚接3.3V电压，4管脚分 别连接收发器U9的2、3管脚，收发器U9的1、4管脚分别连接单片机U的52、51管脚，收发器U9的5管脚接地，8管脚分别连接3.3V电压和电容C21的一端，电容C21的另一端接地，7管脚分别连接电阻R31、R1和TVSD3、D7的一端，6管脚分别连接电阻R32、TVS管D4、单刀单掷
开关U2的一端和TVS管D7的另一端，电阻R1的另一端接单刀单掷开关的另一端，TVS管D4、D3的另一端接地，电阻R32的另一端接
3.3V电压，收发器U9的6、7管脚分别输出信号与上位机通信。
[0018] 优选地，还包括显示模块，所述显示模块包括四位数码显示管U5，四位数码显示管U5的型号为DPY-4CA，所述四位数码管由
串并转换芯片U6驱动，型号为74HC595。
[0019] 本实用新型的有益效果是：本实用新型的电源模块电路中串接自恢复保险和二极管，防止电源
电流过大，防止反接电源造成的内部电路损坏；压力测量转换模块中前级差分信号放大电路输出增益可调的放大电路，线性拟合度提高；增加温度传感器Rr，用于正负温度漂移的补偿，提高测量精度，在后级放大电路的输入端加偏置电压进行调零，减少压力传感器P15的反复交表，实用性强。
附图说明
[0020] 图1是本实用新型的结构示意图；
[0021] 图2是本实用新型所述电源模块的电路图；
[0022] 图3A是本实用新型所述电压跟随电路的电路图；
[0023] 图3B是本实用新型所述电压跟随电路的电路图；
[0024] 图4是本实用新型所述可控硅传感器的示意图；
[0025] 图5是本实用新型所述信号放大电路的电路图；
[0026] 图6是本实用新型所述单片机U的示意图；
[0027] 图7A是本实用新型所述总线接口P7示意图；
[0028] 图7B是本实用新型所述总线接口P10示意图；
[0029] 图8是本实用新型所述通信电路示意图；
[0030] 图9是本实用新型所述施密特触发器管脚示意图；
[0031] 图10是本实用新型另一
实施例的结构示意图；
[0032] 图11是本实用新型所述显示电路的示意图。
具体实施方式
[0033] 为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。
[0034] 如图1-4所示，本实用新型的一种总线型压力测量装置，它包括电源模块、压力测量转换模块、控制模块和总线通信模块，所述电源模块为装置供电，所述压力测量转换模块和总线通信模块均连接所述控制模块；所述压力测量模块获取温度信号，将所述压力信号输出给控制模块，所述控制模块接收到所述压力信号，进行AD取样转化成数字信号，将所述数字信号输出至通信模块；
[0035] 所述压力测量转换模块包括传感器电源电路、压力传感器P15和信号放大电路，所述传感器电源电路包括电压基准电路和电压跟随电路，所述信号放大电路包括前级差分信号放大电路和后级放大电路，所述电压基准电路输出基准电压，所述基准电压经电压跟随电路给压力传感器P15供电，所述压力传感器P15采集到的压力信号依次经过前级差分信号放大电路和后级放大电路输出电压信号。
[0036] 如图2所示，所述电源模块包括自恢复保险丝F1，所述自恢复保险丝F1的一端连接24V电源，另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极分别连接电容C7、C8、电阻R2的一端和电源管理芯片U1的7管脚。电阻R2的另一端分别连接电源管理芯片U1的5管脚和电阻R7-1的一端，电源管理芯片U1的6、9 管脚接地，电容C7、C8和电阻R7-1的另一端均接地。电源管理芯片U1的1管脚连接电容C1-1的一端，电容C1-1的另一端分别连接电感L1的一端和肖特基二极管D2的负极，肖特基二极管D2的正极接地，电源管理芯片U1的8管脚接肖特基二极管D2的负极，电源管理芯片U1的4管脚分别连接电阻R3-1和电阻R10的一端，电阻R3-1的另一端分别连接电感L1的另一端和电容C6、C4-1、C5的一端，电阻R10的另一端和电容C6、C4-1、C5的另一端均接地，电容C5的一端输出3.3V电压。
[0037] 优选地，所述自恢复保险丝F1为R60-090，二极管D1为IN4007，肖特基二极管D2为B340A，电感L1为15μH，电容C1-1、C4-1，C5～C8的电容值分别为10nF、1nF、100nF、100μF/16V、100nF、100μF/50V，电阻R2、R3-1、R7-1、R10的电阻值分别为100KΩ、10KΩ、100KΩ、
5.9KΩ。
[0038] 所述电源管理芯片为TPS5430，它是一种高输出电流PWM转换器，集成了低阻抗高侧N
沟道MOS管。内部集成了高性能的电压误差放大器，在瞬态条件下有严格的电压调节精度，具有欠压
锁定功能，以防止输入电压达到5.5V时启动；内置慢
启动电路限制
浪涌电流，电压前馈电路改善瞬态响应。其他功能还包括一个灵敏的高电平使能端、过电流保护和热关机。为了降低设计的复杂性和外部元件数量，该款TPS5430具有内部反馈补偿回路，具有有限的内置ESD保护。宽电压输入0-24v，最大电流可达3A。
[0039] 优选地，电路中串接自恢复保险和二极管，防止电源电流过大，防止反接电源造成的内部电路损坏。
[0040] 如图3A、3B所示，所述电压基准电路包括基准稳压芯片U8和滤波电容C22～C24，所述基准稳压芯片U8的1管脚分别连接3.3V电压和电容C22的一端，电容C22的另一端接地，基准稳压芯片U8的3管脚分别连接电容C23、C24的一端和 地，2管脚分别接电容C23、C24的另一端，并输出基准电压；
[0041] 所述电压跟随电路包括运算放大器U1A、滤波电容C15、C16和电阻R23、R24，所述运算放大器U1A的同相输入端通过电阻R24接基准电压，反相输入端分别连接电容C15和电阻R23的一端，电容C15和电阻R23的另一端接运算放大器U1A的输出端，运算放大器U1A的11管脚接地，4管脚分别连接3.3V电压和电容C16的一端，电容C16的另一端接地。
[0042] 优选地，所述基准稳压芯片U8为ADR381，所述运算放大器U1A为TLV2374。扩散硅电源的基准稳压芯片U8采用ADR381，输出稳定的2.5v电压，经过电压跟随电路提高电源的带载能力，供扩散硅传感器使用，大大减小了因主
电源电压波动引起的测量精度偏差。
[0043] 优选地，所述电阻R23、R24的电阻值均为1KΩ，电容C15、C16、C22、C23的电容值均为100nF，
电解电容C24的规格为10μF/16V。
[0044] 如图4所示，所述压力传感器P15为扩散硅传感器，所述扩散硅传感器的4管脚接运算放大器U1A的输出端，2管脚接地，1、3管脚分别输出相应的电压信号S-、S+。
[0045] 所述扩散硅传感器灵敏度高，精度高，线性范围大，过压能力较强，抗冲击力较好。压力直接作用于传感器
薄膜上，产生与介质压力成正比的微位移，使用传感器的电阻值发生变化，用
电子线路检测这一变化，使之输出相应的正比例微电压信号。
[0046] 如图5所示，所述前级差分信号放大电路包括运算放大器U1C、U1D和滤波电路，所述滤波电路包括电阻R18、R22和电容C2、C13、C14，所述电容C2的一端分别连接压力传感器P15的1管脚和电阻R18的一端，电容C2的另一端分别连接压力传感器P15的3管脚和电阻R22的一端，电阻R18的另一端分别连接电容C13的一 端和运算放大器U1C的正向输入端，电阻R22的另一端分别连接运算放大器U1D的同相输入端和电容C14的一端，电容C14的另一端接地，运算放大器U1A的反相输入分别连接电阻R6、R7、R7.0和电容C9的一端，输出端分别连接电阻R6、电容C9的另一端和电阻R9的一端，运算放大器U1D的反相输入端分别连接电阻R8的一端、电位器W9的滑动端和一固定端，电位器W9的另一固定端分别连接电阻R7和R7.0的另一端，运算放大器U1D的输出端分别连接电阻R8的另一端、电阻R10的一端；所述后级放大电路包括运算放大器U1B，所述放大器U1B的反相输入端分别连接电阻R9的另一端和电阻R13、R11的一端，电阻R13的另一端接0.6V偏置电压，运算放大器U1B的同相输入端分别连接电阻R12、R14的一端和电阻R10的另一端，电阻R12的另一端接地，电阻R4的另一端接电位器W2的滑动端，电位器W2的一固定端接地，另一固定端接1.2V偏置电压，运算放大器U1B的输出端连接温度传感器Rr的一端，温度传感器Rr的另一端分别连接电阻R11的另一端和电阻R120的一端，电阻R120的另一端接地，运算放大器U1D的输出端输出电压信号。
[0047] 优选地，所述运算放大器U1B、U1C和U1D均为TLV2374。
[0048] 压力传感器P15输出一个差分信号经过R18、C13，R22、C14滤波得到稳定信号经前级运放U1C、U1D输出增益可调的放大信号，其中W9为可调电位器。U1C与U1D输出的是电压差信号，需要转换成对地的输出信号，采用U1B构成差动输入，单端输出的放大电路，该电路仅放大差动电压，因此，需要满足R9：R11＝R10：R12。
[0049] 后级运放U1B为单端输出，输出电压为0-2v，运放U1B的输入为0-0.2v，因此运放U1B的增益为10，R9：R10＝R11：R12＝1:10。输出接10k的负载。
[0050] 当压力为0时，传感器输出为0，此时后级放大电路输出对地电压为零，实际输出不为0，因此在后级输入端加偏置电压进行调零，减少了传感器的反复校 表。
[0051] 电路中的Rr为KTY系列传感器，适用于正负温度漂移的补偿，进行自动温度补偿，解决温度漂移的问题。
[0052] 优选地，所述电阻R4、R6～R13、R18、R22、R120的电阻值分别为100KΩ、100KΩ、1KΩ、100KΩ、30KΩ、30KΩ、300KΩ、200KΩ、100KΩ、100Ω、100Ω、10KΩ，电容C2、C9、C13、C14的电容值分别为100nF、1nF、10nF、10nF。
[0053] 所述信号输出电路包括电阻R20，电阻R20的一端连接运算放大器U1B的输出端，另一端分别连接电容C26的一端和稳压二极管D3的负极，电容C26的另一端和稳压二极管D3的正极均接地，稳压二极管D3的负极输出信号给单片机U的ADC采集端。
[0054] 优选地，所述电阻R20的电阻值为1KΩ、电容C26的电容值为2.2nF，稳压二极管D3为3.3V稳压二极管。
[0055] 如图6所示，所述单片机型号为STM32F101R8T6，所述控制模块还包括滤波电路和晶振电路，所述晶振电路包括晶振Y1，所述晶振Y1的一端分别连接单片机U的5管脚和电阻R8、电容C7的一端，晶振Y1的另一端分别连接单片机U的6管脚和电阻R8、电容C8的一端，电容C7、C8的另一端均接地；所述滤波电路包括滤波电容C21～C23、C25～C30、C66～C69，所述电容C21～C23、C25～C30、C66～C69并联连接在3.3V电压和地之间，单片机U的1、32、48、64、19、13管脚均接3.3V电压；
[0056] 所述单片机U的7管脚还分别连接电阻R14、电容C24的一端，电阻R14的另一端连接3.3V电源，电容C24的另一端接地，单片机U的60管脚通过电阻R10接地，28管脚通过电阻R5接地，31、47、63、18、12管脚均接地；
[0057] 优选地，所述晶振Y1为8MHz，电容C7、C8、C21～30、C66～C69的值分别为 20pF、20pF、100nF、100nF、100nF、100nF、100nF、100nF、100nF、100nF、100nF、100nF、100nF、100nF、
10μF、10μF，电阻R8、R10、R14、R5、R119的值分别为1MΩ、10KΩ、10KΩ、10KΩ、10KΩ。
[0058] 如图7A、7B所示，所述控制模块还包括总线接口P7、P10，总线接口P7的2、4管脚分别连接单片机U的46、49管脚，P7的1管脚接地，3管脚分别连接3.3V电压和电容C4～C6的一端，电容C4～C6的另一端均接地，总线接口P10的2管脚接地，1管脚分别连接电阻R119的一端和单片机U的45管脚，电阻R119的另一端接3.3V电压。
[0059] 优选地，所述电容C4～C6的电容值分别为47μF、10μF、10μF。
[0060] 如图8、9所示，所述总线通信模块包括施密特触发器U10和收发器U9，所述施密特触发器U10为SN74LVC2G14，所述收发器U9为SP3485，所述施密特触发器U10的1、3管脚分别连接单片机U的52、51管脚，2管脚接地，5管脚接3.3V电压，4管脚分别连接收发器U9的2、3管脚，收发器U9的1、4管脚分别连接单片机U的52、51管脚，收发器U9的5管脚接地，8管脚分别连接3.3V电压和电容C21的一端，电容C21的另一端接地，7管脚分别连接电阻R31、R1和TVSD3、D7的一端，6管脚分别连接电阻R32、TVS管D4、单刀单掷开关U2的一端和TVS管D7的另一端，电阻R1的另一端接单刀单掷开关的另一端，TVS管D4、D3的另一端接地，电阻R32的另一端接3.3V电压，收发器U9的6、7管脚分别输出信号与上位机通信。
[0061] 优选地，所述TVS管D3、D4和D7均为SMBJ15CA，所述电容C21为100nF，电阻R1、R31、R32为120Ω、4.7KΩ、4.7KΩ。
[0062] 如图10、11所示，本实用新型另一种实施例的示意图，装置还包括显示模块，所述显示模块与控制模块连接，显示压力值；所述显示模块包括四位数码管U5，型号为DPY-4CA，所述四位数码管由串并转换芯片U6驱动，型号为74HC595。
[0063] 所述串并转换芯片U6的11、12、14管脚分别连接单片机U3的16、19、15管脚，U6的13管脚接地，10、16管脚均接3.3V电压，8管脚接地，15和1～7管脚通过电阻RP1、RP2依次连接四位数码显示管U5的A～H管脚，四位数码显示管U5的1、4、5、12管脚分别依次连接
三极管Q1、Q6、Q4、Q3的发射极，三极管Q1、Q6、Q4、Q3的基极分别依次连接电阻R12、R13、R14、R85的一端，电阻R12、R13、R14、R85的另一端分别连接单片机U3的18、22、17、21管脚，三极管Q1、Q6、Q4、Q3的集
电极接3.3V电压。
[0064] 优选地，所述电阻RP1、RP2均为330Ω，电阻R12、R13、R14、R85的阻值均为1KΩ，三极管Q1、Q6、Q4、Q3均为NPN型三极管。
[0065] 以上所述只是本实用新型的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本实用新型的保护范围。
