專利名稱：多功能大氣壓力海拔高度儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可同時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度、大氣壓力、海拔高度以及指示方位 的多功能大氣壓力海拔高度儀表。
技術(shù)背景傳統(tǒng)的大氣壓力電子表和電子海拔高度表基本上采用機(jī)械式膜盒機(jī)構(gòu)，被 測(cè)介質(zhì)壓力通過可以在垂直于撓性面方位移動(dòng)的膜盒力敏元件，讓其自由端產(chǎn) 生相應(yīng)彈性變形位移，經(jīng)撥桿帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)放大后由指示裝置將被測(cè)壓力在儀 表盤上指示出來。這種儀表精度低，抗震性能差，易受地面及溫度、濕度的影 響，無法勝任在汽車上以及很多其他激烈運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，更重要的是不能擴(kuò)展功能。 比如不能測(cè)量環(huán)境溫度、不能向指南針一樣指明方位，由于功能單一，這些都 為使用者帶來了不便。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種精度高、抗震性好，并能擴(kuò)展溫度測(cè)量、方位 指示功能的多功能大氣壓力海拔高度儀表。本發(fā)明提供的這種多功能大氣壓力海拔高度儀表，包括單片機(jī)、大氣壓力 信號(hào)采集調(diào)理電路、數(shù)字溫度傳感器、微型步進(jìn)電機(jī)、安裝在微型步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn) 軸上的氣壓指針、表盤，其中大氣壓力信號(hào)采集調(diào)理電路主要由大氣壓力傳感 器和運(yùn)算放大器組成，大氣壓力傳感器將所采集到的信號(hào)送到運(yùn)算放大器進(jìn)行放大、整形，再送到單片機(jī)的I/0口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波，同時(shí)單片機(jī)直 接讀取數(shù)字溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，并對(duì)該溫度值下的大氣壓力信號(hào)進(jìn)行查表 補(bǔ)償，通過補(bǔ)償值計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的海拔高度值，再轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)微 型步進(jìn)電機(jī)，通過該微型步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)氣壓指針，指示大氣壓力和海拔高度， 大氣壓力和海拔高度的刻度設(shè)在表盤上。為了擴(kuò)展方位指示功能，本發(fā)明還包括磁阻信號(hào)采集調(diào)理電路、方位指針、驅(qū)動(dòng)方位指針的微型步進(jìn)電機(jī)，磁阻信號(hào)采集調(diào)理電路主要由磁阻傳感器和運(yùn) 算放大器組成，所述磁阻傳感器將所采集到的信號(hào)送到運(yùn)算放大器進(jìn)行放大、整形，再送到單片機(jī)I/O 口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)數(shù)字濾波處理后驅(qū)動(dòng)微型步進(jìn)電機(jī)，由該微型步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)方位指針轉(zhuǎn)動(dòng)指示方位，方位刻度設(shè)在表盤上。為了擴(kuò)展測(cè)量環(huán)境溫度功能，本發(fā)明還包括溫度指針、驅(qū)動(dòng)溫度指針的微 型步進(jìn)電機(jī)，所述表盤上有溫度刻度，單片機(jī)將從數(shù)字溫度傳感器直接讀取的 溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述微型步進(jìn)電機(jī)，該微型步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)溫 度指針轉(zhuǎn)動(dòng)，指示環(huán)境溫度。本發(fā)明由于以單片機(jī)作為核心控制芯片，結(jié)構(gòu)上無任何傳統(tǒng)的機(jī)械式儀表 的撥桿、游絲與傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)，并且本發(fā)明利用數(shù)字溫度傳感器檢測(cè)當(dāng)前的環(huán) 境溫度數(shù)據(jù)，以補(bǔ)償不同溫度條件下的大氣壓力的細(xì)微差別，測(cè)出準(zhǔn)確的大氣 壓力值和海拔高度值。因此本發(fā)明不僅抗震性好而且精度很高，更重要的是本 發(fā)明具有很好的功能擴(kuò)展性，不僅能測(cè)大氣壓力、海拔高度，根據(jù)需要還能增 加測(cè)量溫度、指示方位的功能，從而很好地滿足人們的要求，使用非常方便。


圖1是本發(fā)明第一種實(shí)施方式的電路圖。圖2是對(duì)應(yīng)圖1的表盤示意圖。 圖3是本發(fā)明第二種實(shí)施方式的電路圖。 圖4是第二種實(shí)施方式中表盤的示意圖。 圖5是本發(fā)明第三種實(shí)施方式的電路圖。 圖6第三種實(shí)施方式中表盤的示意圖。 圖7是本發(fā)明第四種實(shí)施方式的電路圖。 圖8是第四種實(shí)施方式中表盤的示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施方式一參見圖1-圖2。本實(shí)施方式融四項(xiàng)功能為一體，所述四項(xiàng)功能為測(cè)量大氣壓力、海拔高度、指示方位、測(cè)量溫度。從圖l一圖2可以看出該實(shí)施方式包括單片機(jī)1，大氣壓力信號(hào)采集調(diào)理電路2、磁阻信號(hào)采集調(diào)理電路3、數(shù)字溫度傳感器4、氣壓指針5，方位指針6， 溫度指針7，表盤8，三個(gè)微型步進(jìn)電機(jī)(9—11)。其中大氣壓力信號(hào)采集調(diào)理 電路2主要由大氣壓力傳感器21和運(yùn)算放大器22組成，磁阻信號(hào)采集調(diào)理電 路3主要由磁阻傳感器31和運(yùn)算放大器組32成，表盤8上對(duì)應(yīng)于氣壓指針5 的有大氣壓力和海拔高度的刻度(外圈是大氣壓力刻度，內(nèi)圈是海拔高度刻度)、 對(duì)應(yīng)于方位指針6的有方位刻度、對(duì)應(yīng)于溫度指針7的有溫度刻度。三個(gè)步進(jìn)電機(jī)(9—11)采用兩相六拍汽車儀表機(jī)芯用步進(jìn)電機(jī)(如VID28 系列)，分別用于驅(qū)動(dòng)氣壓指針5、方位指針6、溫度指針7。單片機(jī)l采用帶 A/D轉(zhuǎn)換器的，如圖所示本實(shí)施方式采用的是PIC16F874。大氣壓力傳感器21 采用美國(guó)GE公司的氣壓傳感器NPX Sensor NPP-301_100，其內(nèi)部組成惠斯頓 橋路，QW為兩側(cè)橋臂的平衡電阻，其工作溫度范圍達(dá)到-40°C-+125°C，可提供 100、 200和700Kpa的絕壓量程。NPP系列硅壓力傳感器是表面貼裝的硅壓力傳 感器，它采用硅-硅熔接技術(shù)和高穩(wěn)定性的超小壓阻芯片封存于塑料殼內(nèi)。NPP 系列所采用的集成電路引腳結(jié)構(gòu)很適合安裝在狹小的場(chǎng)合。NPP系列壓力傳感 器是在恒壓供電下產(chǎn)生一個(gè)與外界輸入壓力成正比的電壓信號(hào)，用戶可通過信 號(hào)調(diào)節(jié)電路對(duì)其進(jìn)行放大或增加其附加值以達(dá)到自身產(chǎn)品的需求。磁阻傳感器 31采用美國(guó)霍尼韋爾公司的二維磁阻傳感器HMC1022，其內(nèi)部有兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)X 軸和Y軸敏感方位且互相垂直的磁阻電橋，能將微弱的地磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換為差動(dòng)輸出 的電壓信號(hào)，并將電壓信號(hào)經(jīng)信號(hào)采集調(diào)理電路處理后送微處理器(CPU)進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。本磁阻傳感器的特點(diǎn)為①靈敏度為lmV/V/高斯；②更寬的磁場(chǎng)范 圍±6高斯(地磁場(chǎng)為0.5高斯)，最小可檢測(cè)85微高斯的磁場(chǎng)；(D低成本， 小體積和磁通門傳感器相比，這些小體積的傳感器減小了線路板的組裝成本， 增加了可靠性和堅(jiān)固程度；④低功耗，供電電源為3 10VDC。⑤置位/復(fù)位電 路簡(jiǎn)單，無須偏置補(bǔ)償電路(除非精度要求特別高)，輸出非常完美。大氣壓力 傳感器信號(hào)采集調(diào)理電路2和磁阻傳感器信號(hào)采集調(diào)理電路3中的運(yùn)算放大器 (22、 32)選用ADI公司研發(fā)生產(chǎn)的專用高精度儀器三運(yùn)放AD620。 AD620是由 3個(gè)精密運(yùn)放集成的差分專W儀器運(yùn)放，具有低偏移、高增益(信號(hào)可直接放大 到1000倍)、高共模擬制比的特點(diǎn)，特別適用于放大傳感器信號(hào)?？烧{(diào)電阻GW1和GW2用于調(diào)理運(yùn)算放大器的增益調(diào)整，最大增益調(diào)整范圍1 1000。大氣壓力傳感器21將所采集到的信號(hào)送到大氣壓力信號(hào)采集調(diào)理電路中 的運(yùn)算放大器22進(jìn)行放大、整形，再送到單片機(jī)1的I/O 口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù) 字濾波，同時(shí)單片機(jī)1直接通過RA2 口讀取數(shù)字溫度傳感器4的溫度數(shù)據(jù)，并 對(duì)該溫度值下的大氣壓力信號(hào)進(jìn)行査表補(bǔ)償，通過補(bǔ)償值計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的海拔 高度值，再轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)微型步進(jìn)電機(jī)9，通過該微型步進(jìn)電機(jī)帶 動(dòng)氣壓指針5轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)指到表盤上大氣壓力和海拔高度刻度的某值停止時(shí)，即 指示的是此時(shí)此地的大氣壓力和海拔高度。磁阻傳感器31將所采集到的信號(hào)送到磁阻信號(hào)采集調(diào)理電路3中的運(yùn)算放 大器32進(jìn)行放大、整形，再送到單片機(jī)1的I/0口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波， 轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)微型步進(jìn)電機(jī)10，通過該微型步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)方位指針 6轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到某位置停止時(shí)，即指示的是此地的方位。數(shù)字溫度傳感器4采集到的信號(hào)由單片機(jī)1直接讀取，單片機(jī)1將溫度數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述微型步進(jìn)電機(jī)11，通過該微型步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)溫 度指針7轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到某位置停止時(shí)，即指示的是此周圍環(huán)境的溫度，其分辨 精度可以達(dá)到0.0625。C。實(shí)施方式二參見圖3—圖4。這是一種能測(cè)大氣壓力/海拔高度，以及指示方位的實(shí)施方式，與實(shí)施方式 一相比少了一個(gè)測(cè)量溫度的功能。從圖3可以看出，與圖1相比除了缺一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)溫度指針的微型步進(jìn)電 機(jī)ll，其它與圖l完全一樣。從圖4可以看出本實(shí)施方式的表盤上己經(jīng)沒有溫度指針7，也沒有溫度刻 度，其它與圖2 —樣。因此除不指示溫度外，其它與實(shí)施方式一一樣。因此本實(shí)施方式單片機(jī)1只驅(qū)動(dòng)微型步進(jìn)電機(jī)9和微型步進(jìn)電機(jī)10，由這 兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)氣壓指針5和方位指針7，其工作原理與實(shí)施方式一相同。實(shí)施方式三參見圖5—圖6。這是一種即能測(cè)大氣壓力/海拔高度又能測(cè)環(huán)境溫度的實(shí)施方式。與實(shí)施方 式一相比少了一個(gè)指示方位的功能。從圖5可以看出，與圖1相比少了磁阻信號(hào)采集調(diào)理電路、以及驅(qū)動(dòng)方位 指針的微型步進(jìn)電機(jī)，其它與圖1完全一樣。從圖6可以看出表盤上己經(jīng)沒有方位指針，也沒有方位刻度。其它與圖2 —樣。因此本實(shí)施方式的單片機(jī)1只驅(qū)動(dòng)微型步進(jìn)電機(jī)9和微型步進(jìn)電機(jī)11，由 這兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)氣壓指針5和溫度指針7，其工作原理與實(shí)施方式一相同。 實(shí)施方式四參見圖8—圖9。 這是一種只能測(cè)大氣壓力/海拔高度的實(shí)例。從圖7可以看出，與圖1相比少了磁阻信號(hào)采集調(diào)理電路和驅(qū)動(dòng)方位指針 的微型步進(jìn)電機(jī)，還少了用于驅(qū)動(dòng)溫度指針的微型步進(jìn)電機(jī)。從圖8可以看出，與圖2相比表盤上只剩下大氣壓力和海拔高度的刻度以 及氣壓指針，僅用于測(cè)量大氣壓力和海拔高度。上述四種實(shí)施方式，使用者可根據(jù)自己的具體情況適當(dāng)選擇。
權(quán)利要求
1、一種多功能大氣壓力海拔高度儀表，其特征在于包括單片機(jī)(1)、大氣壓力信號(hào)采集調(diào)理電路(2)、數(shù)字溫度傳感器(4)、微型步進(jìn)電機(jī)(9)、安裝在微型步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的氣壓指針(5)、表盤(8)，其中大氣壓力信號(hào)采集調(diào)理電路(2)主要由大氣壓力傳感器(21)和運(yùn)算放大器(22)組成，大氣壓力傳感器(21)將所采集到的信號(hào)送到運(yùn)算放大器(22)進(jìn)行放大、整形，再送到單片機(jī)(1)的I/O口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波，同時(shí)單片機(jī)(1)直接讀取數(shù)字溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，并對(duì)該溫度值下的大氣壓力信號(hào)進(jìn)行查表補(bǔ)償，通過補(bǔ)償值計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的海拔高度值，再轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)微型步進(jìn)電機(jī)(9)，通過該微型步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)氣壓指針(5)，指示大氣壓力和海拔高度，大氣壓力和海拔高度的刻度設(shè)在表盤(8)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能大氣壓力海拔高度儀表，其特征在于包括 磁阻信號(hào)采集調(diào)理電路(3)、方位指針(6)、驅(qū)動(dòng)方位指針的微型步進(jìn)電機(jī)(10)， 磁阻信號(hào)采集調(diào)理電路(3)主要由磁阻傳感器(31)和運(yùn)算放大器(32)組成， 所述磁阻傳感器將所采集到的信號(hào)送到運(yùn)算放大器(32)進(jìn)行放大、整形，再 送到單片機(jī)(l )1/0 口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)數(shù)字濾波處理后驅(qū)動(dòng)微型步進(jìn)電機(jī)(10)， 由該微型步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)方位指針轉(zhuǎn)動(dòng)指示方位，方位刻度設(shè)在表盤(8)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的多功能大氣壓力海拔高度儀表，其 特征在于還還包括溫度指針(7)、驅(qū)動(dòng)溫度指針的微型步進(jìn)電機(jī)(11)，所述表 盤上有溫度刻度，單片機(jī)(1)將從數(shù)字溫度傳感器(4)直接讀取的溫度數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)微型步進(jìn)電機(jī)(11)，該微型步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)溫度指針(7) 轉(zhuǎn)動(dòng)，指示環(huán)境溫度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多功能大氣壓力測(cè)量?jī)x表，其特征在于所述 微型步進(jìn)電機(jī)為汽車儀表機(jī)芯專用的二相六拍步進(jìn)電機(jī)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能大氣壓力測(cè)量?jī)x表，其特征在于所述微型 步進(jìn)電機(jī)為汽車儀表機(jī)芯專用的二相六拍步進(jìn)電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能大氣壓力海拔高度儀表，包括單片機(jī)、大氣壓力信號(hào)采集調(diào)理電路、數(shù)字溫度傳感器、微型步進(jìn)電機(jī)、安裝在微型步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的氣壓指針、表盤，通過微型步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)氣壓指針，指示大氣壓力和海拔高度，大氣壓力和海拔高度的刻度設(shè)在表盤上。本發(fā)明不僅抗震性好而且精度很高，更重要的是本發(fā)明具有很好的功能擴(kuò)展性，不僅能測(cè)大氣壓力、海拔高度，根據(jù)需要還能增加測(cè)量溫度、指示方位的功能，從而很好地滿足人們的要求，使用非常方便。
文檔編號(hào)G01D21/02GK101216334SQ20081003040
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2008年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月2日
發(fā)明者彭希南, 李孝平, 穩(wěn) 謝, 登 陳, 陳忠誠(chéng) 申請(qǐng)人:湖南九天科技有限公司