CN101216334A - 多功能大气压力海拔高度仪表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能大气压力海拔高度仪表，包括单片机、大气压力信号采集调理电路、数字温度传感器、微型步进电机、安装在微型步进电机转轴上的气压指针、表盘，通过微型步进电机带动气压指针，指示大气压力和海拔高度，大气压力和海拔高度的刻度设在表盘上。本发明不仅抗震性好而且精度很高，更重要的是本发明具有很好的功能扩展性，不仅能测大气压力、海拔高度，根据需要还能增加测量温度、指示方位的功能，从而很好地满足人们的要求，使用非常方便。

Description

多功能大气压力海拔高度仪表

技术领域

本发明涉及一种可同时测量环境温度、大气压力、海拔高度以及指示方位的多功能大气压力海拔高度仪表。

背景技术

传统的大气压力电子表和电子海拔高度表基本上采用机械式膜盒机构，被测介质压力通过可以在垂直于挠性面方位移动的膜盒力敏元件，让其自由端产生相应弹性变形位移，经拨杆带动传动机构放大后由指示装置将被测压力在仪表盘上指示出来。这种仪表精度低，抗震性能差，易受地面及温度、湿度的影响，无法胜任在汽车上以及很多其他激烈运动场合，更重要的是不能扩展功能。比如不能测量环境温度、不能向指南针一样指明方位，由于功能单一，这些都为使用者带来了不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精度高、抗震性好，并能扩展温度测量、方位指示功能的多功能大气压力海拔高度仪表。

本发明提供的这种多功能大气压力海拔高度仪表，包括单片机、大气压力信号采集调理电路、数字温度传感器、微型步进电机、安装在微型步进电机转轴上的气压指针、表盘，其中大气压力信号采集调理电路主要由大气压力传感器和运算放大器组成，大气压力传感器将所采集到的信号送到运算放大器进行放大、整形，再送到单片机的I/O口进行A/D转换、数字滤波，同时单片机直接读取数字温度传感器的温度数据，并对该温度值下的大气压力信号进行查表补偿，通过补偿值计算得到对应的海拔高度值，再转换成旋转脉冲信号驱动微型步进电机，通过该微型步进电机带动气压指针，指示大气压力和海拔高度，大气压力和海拔高度的刻度设在表盘上。

为了扩展方位指示功能，本发明还包括磁阻信号采集调理电路、方位指针、驱动方位指针的微型步进电机，磁阻信号采集调理电路主要由磁阻传感器和运算放大器组成，所述磁阻传感器将所采集到的信号送到运算放大器进行放大、整形，再送到单片机I/O口进行A/D转换，经数字滤波处理后驱动微型步进电机，由该微型步进电机带动方位指针转动指示方位，方位刻度设在表盘上。

为了扩展测量环境温度功能，本发明还包括温度指针、驱动温度指针的微型步进电机，所述表盘上有温度刻度，单片机将从数字温度传感器直接读取的温度数据转换成旋转脉冲信号驱动所述微型步进电机，该微型步进电机带动温度指针转动，指示环境温度。

本发明由于以单片机作为核心控制芯片，结构上无任何传统的机械式仪表的拨杆、游丝与传动放大机构，并且本发明利用数字温度传感器检测当前的环境温度数据，以补偿不同温度条件下的大气压力的细微差别，测出准确的大气压力值和海拔高度值。因此本发明不仅抗震性好而且精度很高，更重要的是本发明具有很好的功能扩展性，不仅能测大气压力、海拔高度，根据需要还能增加测量温度、指示方位的功能，从而很好地满足人们的要求，使用非常方便。

附图说明

图1是本发明第一种实施方式的电路图。

图2是对应图1的表盘示意图。

图3是本发明第二种实施方式的电路图。

图4是第二种实施方式中表盘的示意图。

图5是本发明第三种实施方式的电路图。

图6第三种实施方式中表盘的示意图。

图7是本发明第四种实施方式的电路图。

图8是第四种实施方式中表盘的示意图。

具体实施方式

实施方式一：参见图1-图2。

本实施方式融四项功能为一体，所述四项功能为：测量大气压力、海拔高度、指示方位、测量温度。

从图1-图2可以看出该实施方式包括单片机1，大气压力信号采集调理电路2、磁阻信号采集调理电路3、数字温度传感器4、气压指针5，方位指针6，温度指针7，表盘8，三个微型步进电机(9-11)。其中大气压力信号采集调理电路2主要由大气压力传感器21和运算放大器22组成，磁阻信号采集调理电路3主要由磁阻传感器31和运算放大器组32成，表盘8上对应于气压指针5的有大气压力和海拔高度的刻度(外圈是大气压力刻度，内圈是海拔高度刻度)、对应于方位指针6的有方位刻度、对应于温度指针7的有温度刻度。

三个步进电机(9-11)采用两相六拍汽车仪表机芯用步进电机(如VID28系列)，分别用于驱动气压指针5、方位指针6、温度指针7。单片机1采用带A/D转换器的，如图所示本实施方式采用的是PIC16F874。大气压力传感器21采用美国GE公司的气压传感器NPX Sensor NPP-301-100，其内部组成惠斯顿桥路，QW为两侧桥臂的平衡电阻，其工作温度范围达到-40℃-+125℃，可提供100、200和700Kpa的绝压量程。NPP系列硅压力传感器是表面贴装的硅压力传感器，它采用硅-硅熔接技术和高稳定性的超小压阻芯片封存于塑料壳内。NPP系列所采用的集成电路引脚结构很适合安装在狭小的场合。NPP系列压力传感器是在恒压供电下产生一个与外界输入压力成正比的电压信号，用户可通过信号调节电路对其进行放大或增加其附加值以达到自身产品的需求。磁阻传感器31采用美国霍尼韦尔公司的二维磁阻传感器HMC1022，其内部有两个分别对应X轴和Y轴敏感方位且互相垂直的磁阻电桥，能将微弱的地磁场转换为差动输出的电压信号，并将电压信号经信号采集调理电路处理后送微处理器(CPU)进行A/D转换。本磁阻传感器的特点为：①灵敏度为1mV/V/高斯；②更宽的磁场范围：±6高斯(地磁场为0.5高斯)，最小可检测85微高斯的磁场；③低成本，小体积：和磁通门传感器相比，这些小体积的传感器减小了线路板的组装成本，增加了可靠性和坚固程度；④低功耗，供电电源为3～10VDC。⑤置位/复位电路简单，无须偏置补偿电路(除非精度要求特别高)，输出非常完美。大气压力传感器信号采集调理电路2和磁阻传感器信号采集调理电路3中的运算放大器(22、32)选用ADI公司研发生产的专用高精度仪器三运放AD620。AD620是由3个精密运放集成的差分专用仪器运放，具有低偏移、高增益(信号可直接放大到1000倍)、高共模拟制比的特点，特别适用于放大传感器信号。可调电阻GW1和GW2用于调理运算放大器的增益调整，最大增益调整范围1～1000。

大气压力传感器21将所采集到的信号送到大气压力信号采集调理电路中的运算放大器22进行放大、整形，再送到单片机1的I/O口进行A/D转换、数字滤波，同时单片机1直接通过RA2口读取数字温度传感器4的温度数据，并对该温度值下的大气压力信号进行查表补偿，通过补偿值计算得到对应的海拔高度值，再转换成旋转脉冲信号驱动微型步进电机9，通过该微型步进电机带动气压指针5转动，当指到表盘上大气压力和海拔高度刻度的某值停止时，即指示的是此时此地的大气压力和海拔高度。

磁阻传感器31将所采集到的信号送到磁阻信号采集调理电路3中的运算放大器32进行放大、整形，再送到单片机1的I/O口进行A/D转换、数字滤波，转换成旋转脉冲信号驱动微型步进电机10，通过该微型步进电机带动方位指针6转动，当转到某位置停止时，即指示的是此地的方位。

数字温度传感器4采集到的信号由单片机1直接读取，单片机1将温度数据转换成旋转脉冲信号驱动所述微型步进电机11，通过该微型步进电机带动温度指针7转动，当转到某位置停止时，即指示的是此周围环境的温度，其分辨精度可以达到0.0625℃。

实施方式二：参见图3-图4。

这是一种能测大气压力/海拔高度，以及指示方位的实施方式，与实施方式一相比少了一个测量温度的功能。

从图3可以看出，与图1相比除了缺一个用于驱动温度指针的微型步进电机11，其它与图1完全一样。

从图4可以看出本实施方式的表盘上已经没有温度指针7，也没有温度刻度，其它与图2一样。因此除不指示温度外，其它与实施方式一一样。

因此本实施方式单片机1只驱动微型步进电机9和微型步进电机10，由这两个电机分别驱动气压指针5和方位指针7，其工作原理与实施方式一相同。

实施方式三：参见图5-图6。

这是一种即能测大气压力/海拔高度又能测环境温度的实施方式。与实施方式一相比少了一个指示方位的功能。

从图5可以看出，与图1相比少了磁阻信号采集调理电路、以及驱动方位指针的微型步进电机，其它与图1完全一样。

从图6可以看出表盘上已经没有方位指针，也没有方位刻度。其它与图2一样。

因此本实施方式的单片机1只驱动微型步进电机9和微型步进电机11，由这两个电机分别驱动气压指针5和温度指针7，其工作原理与实施方式一相同。

实施方式四：参见图8-图9。

这是一种只能测大气压力/海拔高度的实例。

从图7可以看出，与图1相比少了磁阻信号采集调理电路和驱动方位指针的微型步进电机，还少了用于驱动温度指针的微型步进电机。

从图8可以看出，与图2相比表盘上只剩下大气压力和海拔高度的刻度以及气压指针，仅用于测量大气压力和海拔高度。

上述四种实施方式，使用者可根据自己的具体情况适当选择。

Claims (5)

1.一种多功能大气压力海拔高度仪表，其特征在于包括单片机(1)、大气压力信号采集调理电路(2)、数字温度传感器(4)、微型步进电机(9)、安装在微型步进电机转轴上的气压指针(5)、表盘(8)，其中大气压力信号采集调理电路(2)主要由大气压力传感器(21)和运算放大器(22)组成，大气压力传感器(21)将所采集到的信号送到运算放大器(22)进行放大、整形，再送到单片机(1)的I/O口进行A/D转换、数字滤波，同时单片机(1)直接读取数字温度传感器的温度数据，并对该温度值下的大气压力信号进行查表补偿，通过补偿值计算得到对应的海拔高度值，再转换成旋转脉冲信号驱动微型步进电机(9)，通过该微型步进电机带动气压指针(5)，指示大气压力和海拔高度，大气压力和海拔高度的刻度设在表盘(8)上。

2.根据权利要求1所述的多功能大气压力海拔高度仪表，其特征在于包括磁阻信号采集调理电路(3)、方位指针(6)、驱动方位指针的微型步进电机(10)，磁阻信号采集调理电路(3)主要由磁阻传感器(31)和运算放大器(32)组成，所述磁阻传感器将所采集到的信号送到运算放大器(32)进行放大、整形，再送到单片机(1)I/O口进行A/D转换，经数字滤波处理后驱动微型步进电机(10)，由该微型步进电机带动方位指针转动指示方位，方位刻度设在表盘(8)上。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的多功能大气压力海拔高度仪表，其特征在于还还包括温度指针(7)、驱动温度指针的微型步进电机(11)，所述表盘上有温度刻度，单片机(1)将从数字温度传感器(4)直接读取的温度数据转换成旋转脉冲信号驱动微型步进电机(11)，该微型步进电机带动温度指针(7)转动，指示环境温度。

4.根据权利要求1或2所述的多功能大气压力测量仪表，其特征在于所述微型步进电机为汽车仪表机芯专用的二相六拍步进电机。

5.根据权利要求3所述的多功能大气压力测量仪表，其特征在于所述微型步进电机为汽车仪表机芯专用的二相六拍步进电机。

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