一种数字式气压高度计的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种数字式气压高度计，包括微处理器模块、电源模块和与微处理器模块相接的串口通信电路模块，以及用于对大气压力进行实时检测的气压传感器和用于对温度进行实时检测的温度传感器，所述微处理器模块的输入端接有气压信号调理电路模块和温度信号调理电路模块，所述气压信号调理电路模块由依次相接的气压信号阻抗匹配电路和滤波电路组成，所述气压传感器的输出端与气压信号阻抗匹配电路的输入端相接，所述温度信号调理电路模块由依次相接的分压电路和温度信号阻抗匹配电路组成，所述温度传感器的输出端与分压电路的输入端相接。本实用新型电路结构简单，电路体积小，实现成本低，工作可靠性和稳定性高，实用性强，便于推广使用。
【专利说明】一种数字式气压高度计
【技术领域】
[0001]本实用新型属于高度测量【技术领域】，具体涉及一种数字式气压高度计。
【背景技术】
[0002]随着航空技术和无人驾驶飞行器的快速发展，飞机的性能不断提高，其速度、高度和航程大大增加，飞行任务日益复杂，飞机的机动性要求也越来越高；为了提高飞机飞行的安全性和准确性，需要有一些能够准确、及时地反映飞机的飞行状态和发动机工作状态的测量系统和显示仪表，使飞行员或者地面操控人员能够根据它们提供的信息来安全驾驶飞机并且完成各种复杂的航空航天任务。对于这些机载测量系统，不仅要求它们具有较高的灵敏度、精度、可靠性、较大的测量范围和较快的动态响应，而且要求具有较高的自动化程度以及信息的综合传输和显示能力。
[0003]飞行器机载测量系统所获得的大气数据信息，即自由气流的静压、动压、静温、高度、高度偏差、高度变化率、指示空速、真空速、马赫数、马赫数变化率和大气密度等参数，是飞行器和发动机自动控制系统、导航系统、火控系统、空中交通管理系统以及用于航行驾驶的仪表显示、警告系统等必不可少的信息。准备的大气数据信息对提高飞行器飞行的安全性和经济性起着相当大的作用。在这些大气数据参数中，飞行高度信息作为飞机的重要性能指标之一，它不但是空战中争取战术优势的一个重要方面，而且在飞机和发动机的自动控制系统以及无人机的自动起飞和盲目着陆系统中起着至关重要的作用。在空中交通管制方面，高度信息更是不可缺少的重要参数。传统的气压高度计是通过一组具有弹性的真空膜盒来测量飞行高度上的气压，并通过机械转动或膜盒感受静压产生的变形位移变成压力变化来测量相应的高度，存在着结构复杂、体积大、不便于携带、机械部件带来的机械误差无法减小等缺陷和不足，而且，传统的气压高度计易受外界大气条件影响、测量结果具有很大随机性。为了解决以上问题并统一评估飞机的动力学特性，比较和计算飞行状态，国际标准化组织在《国际标准1502533 —标准大气》该标准中规定了 -2000m?+80000m高度范围内重力势高度H和相应高度上的大气压力Ph间的关系式，能够根据大气压力解算得到重力势高度H，由于该重力势高度H只有在实际大气条件符合标准大气各项规定的前提下才能成立，若载体所在处的实际大气条件不符合标准大气的各项规定，则由它所测的高度就必然会造成误差，因此又有人提出了用已知高度点温度、压力数据对气压高度计测量值进行修正的公式，能够求解得到精确的待求点高度值。但是，要想基于以上原理实现高度测量，还需要有相应的气压及温度采集电路作为载体，而现有技术中，还缺乏结构简单、接线方便、实现成本低、工作可靠性高的数字式气压高度计用气压及温度采集电路。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种数字式气压高度计，其电路结构简单，电路体积小，实现成本低，工作可靠性和稳定性高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种数字式气压高度计，其特征在于:包括微处理器模块、为数字式气压高度计中各用电模块供电的电源模块和与微处理器模块相接且用于将数据通过串口传输出去的串口通信电路模块，以及用于对大气压力进行实时检测的气压传感器和用于对温度进行实时检测的温度传感器，所述微处理器模块的输入端接有气压信号调理电路模块和温度信号调理电路模块，所述气压信号调理电路模块由依次相接的气压信号阻抗匹配电路和滤波电路组成，所述气压传感器的输出端与气压信号阻抗匹配电路的输入端相接，所述温度信号调理电路模块由依次相接的分压电路和温度信号阻抗匹配电路组成，所述温度传感器的输出端与分压电路的输入端相接。
[0006]上述的一种数字式气压高度计，其特征在于:所述微处理器模块包括单片机MSP430AFE232IPW以及与所述单片机MSP430AFE232IPW相接的晶振电路和复位电路，所述晶振电路由晶振Y1、电容C18和电容C19组成，所述晶振Yl的一端和电容C18的一端均与所述单片机MSP430AFE232IPW的第15引脚相接，所述晶振Yl的另一端和电容C19的一端均与所述单片机MSP430AFE232IPW的第14引脚相接，所述电容C18的另一端和电容C19的另一端均接地；所述复位电路由电阻R4和电容C7组成，所述电阻R4的一端和电容C7的一端均与所述单片机MSP430AFE232IPW的第11引脚相接，所述电阻R4的另一端与电源模块的3.3V电压输出端相接，所述电容C7的另一端接地。
[0007]上述的一种数字式气压高度计，其特征在于:所述气压传感器为输出差分信号的压阻式压力传感器，所述气压信号阻抗匹配电路由芯片AD8629ARMZ和电容C25组成，所述芯片AD8629ARMZ的第3引脚与所述压阻式压力传感器的正极差分信号输出端S+相接，所述芯片AD8629ARMZ的第5引脚与所述压阻式压力传感器的负极差分信号输出端S-相接，所述芯片AD8629ARMZ的第I引脚与第2引脚相接，所述芯片AD8629ARMZ的第6引脚与第7引脚相接，所述芯片AD8629ARMZ的第8引脚与电源模块的3.3V电压输出端相接，且通过电容C25接地，所述芯片AD8629ARMZ的第4引脚接地；所述滤波电路包括由电阻R5和电容ClO组成的第一 RC滤波电路以及由电阻R6和电容Cll组成的第二 RC滤波电路，所述电阻R5的一端与所述芯片AD8629ARMZ的第I引脚相接，所述电阻R5的另一端与所述单片机MSP430AFE232IPW的第I引脚相接，且通过电容ClO接地；所述电阻R6的一端与所述芯片AD8629ARMZ的第7引脚相接，所述电阻R6的另一端与所述单片机MSP430AFE232IPW的第2引脚相接，且通过电容Cll接地。
[0008]上述的一种数字式气压高度计，其特征在于:所述压阻式压力传感器的型号为MS1451o
[0009]上述的一种数字式气压高度计，其特征在于:所述温度传感器为芯片TMP36GRT，所述芯片TMP36GRT的第2引脚和第4引脚均与电源模块的3.3V电压输出端相接，所述芯片TMP36GRT的第5引脚接地；所述分压电路由电阻R9和电阻RlO组成，所述电阻R9的一端与所述芯片TMP36GRT的第I引脚相接，所述电阻RlO的一端与电阻R9的另一端相接，所述电阻RlO的另一端接地；所述温度信号阻抗匹配电路由芯片AD8628AUJ、电容C13和电容C16组成，所述芯片AD8628AUJ的第3引脚与所述电阻RlO和电阻R9的连接端相接，且通过电容C16接地，所述芯片AD8628AUJ的第I引脚和第4引脚均与所述单片机MSP430AFE232IPW的第3引脚相接，所述芯片AD8628AUJ的第2引脚接地，所述芯片AD8628AUJ的第5引脚与电源模块的3.3V电压输出端相接，且通过电容C13接地。
[0010]上述的一种数字式气压高度计，其特征在于:所述串口通信电路模块包括芯片MAX3232ESE，所述芯片MAX3232ESE的第1引脚和第3引脚之间接有电容C20，所述芯片MAX3232ESE的第4引脚和第5引脚之间接有电容C21，所述芯片MAX3232ESE的第11引脚与所述单片机MSP430AFE232IPW的第19引脚相接，所述芯片MAX3232ESE的第12引脚与所述单片机MSP430AFE232IPW的第20引脚相接，所述芯片MAX3232ESE的第15引脚接地，所述芯片MAX3232ESE的第6引脚通过电容C23接地，所述芯片MAX3232ESE的第2引脚通过电容C22接地，所述芯片MAX3232ESE的第16引脚与电源模块的3.3V电压输出端相接，且通过电容C8接地，所述芯片MAX3232ESE的第14引脚用于连接9针串口的数据发送端TXD，所述芯片MAX3232ESE的第13引脚用于连接9针串口的数据接收端RXD。
[0011]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0012]1、本实用新型提供了一种实现数字式气压高度计用的气压及温度采集电路，电路结构简单，接线方便，电路体积小，基于此实现的数字式气压高度计携带方便。
[0013]2、本实用新型采用压阻式压力传感器采集大气压力，并采用温度传感器芯片TMP36GRT采集温度信号，提供了实现数字式气压高度计所用的硬件电路，基于此实现的数字式气压高度计，能够避免机械部件带来的机械误差，能够有效地提高高度测量精度。
[0014]3、本实用新型的实现成本低，工作可靠性和稳定性高。
[0015]4、基于本实用新型实现的数字式气压高度计，不仅能够应用于航空领域和各种专业实验，而且在探测、登山等户外活动中也能够得到广泛应用。
[0016]5、本实用新型的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0017]综上所述，本实用新型电路结构简单，电路体积小，实现成本低，工作可靠性和稳定性高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0018]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的电路原理框图。
[0020]图2为本实用新型微处理器模块的电路原理图。
[0021]图3为本实用新型气压信号调理电路模块的电路原理图。
[0022]图4为本实用新型温度传感器和温度信号调理电路模块的电路连接关系图。
[0023]图5为本实用新型串口通信电路模块的电路原理图。
[0024]附图标记说明:
[0025]1—微处理器模块；2—电源模块；3—串口通信电路模块；
[0026]4 一气压传感器；5—温度传感器；6—气压信号阻抗匹配电路；
[0027]7—滤波电路； 8—分压电路； 9 一温度信号阻抗匹配电路。
【具体实施方式】
[0028]如图1所示，本实用新型包括微处理器模块1、为数字式气压高度计中各用电模块供电的电源模块2和与微处理器模块1相接且用于将数据通过串口传输出去的串口通信电路模块3，以及用于对大气压力进行实时检测的气压传感器4和用于对温度进行实时检测的温度传感器5，所述微处理器模块1的输入端接有气压信号调理电路模块和温度信号调理电路模块，所述气压信号调理电路模块由依次相接的气压信号阻抗匹配电路6和滤波电路7组成，所述气压传感器4的输出端与气压信号阻抗匹配电路6的输入端相接，所述温度信号调理电路模块由依次相接的分压电路8和温度信号阻抗匹配电路9组成，所述温度传感器5的输出端与分压电路8的输入端相接。
[0029]如图2所示，本实施例中，所述微处理器模块I包括单片机MSP430AFE232IPW以及与所述单片机MSP430AFE232IPW相接的晶振电路和复位电路，所述晶振电路由晶振Y1、电容C18和电容C19组成，所述晶振Yl的一端和电容C18的一端均与所述单片机MSP430AFE232IPW的第15引脚相接，所述晶振Yl的另一端和电容C19的一端均与所述单片机MSP430AFE232IPW的第14引脚相接，所述电容C18的另一端和电容C19的另一端均接地；所述复位电路由电阻R4和电容C7组成，所述电阻R4的一端和电容C7的一端均与所述单片机MSP430AFE232IPW的第11引脚相接，所述电阻R4的另一端与电源模块2的3.3V电压输出端相接，所述电容C7的另一端接地。
[0030]本实施例中，所述气压传感器4为输出差分信号的压阻式压力传感器，如图3所示，所述气压信号阻抗匹配电路6由芯片AD8629ARMZ和电容C25组成，所述芯片AD8629ARMZ的第3引脚与所述压阻式压力传感器的正极差分信号输出端S+相接，所述芯片AD8629ARMZ的第5引脚与所述压阻式压力传感器的负极差分信号输出端S-相接，所述芯片AD8629ARMZ的第I引脚与第2引脚相接，所述芯片AD8629ARMZ的第6引脚与第7引脚相接，所述芯片AD8629ARMZ的第8引脚与电源模块2的3.3V电压输出端相接，且通过电容C25接地，所述芯片AD8629ARMZ的第4引脚接地；所述滤波电路7包括由电阻R5和电容ClO组成的第一 RC滤波电路以及由电阻R6和电容Cll组成的第二 RC滤波电路，所述电阻R5的一端与所述芯片AD8629ARMZ的第I引脚相接，所述电阻R5的另一端与所述单片机MSP430AFE232IPW的第I引脚相接，且通过电容ClO接地；所述电阻R6的一端与所述芯片AD8629ARMZ的第7引脚相接，所述电阻R6的另一端与所述单片机MSP430AFE232IPW的第2引脚相接，且通过电容Cll接地。
[0031]具体实施时，所述压阻式压力传感器的型号为MS1451。
[0032]如图4所示，本实施例中，所述温度传感器5为芯片TMP36GRT，所述芯片TMP36GRT的第2引脚和第4引脚均与电源模块2的3.3V电压输出端相接，所述芯片TMP36GRT的第5引脚接地；所述分压电路8由电阻R9和电阻RlO组成，所述电阻R9的一端与所述芯片TMP36GRT的第I引脚相接，所述电阻RlO的一端与电阻R9的另一端相接，所述电阻RlO的另一端接地；所述温度信号阻抗匹配电路9由芯片AD8628AUJ、电容C13和电容C16组成，所述芯片AD8628AUJ的第3引脚与所述电阻RlO和电阻R9的连接端相接，且通过电容C16接地，所述芯片AD8628AUJ的第I引脚和第4引脚均与所述单片机MSP430AFE232IPW的第3引脚相接，所述芯片AD8628AUJ的第2引脚接地，所述芯片AD8628AUJ的第5引脚与电源模块2的3.3V电压输出端相接，且通过电容C13接地。
[0033]如图5所示，本实施例中，所述串口通信电路模块3包括芯片MAX3232ESE，所述芯片MAX3232ESE的第I引脚和第3引脚之间接有电容C20，所述芯片MAX3232ESE的第4引脚和第5引脚之间接有电容C21，所述芯片MAX3232ESE的第11引脚与所述单片机MSP430AFE232IPW的第19引脚相接，所述芯片MAX3232ESE的第12引脚与所述单片机MSP430AFE232IPW的第20引脚相接，所述芯片MAX3232ESE的第15引脚接地，所述芯片MAX3232ESE的第6引脚通过电容C23接地，所述芯片MAX3232ESE的第2引脚通过电容C22接地，所述芯片MAX3232ESE的第16引脚与电源模块2的3.3V电压输出端相接，且通过电容C8接地，所述芯片MAX3232ESE的第14引脚用于连接9针串口的数据发送端TXD，所述芯片MAX3232ESE的第13引脚用于连接9针串口的数据接收端RXD。
[0034]本实用新型使用时，气压传感器4用于对大气压力进行实时检测，气压传感器4检测到的信号依次经过气压信号阻抗匹配电路6和滤波电路7进行阻抗匹配和滤波处理后，输出给微处理器模块I ;温度传感器5用于对温度进行实时检测，温度传感器5检测到的信号依次经过分压电路8和温度信号阻抗匹配电路9进行分压和阻抗匹配处理后，输出给微处理器模块I ;微处理器模块I能够将大气压力信号和温度信号通过串口通信电路模块3和9针串口传输给外部数据处理设备(如计算机)。
[0035]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种数字式气压高度计，其特征在于:包括微处理器模块(I)、为数字式气压高度计中各用电模块供电的电源模块(2)和与微处理器模块(I)相接且用于将数据通过串口传输出去的串口通信电路模块(3)，以及用于对大气压力进行实时检测的气压传感器(4)和用于对温度进行实时检测的温度传感器(5)，所述微处理器模块(I)的输入端接有气压信号调理电路模块和温度信号调理电路模块，所述气压信号调理电路模块由依次相接的气压信号阻抗匹配电路(6)和滤波电路(7)组成，所述气压传感器(4)的输出端与气压信号阻抗匹配电路出)的输入端相接，所述温度信号调理电路模块由依次相接的分压电路(8)和温度信号阻抗匹配电路(9)组成，所述温度传感器(5)的输出端与分压电路(8)的输入端相接。
2.按照权利要求1所述的一种数字式气压高度计，其特征在于:所述微处理器模块(I)包括单片机MSP430AFE232IPW以及与所述单片机MSP430AFE232IPW相接的晶振电路和复位电路，所述晶振电路由晶振Yl、电容C18和电容C19组成，所述晶振Yl的一端和电容C18的一端均与所述单片机MSP430AFE232IPW的第15引脚相接，所述晶振Yl的另一端和电容C19的一端均与所述单片机MSP430AFE232IPW的第14引脚相接，所述电容C18的另一端和电容C19的另一端均接地；所述复位电路由电阻R4和电容C7组成，所述电阻R4的一端和电容C7的一端均与所述单片机MSP430AFE232IPW的第11引脚相接，所述电阻R4的另一端与电源模块(2)的3.3V电压输出端相接，所述电容C7的另一端接地。
3.按照权利要求2所述的一种数字式气压高度计，其特征在于:所述气压传感器(4)为输出差分信号的压阻式压力传感器，所述气压信号阻抗匹配电路(6)由芯片AD8629ARMZ和电容C25组成，所述芯片AD8629ARMZ的第3引脚与所述压阻式压力传感器的正极差分信号输出端S+相接，所述芯片AD8629ARMZ的第5引脚与所述压阻式压力传感器的负极差分信号输出端S-相接，所述芯片AD8629ARMZ的第I引脚与第2引脚相接，所述芯片AD8629ARMZ的第6引脚与第7引脚相接，所述芯片AD8629ARMZ的第8引脚与电源模块(2)的3.3V电压输出端相接，且通过电容C25接地，所述芯片AD8629ARMZ的第4引脚接地；所述滤波电路⑵包括由电阻R5和电容ClO组成的第一 RC滤波电路以及由电阻R6和电容Cll组成的第二 RC滤波电路，所述电阻R5的一端与所述芯片AD8629ARMZ的第I引脚相接，所述电阻R5的另一端与所述单片机MSP430AFE232IPW的第I引脚相接，且通过电容ClO接地；所述电阻R6的一端与所述芯片AD8629ARMZ的第7引脚相接，所述电阻R6的另一端与所述单片机MSP430AFE232IPW的第2引脚相接，且通过电容Cll接地。
4.按照权利要求3所述的一种数字式气压高度计，其特征在于:所述压阻式压力传感器的型号为MS1451。
5.按照权利要求2所述的一种数字式气压高度计，其特征在于:所述温度传感器(5)为芯片TMP36GRT，所述芯片TMP36GRT的第2引脚和第4引脚均与电源模块⑵的3.3V电压输出端相接，所述芯片TMP36GRT的第5引脚接地；所述分压电路⑶由电阻R9和电阻RlO组成，所述电阻R9的一端与所述芯片TMP36GRT的第I引脚相接，所述电阻RlO的一端与电阻R9的另一端相接，所述电阻RlO的另一端接地；所述温度信号阻抗匹配电路(9)由芯片AD8628AUJ、电容C13和电容C16组成，所述芯片AD8628AUJ的第3引脚与所述电阻RlO和电阻R9的连接端相接，且通过电容C16接地，所述芯片AD8628AUJ的第I引脚和第4引脚均与所述单片机MSP430AFE232IPW的第3引脚相接，所述芯片AD8628AUJ的第2引脚接地，所述芯片AD8628AUJ的第5引脚与电源模块⑵的3.3V电压输出端相接，且通过电容C13接地。
6.按照权利要求2所述的一种数字式气压高度计，其特征在于:所述串口通信电路模块⑶包括芯片MAX3232ESE，所述芯片MAX3232ESE的第I引脚和第3引脚之间接有电容C20，所述芯片MAX3232ESE的第4引脚和第5引脚之间接有电容C21，所述芯片MAX3232ESE的第11引脚与所述单片机MSP430AFE232IPW的第19引脚相接，所述芯片MAX3232ESE的第12引脚与所述单片机MSP430AFE232IPW的第20引脚相接，所述芯片MAX3232ESE的第15引脚接地，所述芯片MAX3232ESE的第6引脚通过电容C23接地，所述芯片MAX3232ESE的第2引脚通过电容C22接地，所述芯片MAX3232ESE的第16引脚与电源模块(2)的3.3V电压输出端相接，且通过电容C8接地，所述芯片MAX3232ESE的第14引脚用于连接9针串口的数据发送端TXD，所述芯片MAX3232ESE的第13引脚用于连接9针串口的数据接收端RXD。
【文档编号】G01C5/06GK204240982SQ201420796843
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】魏飞, 李蓉, 赵伟 申请人:西安中星测控有限公司