低功耗氣壓高度表設(shè)計

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1、第五部分：載運工具設(shè)計制造及運用工程口’竹一肆^，一，薔劬．_一鉺，一

2、-。●t點；，■一靜，．q—耪—。，．母}■槲坤J'希-口o～●_e_1蓐一rV·{～O-，-·^?，●，；j低功耗氣壓高度表設(shè)計張硐，黃圣國，呂兵(南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，江蘇南京210016)摘要：根據(jù)單片機系統(tǒng)的低功耗設(shè)計原理，給出了降低氣壓高度表功耗的硬件設(shè)計方法和軟件措施。設(shè)計中通過采用了低電源電壓供電，選用低功耗電路和器件，運用C8051F005的節(jié)能模式等措施，降低了高度表的功耗，實現(xiàn)干電池供電，并通過電流消耗計算驗證其可行性。關(guān)鍵詞：低功耗設(shè)計；氣壓高度表；電流消耗0引言

3、隨著航空航天事業(yè)的日益發(fā)展和航空航天技術(shù)的不斷進步，對航空儀表提出了新的更高的要求。要求航空儀表不僅要性能可靠，而目要節(jié)能、輕便、環(huán)保。特別是目前新能源在航空領(lǐng)域的開發(fā)和利用，使航空儀表出現(xiàn)了向低功耗方向發(fā)展的趨勢。如目前正在研制的太陽能無^柳．晴天采用太陽能供電，夜間、陰雨天采用蓄電池供電，要求持續(xù)飛行薌價月左右，因此要在此供電力鼓『F嘲猢E】夠芒長的飛行時間，降低柵．載儀表的功耗是十分必要的。高度表是—種測量載體當(dāng)前飛行高度的儀表，被廣泛應(yīng)用在各種飛行器中，是確保飛行安全的重要儀表。傳統(tǒng)的高度表結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功耗較高。針對匕述情況，我們設(shè)計一種低功耗氣壓高度表

4、。1氣壓高度表工作原理本文設(shè)計的高度表利用高度升高大氣壓力減小的規(guī)律，用絕壓力傳感器測量大氣靜壓數(shù)據(jù)，經(jīng)模數(shù)∽)轉(zhuǎn)換后，送至微處理器處理，解算出高度值。當(dāng)海平面的氣壓和溫度與標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓(1．05×1：pa)和標(biāo)準(zhǔn)溫度(15℃)不—致時，高度表所測的高度值會存皎大的誤差，需要誤差補償，例如，測量環(huán)境溫度進行溫度誤差補償。2硬件低功耗設(shè)計2．1硬件結(jié)構(gòu)氣壓高度表主要由：數(shù)據(jù)采集模塊，電源模塊，單片機，串口通信電路組成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖I所示，高度表預(yù)實現(xiàn)干電池供電，要求系統(tǒng)功耗低，因此對系統(tǒng)中的各硬件?？贬膹娏亚詈脑O(shè)計。系統(tǒng)采用模塊讓潑計，功能模塊由集成電路

5、器件組成，由于不同器件實現(xiàn)同現(xiàn)同—功能示功耗差異較大，所以在系統(tǒng)器件的選擇匕采用低功耗器件，是最直接的降低系統(tǒng)功耗的方法【lJ。所選低功耗器件將在下文說明。2．2電源模塊高度表采用兩種電能提供方式，—種為可由太陽能電圖l系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)池或其他直流電源通過充電電路為系統(tǒng)供電，另—種由于電池供電方式。設(shè)置干電池供電方式既可使高度表易便攜從而擴大應(yīng)用范圍，又為電路測試和電路功耗分析提供方便。下面針對由干電池供電的電源模塊電路進行低功耗設(shè)計。11812005·8中國·大連瓣中國交通研究與探索。2。。5，一第六聲全國交通運輸領(lǐng)域青卑擎術(shù)套設(shè)論丈善(1)采用分布式電源系統(tǒng)。

6、如圖2所示，電池電壓經(jīng)過Dl：／I)C變換到需要的輸出電壓，為了保證供電電壓的穩(wěn)定，在DC／19C輸出端接入低壓差穩(wěn)壓器(LDO)，并通過微處理器的‘'N胄皂弓IN”控制LD02和LD03的使能端，關(guān)斷暫時不工作的器件，96-了電能的無效損耗，節(jié)省了電池能量，延長電池供電時間。為曝證‘掉圖2分布式電源系統(tǒng)電”后的正常工作，采用超級電容作為短期供電的維持電源，在輸入電源斷電后，給負載供電幾秒或八．分鐘【l】。(2)采用單電源低電壓供電方式。系統(tǒng)電源采用3V單電源供電設(shè)計，拋棄傳統(tǒng)5V供電。降低電源電壓對減少模擬電路和；酷淳電路的功耗者

7、堤十分有效的，尤其在數(shù)字o

8、o_N中，同頻率下，3V供電要比傳統(tǒng)5V供電減少約60％以上的電能消耗。同時，為實現(xiàn)單電源供電，系統(tǒng)中的全部器件相應(yīng)地均選用可以工作在3V電壓的型號。電源模塊電路如圖3所示(LD03連接方式同LD02)o電壓轉(zhuǎn)換由低功耗升壓DC／DC變換器MAXl674實現(xiàn)。MAXl674可將—節(jié)電池電壓1．5V，升壓到3．3V輸出，經(jīng)過低壓≥釜穩(wěn)壓器輸出3V的穩(wěn)定電壓供給負載。在電池容量監(jiān)視方面采用檢測電池電壓的方法來檢測電池的容量IzJ，利用MAXl674自帶低電池電壓告警電路，當(dāng)電池電壓低于1．3V時，LBI端檢測到低電池電壓信號，LBO端輸出低電平信號，LED顯示低電

9、池電壓告警，并向單片柳提出掉電中斷申請，單片杌晌應(yīng)中斷，關(guān)斷u)o的使能腳，停止外沒供電，超級電容(SUPERCAP)為數(shù)據(jù)保存及關(guān)機前的一些必要工作提供電能。2．3微控制器模塊微控制器(MCU)是系統(tǒng)的防心，也是系統(tǒng)中耗能較大的部件之·，微控制器N-N型對系統(tǒng)功耗有很大影響。綜合考慮功耗、性能、可靠性等方面的要求，本高度表選用C8051F005作為微控制器。C8051F005實現(xiàn)了片內(nèi)模擬與數(shù)字電路的3V供電標(biāo)準(zhǔn)，大大降低了系統(tǒng)功耗。片內(nèi)集成有—缸)C、SPI、定時器、溫度傳感器等數(shù)字、模擬功能部件，減少了外圍分離哿；f牛，實現(xiàn)系統(tǒng)模塊化，從而降低了功耗。圖

10、3電源模塊電路C805lF005具有節(jié)