CN109883585A - 一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置，涉及压力测量相关技术领域，包括测量装置，测量装置由电路板、A/D转换模块、单片机、数据传输模块、电平转换芯片和压力传感器构成，A/D转换模块、单片机和数据传输模块均固定连接在电路板的表面。本发明还公开了一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置的控制系统，包括测量装置和计算机，其特征在于：测量装置由A/D转换模块、单片机、数据传输模块和压力传感器组成，计算机的内部设有数据接收模块、LabVIEW程序、显示模块和储存模块。本发明通过软、硬件结合实现最终设计的目的基础上不仅系统结构简单，非常易于维修，而且页面清晰直观，操作简单易懂。

Description

一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置及其系统

技术领域

本发明涉及压力测量相关技术领域，特别涉及一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置及其系统。

背景技术

压力计不仅可以指示还能记录压力值，压力测量系统简而言之就是对压力进行测量的系统。压力是工业生产和日常生活中的重要参数，如高压情况下压力一旦超过额定值便是非常不安全的，就要进行测量还有控制。在有些生产过程中，压力也会直接影响产品的生产效率和品质。生活中，压力的测量在方方面面都有体现，小到重量的测量，都是压力测量应用的体现，压力测量成为生产生活的重要环节。除此之外，在一定条件下，测量压力还可间接得出其他参数，对其他参数的测量起到的辅助作用。

压力计量测试参数在国民经济中发挥着至关重要的作用，无论是在工业、农业生产领域还是在科学研究方面，压力计量测试参数都是进行一些研究和生产所不可缺少的参数，被广泛应用到医疗器械、钻探以及航天等行业。近一段时间以来，随着科技的发展，压力检测技术有了非常大的发展。不仅静态压力计量测试技术有了迅速的发展，还有动态压力校准技术也成为当前技术发展的新方向、新趋势。工业的信息化、智能化已经成为发展的必然方向，压力检测技术也将会有发展的更大空间。检测装置在向小型、简便及智能的方向发展，由于时代进步和发展的需要，这些装置的应用领域也越来越宽广、多样。

在传统的仿真平台测试装置中，经常用人在远距离处手动控制，费时费力，使用不便，而且传输效率低，不够直观。因此，提出一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置及其系统来解决上述问题很有必要。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置及其系统，解决了现有的仿真平台测试装置使用不便，传输效率低和不够直观的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置，包括测量装置，所述测量装置由电路板、A/D转换模块、单片机、数据传输模块、电平转换芯片和压力传感器构成，所述A/D转换模块、单片机和数据传输模块均固定连接在电路板的表面，所述A/D转换模块的一端固定连接有数据导线，所述数据导线的一端与压力传感器固定连接，所述压力传感器的底端固定连接有支座，所述数据传输模块的一端固定连接有接头，所述电平转换芯片通过接头与数据传输模块电连接。

可选的，所述支座由固定座和支撑座组成，所述固定座与压力传感器粘结，所述支撑座的底端固定连接有防滑垫，所述支撑座的顶端开设有限位槽，所述限位槽内设有支撑杆，所述支撑杆的一端固定连接有第一限位块，所述支撑杆的另一端贯穿限位槽并与固定座固定连接，所述支撑杆的外侧套接有回力弹簧，所述回力弹簧的一端与固定座固定连接，所述回力弹簧的另一端与支撑座固定连接。

可选的，所述接头的一端开设有固定槽，所述固定槽的两侧均开设有安装槽，所述安装槽内设有卡件，所述电平转换芯片的一端两侧均开设有卡槽，所述卡件的一端固定连接有第二限位块，所述第二限位块通过压缩弹簧与安装槽固定连接，所述卡件的另一端贯穿安装槽并与卡槽贴合连接，所述电平转换芯片的一端与固定槽贴合连接，所述卡槽为半球形，所述卡件与卡槽相适配。

可选的，所述单片机的型号为STC89C51单片机，所述STC89C51单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器计数器和多种I/O功能部件，所述STC89C51单片机有两根电源引脚、两根外接晶振引脚、两根控制引脚以及三十二根可编程输入/输出引脚。

可选的，所述电平转换芯片的一端固定连接有USB接口。

可选的，所述电平转换芯片为MAX232电平转换芯片，所述电平转换芯片的传输距离一般不超过15m，传输小于20kbit/s。

一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置的控制系统，包括测量装置和计算机，所述测量装置由A/D转换模块、单片机、数据传输模块和压力传感器组成，所述计算机的内部设有数据接收模块、LabVIEW程序、显示模块和储存模块；

所述压力传感器的输出端与A/D转换模块的输入端电连接，所述A/D转换模块的输出端与单片机的输入端电连接，所述单片机的输出端与数据传输模块的输入端电连接，所述数据传输模块的输出端与数据接收模块的输入端电连接，所述数据接收模块的输出端与LabVIEW程序的输入端电连接，所述显示模块和储存模块的输入端均与LabVIEW程序的输出端电连接。

可选的，所述A/D转换模块的型号为HX711A/D转换器，所述数据传输模块的型号为RS-232数据传输器。

可选的，所述压力传感器为应变片式压力传感器，所述压力传感器的最大量程为5Kg，所述压力传感器主要由组合式S型梁结构、弹性体、电阻应变片和电缆线等组成。

可选的，所述LabVIEW程序的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储。

(三)有益效果

本发明提供了一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置及其系统，具备以下有益效果：

(1)、本发明通过设置应变片式压力传感器，应变片式压力传感器具有抑制温度变化对其的影响，降低干扰，补偿非常方便等优点，该传感器有测量精度非常高、工作非常的稳定等特点，而且价格便宜。

(2)、本发明通过设置HX711A/D转换器，HX711A/D转换器具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点，与同类型其它芯片相比较，该芯片具有绝对的优势，芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源，上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。

(3)、本发明通过用LabVIEW程序进行仿真，仿真可以看到单片机系统运行后的输出输入结果，仿真过程能够将设计时的问题都反映出来，再改正这些问题，并仿真设计出想要的输出结果时，硬件就可以进入实物的制作阶段，避免了浪费硬件的情况，非常大地提高了单片机的设计效率，缩短了宝贵的设计时间，同时也使得单片机的学习和应用开发变得容易与简单。

(4)、本发明通过通过软、硬件结合实现最终设计的目的基础上不仅系统结构简单，非常易于维修，而且页面清晰直观，操作简单易懂。

附图说明

图1为本发明测量装置结构的示意图；

图2为本发明压力传感器结构的示意图；

图3为本发明支座结构的剖面示意图；

图4为本发明接头结构的剖面示意图；

图5为本发明测量装置和计算机结构的系统示意图；

图6为本发明的工作流程示意图。

图中：1、测量装置；11、电路板；12、A/D转换模块；13、单片机；14、数据传输模块；15、电平转换芯片；16、压力传感器；17、数据导线；18、USB接口；2、计算机；21、数据接收模块；22、LabVIEW程序；23、显示模块；24、储存模块；3、支座；31、固定座；32、支撑座；33、防滑垫；34、限位槽；35、支撑杆；36、第一限位块；37、回力弹簧；4、接头；41、固定槽；42、安装槽；43、卡件；44、第二限位块；45、压缩弹簧；46、卡槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

根据如图1-4所示，本发明提供了一种技术方案：

一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置，包括测量装置1，测量装置1由电路板11、A/D转换模块12、单片机13、数据传输模块14、电平转换芯片15和压力传感器16构成，A/D转换模块12、单片机13和数据传输模块14均固定连接在电路板11的表面，A/D转换模块12的一端固定连接有数据导线17，数据导线17的一端与压力传感器16固定连接，压力传感器16的底端固定连接有支座3，数据传输模块14的一端固定连接有接头4，电平转换芯片15通过接头4与数据传输模块14电连接。

作为本发明的一种可选技术方案：

支座3由固定座31和支撑座32组成，固定座31与压力传感器16粘结，支撑座32的底端固定连接有防滑垫33，支撑座32的顶端开设有限位槽34，限位槽34内设有支撑杆35，支撑杆35的一端固定连接有第一限位块36，支撑杆35的另一端贯穿限位槽34并与固定座31固定连接，支撑杆35的外侧套接有回力弹簧37，回力弹簧37的一端与固定座31固定连接，回力弹簧37的另一端与支撑座32固定连接，通过设置支座3，达到了减震的效果，避免压力传感器16受到冲撞，对压力传感器16起到了防护作用。

作为本发明的一种可选技术方案：

接头4的一端开设有固定槽41，固定槽41的两侧均开设有安装槽42，安装槽42内设有卡件43，电平转换芯片15的一端两侧均开设有卡槽46，卡件43的一端固定连接有第二限位块44，第二限位块44通过压缩弹簧45与安装槽42固定连接，卡件43的另一端贯穿安装槽42并与卡槽46贴合连接，电平转换芯片15的一端与固定槽41贴合连接，卡槽46为半球形，卡件43与卡槽46相适配，通过设置接头4，一方面保证了电平转换芯片15在连接时的稳定性，另一方面方便了电平转换芯片15的维修和更换，提高了装置的实用性。

作为本发明的一种可选技术方案：

单片机13的型号为STC89C51单片机，STC89C51单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器计数器和多种I/O功能部件，STC89C51单片机有两根电源引脚、两根外接晶振引脚、两根控制引脚以及三十二根可编程输入/输出引脚。

作为本发明的一种可选技术方案：

电平转换芯片15的一端固定连接有USB接口18。

作为本发明的一种可选技术方案：

电平转换芯片15为MAX232电平转换芯片，电平转换芯片15的传输距离一般不超过15m，传输小于20kbit/s。

根据如图5-6所示，本发明提供了一种技术方案：

一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置的控制系统，包括测量装置1和计算机2，测量装置1由A/D转换模块12、单片机13、数据传输模块14和压力传感器16组成，计算机2的内部设有数据接收模块21、LabVIEW程序22、显示模块23和储存模块24；

压力传感器16的输出端与A/D转换模块12的输入端电连接，A/D转换模块12的输出端与单片机13的输入端电连接，单片机13的输出端与数据传输模块14的输入端电连接，数据传输模块14的输出端与数据接收模块21的输入端电连接，数据接收模块21的输出端与LabVIEW程序22的输入端电连接，显示模块23和储存模块24的输入端均与LabVIEW程序22的输出端电连接。

作为本发明的一种可选技术方案：

A/D转换模块12的型号为HX711A/D转换器，数据传输模块14的型号为RS-232数据传输器。

作为本发明的一种可选技术方案：

压力传感器16为应变片式压力传感器，压力传感器16的最大量程为5Kg，压力传感器16主要由组合式S型梁结构、弹性体、电阻应变片和电缆线等组成。

作为本发明的一种可选技术方案：

LabVIEW程序22的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，LabVIEW程序22提供了数据采集的便捷方式，使用它设计系统时，可以大大提高工作效率，软件的特点是用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器，有非常强的数据处理功能，能充分的发挥计算机2的能力，它主要的优势就是相当于软件即硬件，一个硬件的情况下，通过改变软件，就可以实现不同的仪器仪表的功能，非常方便。

综上所述：该基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置，由应变片式压力传感器16、STC89C51单片机13、HX711A/D转换器12、RS-232数据传输模块14、LabVIEW程序22、显示模块23和储存模块24组成，在工作时，由压力传感器16测量压力，测量到的电压将进入A/D转换模块12，进行模拟量转化为数字量，输出数字量后进入STC89C51单片机13，单片机13对数据进行处理并输出，此时需要用到电平转换芯片15将单片机13TTL电平转化为计算机2可以识别的RS232电平，再用到USB接口18转RS232串口线，USB接口18接计算机2，将数据传输到电脑LabVIEW程序22，用VISA驱动对串口识别，采数据集程序对串口进行数据采集并且显示，并对数据进行HTML报表保存，用应变片式压力传感器16测量时，将应变片粘贴在弹性体上，当弹性体受力变形时，应变片的敏感栅也一起变形，其电阻值发生变化，并且通过转换电路转换为电压或电流的变化，通过压力传感器16检测压力数据给单片机13分析，单片机13将数据发送到计算机2，实现远程数据采集，将单片机13和虚拟仪器相结合，可以在计算机2上读取数据，显示数据并处理数据，是对传统单片机数据采集的升级，可以运用在许多不便于现场读取数据的场合。

需要说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置，包括测量装置(1)，其特征在于：所述测量装置(1)由电路板(11)、A/D转换模块(12)、单片机(13)、数据传输模块(14)、电平转换芯片(15)和压力传感器(16)构成，所述A/D转换模块(12)、单片机(13)和数据传输模块(14)均固定连接在电路板(11)的表面，所述A/D转换模块(12)的一端固定连接有数据导线(17)，所述数据导线(17)的一端与压力传感器(16)固定连接，所述压力传感器(16)的底端固定连接有支座(3)，所述数据传输模块(14)的一端固定连接有接头(4)，所述电平转换芯片(15)通过接头(4)与数据传输模块(14)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置，其特征在于：

所述支座(3)由固定座(31)和支撑座(32)组成，所述固定座(31)与压力传感器(16)粘结，所述支撑座(32)的底端固定连接有防滑垫(33)，所述支撑座(32)的顶端开设有限位槽(34)，所述限位槽(34)内设有支撑杆(35)，所述支撑杆(35)的一端固定连接有第一限位块(36)，所述支撑杆(35)的另一端贯穿限位槽(34)并与固定座(31)固定连接，所述支撑杆(35)的外侧套接有回力弹簧(37)，所述回力弹簧(37)的一端与固定座(31)固定连接，所述回力弹簧(37)的另一端与支撑座(32)固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置，其特征在于：

所述接头(4)的一端开设有固定槽(41)，所述固定槽(41)的两侧均开设有安装槽(42)，所述安装槽(42)内设有卡件(43)，所述电平转换芯片(15)的一端两侧均开设有卡槽(46)，所述卡件(43)的一端固定连接有第二限位块(44)，所述第二限位块(44)通过压缩弹簧(45)与安装槽(42)固定连接，所述卡件(43)的另一端贯穿安装槽(42)并与卡槽(46)贴合连接，所述电平转换芯片(15)的一端与固定槽(41)贴合连接，所述卡槽(46)为半球形，所述卡件(43)与卡槽(46)相适配。

4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置，其特征在于：

所述单片机(13)的型号为STC89C51单片机，所述STC89C51单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器计数器和多种I/O功能部件，所述STC89C51单片机有两根电源引脚、两根外接晶振引脚、两根控制引脚以及三十二根可编程输入/输出引脚。

5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置，其特征在于：

所述电平转换芯片(15)的一端固定连接有USB接口(18)。

6.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置，其特征在于：

所述电平转换芯片(15)为MAX232电平转换芯片，所述电平转换芯片(15)的传输距离一般不超过15m，传输小于20kbit/s。

7.一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置的控制系统，包括测量装置(1)和计算机(2)，其特征在于：所述测量装置(1)由A/D转换模块(12)、单片机(13)、数据传输模块(14)和压力传感器(16)组成，所述计算机(2)的内部设有数据接收模块(21)、LabVIEW程序(22)、显示模块(23)和储存模块(24)；

所述压力传感器(16)的输出端与A/D转换模块(12)的输入端电连接，所述A/D转换模块(12)的输出端与单片机(13)的输入端电连接，所述单片机(13)的输出端与数据传输模块(14)的输入端电连接，所述数据传输模块(14)的输出端与数据接收模块(21)的输入端电连接，所述数据接收模块(21)的输出端与LabVIEW程序(22)的输入端电连接，所述显示模块(23)和储存模块(24)的输入端均与LabVIEW程序(22)的输出端电连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置的控制系统，其特征在于：

所述A/D转换模块(12)的型号为HX711A/D转换器，所述数据传输模块(14)的型号为RS-232数据传输器。

9.根据权利要求7所述的一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置的控制系统，其特征在于：

所述压力传感器(16)为应变片式压力传感器，所述压力传感器(16)的最大量程为5Kg，所述压力传感器(16)主要由组合式S型梁结构、弹性体、电阻应变片和电缆线等组成。

10.根据权利要求7所述的一种基于虚拟仿真平台的远程压力测量实验装置的控制系统，其特征在于：

所述LabVIEW程序(22)的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储。