CN1656383A - 具有预定特征的交叉线圈式仪表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及输入值的目视表示，并提供这样一种仪表，可以赋予该仪表其目视显示的任何预定特征。我们提供一种交叉线圈式仪表，所述交叉线圈式仪表包括：仪表驱动器(4)，其特征是，它还包括数字输入终端(1)；仪表的预定特征，存储为数字存储器(3)中输入/输出值的映射(20，21)；和微处理器(2)，所述输入值是交叉线圈式仪表目视代表的数值，所述输出值是加到交叉线圈式仪表上用于目视代表输入值的数值。

Description

具有预定特征的交叉线圈式仪表

技术领域

本发明涉及具有预定特征的交叉线圈式仪表以及赋予该仪表这种特征的方法。更具体地说，本发明涉及具有高度线性特征的交叉线圈式仪表，或在不同比例区域有不同线性常数特征的交叉线圈式仪表。

背景技术

利用动圈式仪表制造具有高度线性特征的普通仪表。它的缺点是具有高度线性特征的动圈式仪表很昂贵。此外，动圈式仪表中指示装置的转动受到限制，因为导线连接到转动装置。动圈式仪表的另一个缺点是，指示装置的重量必须很轻。这使仪表对于静电很灵敏，且使仪表不能经受机械应力，因为机械应力可以改变仪表的校准。

普通的交叉线圈式仪表用于各种测量和显示的目的。例如，在过程指示中，测量液体高度或温度作为舵角指示器，或作为电压表或电流表。交叉线圈式仪表包含活动永磁铁，围绕它的多个线圈是交叉排列的。电流的测量是基于传输通过线圈的电量，它产生复合的磁场。有指针的活动永磁铁是由于产生的复合磁场而转动。已知的交叉线圈式活动磁铁测量仪表有绕组形式的铁芯，在其内部支承可转动的活动磁铁。从铁芯的一端，突出物延伸到容纳指示装置的磁体，其中放置活动磁铁的轴，指示装置延伸到所述突出物之外。虽然这种已知的交叉线圈式仪表在某个角度范围内是线性的，但不适用于要求高度线性和准确显示的情况。在偏转角超过90°的应用中，仪表的一个象限中的校准可以抵消该仪表的另一个象限中的校准。这种校准问题可以使仪表很难获得线性。在其他的应用中，可能要求仪表具有高度非线性的特征。这种情况发生在仪表必须显示具有高分辨率的低数值和具有低分辨率的高数值。现在还没有可以改变已知交叉线圈式仪表特征的简单方法。

发明内容

所以，本发明的目的是提供一种具有预定特征的交叉线圈式仪表。这种仪表能够接收电输入值并通过预定的偏转角可以目视显示该数值。

实现这个目的是利用包括仪表驱动器的交叉线圈式仪表，其特征是，它还包括：数字输入终端；仪表的预定特征，它存储为数字存储器中输入/输出值的映射；和半导体基逻辑块，输入值是由交叉线圈式仪表目视代表的数值，所述输出值加到交叉线圈式仪表，为的是可以目视代表输入值。在这个申请中，术语“微处理器”是半导体逻辑块的上位术语。数字存储器中输入/输出值的映射是若干个校准点，微处理器利用校准点把输入值改变成引入到仪表驱动器中的新数值。若该值不在数字存储器中，则微处理器从实际值两侧的两个现有校准点内插新数值。

本发明涉及输入值的目视表示，并提供这样一种仪表，可以赋予该仪表其目视显示的任何预定特征。本发明的仪表依靠已校准的输入值，但也可以给仪表提供专业人员熟知的附加特征以校准输入值，例如，从传感器接收的数值。

利用本发明就能够使用低成本的交叉线圈式仪表，而仍然获得仪表的高线性或另一种预定的特征。此外，利用本发明就能够使用重的指示装置，它不易受静电或振动的影响。在制造该仪表时，校准点可以适合于使用的特定交叉线圈式仪表或使用的特定类型交叉线圈式仪表。利用数字输入终端能够适合于几种总线协议，例如，CAN总线，NMEA总线或MOD总线。

在本发明的另一个实施例中，所述半导体基逻辑块选自包括微处理器，微控制器，现场可编程门阵列(FPGA)，rom，prom，pic，dsp的半导体基逻辑块族。半导体基逻辑块类型的选择取决于速度需要和其他特征，例如，在它安装到印刷电路上的同时，仍能够编程该逻辑块。

在本发明的另一个实施例中，预定特征是线性的。

在本发明的另一个实施例中，预定特征是非线性的，因此，仪表的输出比例是非线性的。若需要某些部分的比例有高分辨率，而需要其他部分的比例有低分辨率，则非线性是有用的。它可能是这样的情况，需要以高精确度读出50Hz和60Hz附近的频率，而仅需要以低精确度读出所述频率之间的频率。

在本发明的另一个实施例中，交叉线圈式仪表包括：模拟输入终端和模数转换器。模数转换器连接在模拟输入终端与数字输入终端之间。利用本发明的这个实施例就可以把该仪表直接地连接到模拟信号。

在本发明的另一个实施例中，该仪表被照明，而微处理器包含使仪表照明变暗的装置。在某些应用中，例如，在桥上和船上，在环境照明变化时，需要改变仪表的照明。在夜间，需要降低仪表的照明以保持桥上人们的夜视。

在本发明的另一个实施例中，所述仪表的中的指示装置能够转动超过360°。这对于具有旋转驱动系统的船舶中螺旋桨位置指示装置或火车的各种仪表中是特别有用的。

在仪表中使用微处理器能够以低成本给仪表增加功能。在本发明的另一个实施例中，仪表上配置误差检测装置，误差指示装置，测试程序装置或误差校正装置，例如，偏置调整或自校准。

例如，微处理器可以测量交叉线圈式仪表中导线通过的电流。若电流没有预期的大小，则微处理器指出利用误差指示装置。该处理器还可以检测无效输入，例如，遗漏的输入。该仪表还可以配置另一个处理器，它的作用是监视器。在这种情况下，第一微处理器必须以正常的间隔发送指出每个元件运行的信号。若监视器没有接收到预期的信号，则它发出差错信号。误差指示装置可以是仪表中的声音或光信号。还可以在数字接口上发送信号，因此，它能够被外部系统处理，或可以利用交叉线圈式仪表本身。在后者的情况下，若指示装置按照特定的误差模式运动，例如，像汽车中的雨刷从一侧到另一侧慢慢地运动，则能够容易地检测到误差。

测试程序装置可以给用户提供保证，当测试程序运行时，例如，加电，或利用人工方式请求运行测试程序时，通过移动指示装置到若干个预定的位置，可以正确地校准仪表。然后，用户可以确认仪表被正确地校准，并最终启动仪表的校准。

误差校正装置可以包括安装在交叉线圈式仪表上的圆盘，它与指示装置一起转动。或者，圆盘可以与指示装置完全相同。圆盘上有多个小孔。配置的LED和光传感器可用于检测小孔何时处在LED与光传感器之间的位置。利用这个信息，微处理器可以控制指示装置的位置到若干个预定位置。这个信息可用于自动地或应用户请求重新校准仪表。微处理器还可以利用这个信息确定指示装置是否完全没有运动。若发生这种情况，则微处理器可以试图解除指示装置的冻结，例如，使用短时间的大电流。

在本发明的另一个实施例中，仪表的底部包含液晶显示器(LCD)，LCD可用于改变比例。若测量单位发生变化，则改变比例是必需的。利用LCD还可以从指示装置得到数字读出信息和模拟读出信息。

本发明还公开这样一种方法，其特征是，通过读出输入值改变交叉线圈式仪表的特征，并借助于数字存储器中存储的校准点计算新的数值，和把新的数值加到交叉线圈式仪表中的驱动器。数字存储器中存储的校准点可以是所用特定类型交叉线圈式仪表中专用的，或所用单个交叉线圈式仪表中专用的。读出输入值和计算新数值的过程可以由半导体逻辑块完成，例如，微处理器，微控制器，现场可编程门阵列(FPGA)，rom，prom，pic或dsp。校准点用于得到仪表中目视显示的预定特征。校准点把仪表目视表示的输入值映射成输出值，该输出值加到交叉线圈式仪表上以得到仪表中指针所要求的偏转。

本发明还公开这样一种方法，其特征是，它确定交叉线圈式仪表的数字存储器中输入/输出值映射，包括以下步骤：选择仪表的若干个输入值以及它们所需的对应角度，对于每对输入值和所需的对应角度，调整仪表的输入值，直至得到所需的角度，选择应当对应于实际角度的数值作为映射输入值，选择该输入值作为映射的输出值。该方法可应用于每个单独制造的仪表，因此，映射是单个交叉线圈仪表专用的，或该方法可应用于所有特定类型交叉线圈仪表。后者的应用是较廉价，并在以下的情况下是有用的，特定类型的不同单个交叉线圈式仪表特征之间相差不大。这种情况发生在相同机器上制造大量的仪表。

本发明还公开这样一种方法，其特征是，它包括以下步骤：利用摄像机检测何时得到所需的角度。利用摄像机可以降低校准费用，因为在制造每个仪表期间可以自动地完成校准。

附图说明

本发明的描述是参照作为例子的附图，其中：

图1是本发明的方框图，

图2代表输入/输出值的映射，

图3表示输入/输出值的另一种映射，

图4表示具有运动方向的输入/输出值的映射，

图5表示本发明一个实施例的部分示意图，

图6表示包括角度和幅度的输入/输出值的另一种映射。

具体实施方式

在图1所示本发明的方框图中，数字输入终端1连接到微处理器2。微处理器2连接到存储器3，存储器3包含输入/输出值的映射，在被引入到驱动器4之前，微处理器利用它处理来自终端1的输入值。驱动器4驱动交叉线圈式仪表5。驱动器4把从微处理器2接收到的信号转换成具有不同相位的模拟信号。不同信号之间的角度理想地放置交叉线圈式仪表的指示装置到相同的角度。交叉线圈式仪表5可以有不同的类型。例如，仪表中指示装置能够转动90度，240度，或超过360度。由于交叉线圈式仪表5不是完美的，指示装置的角度不总是与从驱动器4接收的信号之间角度相同。数字输入终端可以是串行，并行，微处理器或总线系统。微处理器2可以是任何的半导体基逻辑块，例如，FPGA，PROM，4000系列的单个逻辑块，PIC，微控制器，或DSP，例如，它取决于所需的处理器速度，微处理器的价格，复杂性或其他功能。存储器3可以是易失性或非易失性，且必须足够大以包含输入/输出值的映射，这是实现仪表预定特征所必需的。若存储器安装到印刷电路板上，则能够编程存储器是有利的。例如，若存储器与PIC或微控制器集成，则它是可能的。

本发明的一个实施例配置模数转换器7和模拟输入终端6。利用模拟输入终端6可以直接地连接仪表到模拟源。任选的数字接口101提供这样一种手段，仪表的读出或其他信息，例如，存储器的内容，可以与总线系统上的其他附件进行通信，例如，CAN总线，MOD总线，NMEA总线或串行总线系统。任选的数字接口101还可用于启动或以后的校准或确认。若我们发现仪表没有校准，则能够从仪表读出信息是有利的。该信息可用于跟踪误差或得到关于交叉线圈式仪表如何随时间改变其物理性质的信息。

用于控制仪表照明的任选装置配置数字输入终端106和驱动器103，数字输入终端106用于接收照明的控制信号，而驱动器103用于驱动仪表的照明。该系统还可以配置模数转换器102和模拟输入终端105，用于接收照明装置104的模拟控制信号。

图2表示输入/输出值的映射，用于获得特定交叉线圈式仪表的预定显示。应当由仪表目视代表的数值位于第二列20。这是从信号源接收到的输入值，信号源可以是传感器。输出值是第一列21中的数值。它是加到交叉线圈式仪表上所需的数值，使交叉线圈式仪表目视代表第二列20中对应的数值。当处理器2接收到输入值时，例如，输入值154，它查阅表中输入列20的数值，然后从第一列21输出对应的输出值，在此情况下，输出值是157.5。若输入值不是在表中，则处理器进行内插以得到输出信号。这种内插可以是线性，指数式，正弦式，或另一种函数形式。

在图3中，输入值是利用圆10表示。输出值是用曲线11表示。若必须显示输入值圆10上的点13，则输出值的曲线11有对应点13’，它代表必须通过驱动器加到显示交叉线圈式仪表上的数值，用于校正交叉线圈式仪表中指示装置的显示。因为存储器的空间是有限的，输出值限制于点13和13’。即使存储器是有限的，但它是廉价的，如果需要，可以存在非常大量的点以得到目视表示的所需精确度。曲线12表示内插的输出值，在利用多个点时，当然使输出值变得更好。

在图4中，通过附加一组输出值22使映射扩大。当仪表相对于指示装置的运动方向以不同的方式反应时，利用这种扩大的映射是有用的。在本发明的一个实施例中，处理器包括用于确定指示装置运动方向的装置，并基于一个方向上一组输出值20和另一个方向上另一组输出值22计算输出值。

在图5中，图5表示与驱动器4连接的交叉线圈式仪表5。微处理器2是有存储器模拟终端6与模数转换器集成的PIC。在该图中列出所使用的部件。

为了确保正确的力施加到交叉线圈式仪表中的指示装置，还提供本发明的另一个实施例。这个实施例考虑到这样的事实，交叉线圈式仪表有关于指示装置角度的非线性以及不同的信号强度必须以不同角度加到不同的交叉线圈式仪表以保证指示装置相对于给定的力保持在给定的角度。在这个实施例中，输入/输出值是矢量，因此，驱动器可以得到所需的信息给仪表提供正确的信号。

图6展示一个例子，其中有限数目的输入值10’表示在完全的圆10上。在这个图中，圆的直径代表力，它应当保持指示装置在正确的位置，而交叉线圈式仪表中指示装置应当目视代表角度值。位于曲线11上的输出值15’对应于输入值15。输入值点15和输出值点15’都是矢量。在通过驱动器加到交叉线圈式仪表之前，这种映射可用于调整输入值的角度和幅度。例如，对于这个给定的映射，若输入值矢量16必须利用指示装置的目视表示，则输出矢量16’必须加到交叉线圈式仪表上。微处理器调整输入的角度和幅度。在这个实施例中，所用的驱动器利用角度和幅度作为输入。因为存储器空间是有限的，输出值限制于点15’，输入值的数目限制于点15。即使存储器是有限的，但它是廉价的，如果需要，可以存在非常大量的点以得到目视表示所要求的精确度。曲线12表示内插的输出值，在使用多个点时，输出值当然变得更好。

Claims (12)

1.一种包括仪表驱动器(4)的交叉线圈式仪表，其特征是，它还包括：

数字输入终端(1)，

仪表的预定特征，它存储为数字存储器(3)中输入/输出值的映射(20，21)，

半导体基逻辑块(2)，所述输入值是交叉线圈式仪表(5)目视代表的数值，所述输出值是加到交叉线圈式仪表(5)上可以目视代表输入值的数值。

2.按照权利要求1的交叉线圈式仪表，其中所述半导体基逻辑块(2)选自包括微处理器，微控制器，现场可编程门阵列(FPGA)，rom，prom，pic，dsp的半导体基逻辑块族。

3.按照权利要求1-2的交叉线圈式仪表，其中所述特征是线性的。

4.按照权利要求1-3的交叉线圈式仪表，其中所述特征是非线性的，因此，输出比例是非线性的。

5.按照权利要求1-4的交叉线圈式仪表，包括：模拟输入终端(6)，连接到模拟输入终端(6)和数字输入终端(1)的模数转换器(7)。

6.按照权利要求1-5的交叉线圈式仪表，其中所述仪表的指示装置能够转动超过360度。

7.按照权利要求1-6的交叉线圈式仪表，其中所述仪表被照明，且任选地，半导体基逻辑块包括使仪表照明变暗的装置。

8.一种用于得到交叉线圈式仪表预定特征的方法，包括以下步骤：

由半导体基逻辑块(2)读出输入值，

利用输入值和数字存储器(3)中的信息计算新数值，它代表所述预定的特征，

利用所述新数值作为所述交叉线圈式仪表中驱动器(4)的输入信号。

9.按照权利要求8的方法，其中半导体基逻辑块(2)是选自包括微处理器，微控制器，现场可编程门阵列(FPGA)，rom，prom，pic，dsp的半导体基逻辑块族。

10.一种用于改变交叉线圈式仪表特征的方法，包括以下步骤：

读出输入值，

借助于数字存储器(3)中存储的校准点计算新数值，

加新数值到交叉线圈式仪表中的驱动器(4)。

11.一种用于确定交叉线圈式仪表驱动器的数字存储器(3)中输入/输出值映射(20，21)的方法，包括以下步骤：

选择仪表的若干个输入值以及它们所需的对应角度，对于每对输入值和所需的对应角度，调整仪表的输入值，直至得到所需的角度，选择应当对应于实际角度的数值作为映射的输入值，

选择该输入值作为映射的输出值。

12.按照权利要求11用于确定输入/输出值映射的方法，包括步骤：利用摄像机检测何时得到所需的角度。

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