CN206039931U - 一种步进电机驱动的仿真压力表 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种步进电机驱动的仿真压力表。包括表壳、刻度盘、玻璃面板、指针、管接头、步进电机和驱动控制电路板；刻度盘安装在表壳内部，包含ATmega8单片机、驱动电路、稳压电路的驱动控制电路板固定安装在刻度盘后面，步进电机固定在驱动控制电路板上，步进电机主轴穿过驱动控制电路板中心的圆孔与布置在刻度盘前面的指针固定连接；控制信号经ATmega8单片机的ADC7引脚输入，脉冲信号经ATmega8单片机的PB0‑PB2引脚输出至驱动电路，驱动电路放大脉冲信号后输出至步进电机。本实用新型采用单片机控制步进电机方式驱动指针运动，实现指针的位移和速度控制，重复性好、线性度高、响应速度快和仿真度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及压力表，尤其是涉及一种步进电机驱动的仿真压力表。
背景技术
压力表是承压设备的重要安全附件之一，它的作用是指示承压设备（例如锅炉或压力容器）内工作介质压力的高低，保证承压设备正常运行，防止事故的发生。常用的压力表有U型管压力表、弹簧管压力表、电接点压力表等几种，其中弹簧管压力表使用最为普遍，它是在圆形的外壳内，由一根断面呈椭圆形的弹簧弯管两端分别连接介质和连杆，当弹簧弯管受到介质压力作用时，因截面有变成圆形的趋势迫使弯管逐渐伸直，从而使连杆端向外移动，经连杆、扇形齿轮、小齿轮等传动机构使指针向顺时针方向偏转一个角度，从而指示出介质的压力大小。
然而在承压类特种设备的仿真模拟培训装置中，如锅炉模拟机、压力容器仿真培训装置等，考虑到培训的安全性和经济性，在培训设备模型中通常不存在真实的工作介质，这使得常规的弹簧管式压力表无法正常工作，为了使压力表能够指示计算机所模拟出的介质压力必须设计一种仿真压力表。这类压力表在外观上和真实压力表没有区别，但在工作原理上却截然不同，它需要能够接受外部电信号的驱动和控制，而非由流体介质来驱动。
采用磁电式的驱动方式，即使用磁电式指针表头接收直流电压信号，根据电压信号大小控制指针偏转相应角度，这种实现方法虽然成本低，但仿真效果欠佳，尤其是无法控制指针的运动速度，仅能控制指针的位移。
发明内容
为了解决背景技术所述问题，本实用新型的目的在于提供一种步进电机驱动的仿真压力表，采用机电式驱动方式控制指针运动，用于承压类设备的仿真培训模拟系统，实现压力参数的真实模拟。
为解决其技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型包括表壳、刻度盘、玻璃面板、指针、管接头、步进电机和驱动控制电路板；圆形的刻度盘安装在表壳内部，圆形的驱动控制电路板固定安装在刻度盘的后面，步进电机固定在驱动控制电路板上，步进电机的主轴穿过驱动控制电路板中心的圆孔与布置在刻度盘前面的指针固定连接，管接头与表壳下端固定连接，玻璃面板嵌入在表壳的正前方。
所述驱动控制电路板，包括ATmega8单片机、驱动电路和稳压电路；0-5V的控制信号经ATmega8单片机的ADC7引脚输入，ATmega8单片机利用内部集成的AD转换器对控制信号进行转换，并计算出用于控制步进电机的脉冲信号，经ATmega8单片机的PB0-PB2引脚输出至基于六反相器芯片74HC04D的驱动电路，驱动电路将脉冲信号放大后输出驱动信号至步进电机，基于低压差稳压芯片SPX1117的稳压电路将12V外接电源信号转换成5V电源信号为ATmega8单片机及驱动电路供电。
与背景技术相比，本实用新型具有的有益效果是：
采用机电式驱动方式，即单片机控制步进电机方式来驱动压力表指针运动，能使压力表指针在量程范围内以不同的运动速度转动到任意指定位置，真实地模拟出实际压力表工作时指针运行现象，重复性好、线性度高、响应速度快、定位精确、可靠性好、仿真度高。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的正面视图。
图3是本实用新型的驱动控制电路框图。
图4是本实用新型的单片机主程序流程图。
图中，1、表壳，2、刻度盘，3、玻璃面板，4、指针，5、管接头，6、步进电机，7、驱动控制电路板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1、图2所示，本实用新型包括表壳1、刻度盘2、玻璃面板3、指针4、管接头5、步进电机6和驱动控制电路板7；圆形的刻度盘2安装在表壳1内部，圆形的驱动控制电路板7固定安装在刻度盘2的后面，步进电机6通过螺丝固定在驱动控制电路板7上，步进电机6的主轴穿过驱动控制电路板7中心的圆孔与布置在刻度盘前面的指针4固定连接，管接头5与表壳1下端固定连接，玻璃面板3嵌入在表壳1的正前方。
步进电机是一种能将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
选用VID29系列步进电机。该系列步进电机是一种精密的微型步进电机，内置减速比180/1的齿轮系，需要两路逻辑脉冲信号驱动，可以工作于5V~10V的脉冲下，输出轴的步距角最小可以达到1/12°，最大角速度600°/S。该步进电机工作电压低、功耗低、尺寸精薄、价格便宜，易于安装在表盘内部，本实用新型中选择步进电机型号为VID29-05，采用分步工作模式，每步转动1/3°。
如图3所示，所述驱动控制电路板7，包括ATmega8单片机、驱动电路和稳压电路；0-5V的控制信号经ATmega8单片机的ADC7引脚输入，ATmega8单片机利用内部集成的AD转换器对控制信号进行转换，并计算出用于控制步进电机的脉冲信号，经ATmega8单片机的PB0-PB2引脚输出至基于六反相器芯片74HC04D的驱动电路，驱动电路将脉冲信号放大后输出驱动信号至步进电机，基于低压差稳压芯片SPX1117的稳压电路将12V外接电源信号转换成5V电源信号为ATmega8单片机及驱动电路供电。
采用ATMEL公司的ATmega8单片机作为步进电机的控制芯片，ATmega8是一款高性能、低功耗的8位单片机，采用先进的RISC结构，其芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，具有8路10位ADC、23个可编程的I/O 口、三通道PWM等，具备AVR高档单片机MEGE系列的全部性能和特点，而其价格仅与低档单片机相当，是一款极高性价比的单片机。
系统软件总体结构采用模块化设计，各功能模块相对独立，便于程序的编写、调试及功能扩展。ATmega8单片机系统的主程序流程图如图4所示，系统启动后，首先进行系统初始化，设置定时器、中断、看门狗、读取EEPROM等，然后调用仪表指针复位子程序使指针回零位，然后开放中断、启动定时器，进入主循环，读取控制信号，调用电机运动步数计算子程序，若步数不为0，则调用步进电机驱动控制子程序。
控制信号的采样和转换采用定时触发方式，采用T/C0比较匹配中断，定时时间设为2ms，该定时中断作为ADC自动触发转换的触发源信号。步进电机的运动步数根据控制信号的差值计算，定义步数大于0为顺时针转动，步数小于0为逆时针转动。
本实用新型由单片机接收控制信号，驱动步进电机运动，实现指针在仪表量程范围内的转动，具有重复性好、线性度高、响应速度快、定位精确、可靠性高等众多优点。
上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。
Claims (2)
1.一种步进电机驱动的仿真压力表，其特征在于：包括表壳（1）、刻度盘（2）、玻璃面板（3）、指针（4）、管接头（5）、步进电机（6）和驱动控制电路板（7）；圆形的刻度盘（2）安装在表壳（1）内部，圆形的驱动控制电路板（7）固定安装在刻度盘（2）的后面，步进电机（6）固定在驱动控制电路板（7）上，步进电机（6）的主轴穿过驱动控制电路板（7）中心的圆孔与布置在刻度盘前面的指针（4）固定连接，管接头（5）与表壳（1）下端固定连接，玻璃面板（3）嵌入在表壳（1）的正前方。
2.根据权利要求1所述的一种步进电机驱动的仿真压力表，其特征在于：所述驱动控制电路板（7），包括ATmega8单片机、驱动电路和稳压电路；0-5V的控制信号经ATmega8单片机的ADC7引脚输入，ATmega8单片机利用内部集成的AD转换器对控制信号进行转换，并计算出用于控制步进电机的脉冲信号，经ATmega8单片机的PB0-PB2引脚输出至基于六反相器芯片74HC04D的驱动电路，驱动电路将脉冲信号放大后输出驱动信号至步进电机，基于低压差稳压芯片SPX1117的稳压电路将12V外接电源信号转换成5V电源信号为ATmega8单片机及驱动电路供电。
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| CN201620645444.5U CN206039931U (zh) | 2016-06-27 | 2016-06-27 | 一种步进电机驱动的仿真压力表 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107101700A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-08-29 | 广东青藤环境科技有限公司 | 一种用于无线远传水表的测试装置 |
| CN115731768A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-03-03 | 国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司 | 一种仿真sf6气体密度继电器 |
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