本實(shí)用新型涉及壓力表，尤其是涉及一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿真壓力表。

背景技術(shù)：

壓力表是承壓設(shè)備的重要安全附件之一，它的作用是指示承壓設(shè)備（例如鍋爐或壓力容器）內(nèi)工作介質(zhì)壓力的高低，保證承壓設(shè)備正常運(yùn)行，防止事故的發(fā)生。常用的壓力表有U型管壓力表、彈簧管壓力表、電接點(diǎn)壓力表等幾種，其中彈簧管壓力表使用最為普遍，它是在圓形的外殼內(nèi)，由一根斷面呈橢圓形的彈簧彎管兩端分別連接介質(zhì)和連桿，當(dāng)彈簧彎管受到介質(zhì)壓力作用時(shí)，因截面有變成圓形的趨勢(shì)迫使彎管逐漸伸直，從而使連桿端向外移動(dòng)，經(jīng)連桿、扇形齒輪、小齒輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使指針向順時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)一個(gè)角度，從而指示出介質(zhì)的壓力大小。

然而在承壓類(lèi)特種設(shè)備的仿真模擬培訓(xùn)裝置中，如鍋爐模擬機(jī)、壓力容器仿真培訓(xùn)裝置等，考慮到培訓(xùn)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，在培訓(xùn)設(shè)備模型中通常不存在真實(shí)的工作介質(zhì)，這使得常規(guī)的彈簧管式壓力表無(wú)法正常工作，為了使壓力表能夠指示計(jì)算機(jī)所模擬出的介質(zhì)壓力必須設(shè)計(jì)一種仿真壓力表。這類(lèi)壓力表在外觀上和真實(shí)壓力表沒(méi)有區(qū)別，但在工作原理上卻截然不同，它需要能夠接受外部電信號(hào)的驅(qū)動(dòng)和控制，而非由流體介質(zhì)來(lái)驅(qū)動(dòng)。

采用磁電式的驅(qū)動(dòng)方式，即使用磁電式指針表頭接收直流電壓信號(hào)，根據(jù)電壓信號(hào)大小控制指針偏轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，這種實(shí)現(xiàn)方法雖然成本低，但仿真效果欠佳，尤其是無(wú)法控制指針的運(yùn)動(dòng)速度，僅能控制指針的位移。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)所述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿真壓力表，采用機(jī)電式驅(qū)動(dòng)方式控制指針運(yùn)動(dòng)，用于承壓類(lèi)設(shè)備的仿真培訓(xùn)模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)壓力參數(shù)的真實(shí)模擬。

為解決其技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

本實(shí)用新型包括表殼、刻度盤(pán)、玻璃面板、指針、管接頭、步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制電路板；圓形的刻度盤(pán)安裝在表殼內(nèi)部，圓形的驅(qū)動(dòng)控制電路板固定安裝在刻度盤(pán)的后面，步進(jìn)電機(jī)固定在驅(qū)動(dòng)控制電路板上，步進(jìn)電機(jī)的主軸穿過(guò)驅(qū)動(dòng)控制電路板中心的圓孔與布置在刻度盤(pán)前面的指針固定連接，管接頭與表殼下端固定連接，玻璃面板嵌入在表殼的正前方。

所述驅(qū)動(dòng)控制電路板，包括ATmega8單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路和穩(wěn)壓電路；0-5V的控制信號(hào)經(jīng)ATmega8單片機(jī)的ADC7引腳輸入，ATmega8單片機(jī)利用內(nèi)部集成的AD轉(zhuǎn)換器對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并計(jì)算出用于控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)，經(jīng)ATmega8單片機(jī)的PB0-PB2引腳輸出至基于六反相器芯片74HC04D的驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路將脈沖信號(hào)放大后輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)至步進(jìn)電機(jī)，基于低壓差穩(wěn)壓芯片SPX1117的穩(wěn)壓電路將12V外接電源信號(hào)轉(zhuǎn)換成5V電源信號(hào)為ATmega8單片機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路供電。

與背景技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的有益效果是：

采用機(jī)電式驅(qū)動(dòng)方式，即單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)方式來(lái)驅(qū)動(dòng)壓力表指針運(yùn)動(dòng)，能使壓力表指針在量程范圍內(nèi)以不同的運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)到任意指定位置，真實(shí)地模擬出實(shí)際壓力表工作時(shí)指針運(yùn)行現(xiàn)象，重復(fù)性好、線性度高、響應(yīng)速度快、定位精確、可靠性好、仿真度高。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的正面視圖。

圖3是本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)控制電路框圖。

圖4是本實(shí)用新型的單片機(jī)主程序流程圖。

圖中，1、表殼，2、刻度盤(pán)，3、玻璃面板，4、指針，5、管接頭，6、步進(jìn)電機(jī)，7、驅(qū)動(dòng)控制電路板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型包括表殼1、刻度盤(pán)2、玻璃面板3、指針4、管接頭5、步進(jìn)電機(jī)6和驅(qū)動(dòng)控制電路板7；圓形的刻度盤(pán)2安裝在表殼1內(nèi)部，圓形的驅(qū)動(dòng)控制電路板7固定安裝在刻度盤(pán)2的后面，步進(jìn)電機(jī)6通過(guò)螺絲固定在驅(qū)動(dòng)控制電路板7上，步進(jìn)電機(jī)6的主軸穿過(guò)驅(qū)動(dòng)控制電路板7中心的圓孔與布置在刻度盤(pán)前面的指針4固定連接，管接頭5與表殼1下端固定連接，玻璃面板3嵌入在表殼1的正前方。

步進(jìn)電機(jī)是一種能將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

選用VID29系列步進(jìn)電機(jī)。該系列步進(jìn)電機(jī)是一種精密的微型步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)置減速比180/1的齒輪系，需要兩路邏輯脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)，可以工作于5V~10V的脈沖下，輸出軸的步距角最小可以達(dá)到1/12°，最大角速度600°/S。該步進(jìn)電機(jī)工作電壓低、功耗低、尺寸精薄、價(jià)格便宜，易于安裝在表盤(pán)內(nèi)部，本實(shí)用新型中選擇步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為VID29-05，采用分步工作模式，每步轉(zhuǎn)動(dòng)1/3°。

如圖3所示，所述驅(qū)動(dòng)控制電路板7，包括ATmega8單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路和穩(wěn)壓電路；0-5V的控制信號(hào)經(jīng)ATmega8單片機(jī)的ADC7引腳輸入，ATmega8單片機(jī)利用內(nèi)部集成的AD轉(zhuǎn)換器對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并計(jì)算出用于控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)，經(jīng)ATmega8單片機(jī)的PB0-PB2引腳輸出至基于六反相器芯片74HC04D的驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路將脈沖信號(hào)放大后輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)至步進(jìn)電機(jī)，基于低壓差穩(wěn)壓芯片SPX1117的穩(wěn)壓電路將12V外接電源信號(hào)轉(zhuǎn)換成5V電源信號(hào)為ATmega8單片機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路供電。

采用ATMEL公司的ATmega8單片機(jī)作為步進(jìn)電機(jī)的控制芯片，ATmega8是一款高性能、低功耗的8位單片機(jī)，采用先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，其芯片內(nèi)部集成了較大容量的存儲(chǔ)器和豐富強(qiáng)大的硬件接口電路，具有8路10位ADC、23個(gè)可編程的I/O 口、三通道PWM等，具備AVR高檔單片機(jī)MEGE系列的全部性能和特點(diǎn)，而其價(jià)格僅與低檔單片機(jī)相當(dāng)，是一款極高性?xún)r(jià)比的單片機(jī)。

系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，各功能模塊相對(duì)獨(dú)立，便于程序的編寫(xiě)、調(diào)試及功能擴(kuò)展。ATmega8單片機(jī)系統(tǒng)的主程序流程圖如圖4所示，系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，設(shè)置定時(shí)器、中斷、看門(mén)狗、讀取EEPROM等，然后調(diào)用儀表指針復(fù)位子程序使指針回零位，然后開(kāi)放中斷、啟動(dòng)定時(shí)器，進(jìn)入主循環(huán)，讀取控制信號(hào)，調(diào)用電機(jī)運(yùn)動(dòng)步數(shù)計(jì)算子程序，若步數(shù)不為0，則調(diào)用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制子程序。

控制信號(hào)的采樣和轉(zhuǎn)換采用定時(shí)觸發(fā)方式，采用T/C0比較匹配中斷，定時(shí)時(shí)間設(shè)為2ms，該定時(shí)中斷作為ADC自動(dòng)觸發(fā)轉(zhuǎn)換的觸發(fā)源信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)步數(shù)根據(jù)控制信號(hào)的差值計(jì)算，定義步數(shù)大于0為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，步數(shù)小于0為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

本實(shí)用新型由單片機(jī)接收控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)指針在儀表量程范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，具有重復(fù)性好、線性度高、響應(yīng)速度快、定位精確、可靠性高等眾多優(yōu)點(diǎn)。

上述具體實(shí)施方式用來(lái)解釋說(shuō)明本實(shí)用新型，而不是對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限制，在本實(shí)用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本實(shí)用新型作出的任何修改和改變，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。