專(zhuān)利名稱：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)油壓力表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，具體涉及一種檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力的步進(jìn)電 沖/L驅(qū)動(dòng)的才幾油壓力表。
背景技術(shù)：
目前^r測(cè)發(fā)動(dòng)積4幾油壓力表的壓力傳感器輸出信號(hào)為-5mV— 50mV的電壓 信號(hào)，通常纟敖控制器的采樣信號(hào)為0—5V的電壓信號(hào)，且只對(duì)正電壓/電流信號(hào) 進(jìn)行采樣，對(duì)于上述壓力傳感器輸出的-5mV— 50mV電壓信號(hào)，微控制器無(wú)法直 接進(jìn)行采樣量化，因此，需要對(duì)壓力傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行處理及放大，使電路 輸出信號(hào)為微控制器可采樣的(0-5V)電壓。針對(duì)以上情況，傳統(tǒng)的處理方法 為采用雙電源供電或者是采用正電源到負(fù)電源轉(zhuǎn)換的芯片提供負(fù)電源，以適應(yīng) 雙電源運(yùn)算放大器對(duì)負(fù)輸入信號(hào)的處理。但由于傳統(tǒng)運(yùn)算放大電路電壓輸出擺 幅比較低，如果將輸出信號(hào)放大到微控制器所需的電壓信號(hào)，將無(wú)法保證線性 度。為了使運(yùn)算放大電路得到比較大的輸出幅度(0-5V),并且保證輸出信號(hào)的 線性度，通常采用+6V和-6V以上的電源給運(yùn)算放大電路以及微控制器供電，但 微控制器工作時(shí)的電壓一般為+5V，當(dāng)輸入電壓過(guò)高時(shí)容易將微控制器的1/0接 口燒毀，所以為了保護(hù)微控制器的1/0接口，需要采用限幅保護(hù)措施，以解決 電壓不匹配問(wèn)題，但這樣一來(lái)會(huì)使整個(gè)電路復(fù)雜，成本上升。此外，目前壓力 表指針的線性調(diào)整和零點(diǎn)、滿度調(diào)整一般采用電位器手動(dòng)進(jìn)行調(diào)試，這種方式 需要反復(fù)調(diào)試才能達(dá)到相應(yīng)的精度要求，調(diào)試過(guò)程非常麻煩，調(diào)試精度和重復(fù) 性也較差；而且調(diào)試時(shí)間一般大于30分鐘/臺(tái)，隨著時(shí)間的推移參數(shù)發(fā)生變化， 容易產(chǎn)生零點(diǎn)和滿度飄移，其線性度發(fā)生變化，調(diào)試的重復(fù)比較差。 實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)油壓力表， 它采用單電源對(duì)電路供電，并可使輸入微控制器的采樣信號(hào)幅度提高，電路能 保證該采樣信號(hào)的線性度，同時(shí)本實(shí)用新型具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本較低、重復(fù)
性好、線性度高、可靠性高以及具有遠(yuǎn)程輸送信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的目的是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的 一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)油壓力表，包 括微控制器以及壓力傳感器，壓力傳感器用于感應(yīng)機(jī)油的壓力變化并將該變化 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)出，還包括與微控制器電連接的電源轉(zhuǎn)換器，電源轉(zhuǎn)換器將汽 車(chē)電瓶的輸出電壓轉(zhuǎn)換為微控制器標(biāo)準(zhǔn)工作電壓輸出；以及電連接于壓力傳感 器與微控制器之間的軌到軌信號(hào)處理器，軌到軌信號(hào)處理器將壓力傳感器發(fā)出 的電壓信號(hào)實(shí)行電平遷移，并作放大后輸出到微控制器；以及電連接于軌到軌 信號(hào)處理器與電源轉(zhuǎn)換器之間的基準(zhǔn)電壓源，該基準(zhǔn)電壓源為軌到軌信號(hào)處理 器提供電平遷移的遷移電壓；以及與微控制器輸出端電連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器將微控制器輸出的電信號(hào)放大后輸出到與壓力表指針連接的步進(jìn)電 機(jī)；以及與微控制器的SPI輸出接口電連接一 V/I線性轉(zhuǎn)換器，V/I線性轉(zhuǎn)換器 將微控制器輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)用于遠(yuǎn)程輸送。采用了上述方案，與微控制器電連接的電源轉(zhuǎn)換器，通過(guò)單電源對(duì)電路供 電，可將汽車(chē)電瓶的輸出電壓轉(zhuǎn)換為微控制器標(biāo)準(zhǔn)工作電壓輸出，輸出到軌到 軌信號(hào)處理器的電壓和微控制器的電壓相同時(shí)，可使軌到軌信號(hào)處理器輸出電 壓幅度提高，以提高采樣信號(hào)量化分辨率、保證采樣信號(hào)的線性度；同時(shí)還可 防止電壓過(guò)高時(shí)將《效控制器的1/0接口燒毀；且無(wú)須采用限幅保護(hù)措施來(lái)解決 電壓不匹配問(wèn)題，致使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，生產(chǎn)成本降低。電連接于壓力傳感器 與微控制器之間的軌到軌信號(hào)處理器，軌到軌信號(hào)處理器將壓力傳感器發(fā)出的 電壓信號(hào)實(shí)行由負(fù)到正的電平遷移，可避免傳統(tǒng)方法采用正電源到負(fù)電源轉(zhuǎn)換 的芯片提供負(fù)電源，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化；并且可以減少輸出的電信號(hào)失真，以及 線性度的增益得到加強(qiáng)，滿足微控制器對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行采樣量化處理。軌到 軌信號(hào)處理器中由電平遷移放大電路與電壓跟隨器組成，電壓跟隨器對(duì)電平遷 移放大電路輸出的信號(hào)可起緩沖作用，不但可提高帶載能力，而且可以隔離較 大負(fù)載。樣i控制器的SPI輸出接口電連接一 V/I線性轉(zhuǎn)換器，通過(guò)線性轉(zhuǎn)換電 路，將纟效控制器處理的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流信號(hào)輸出，并遠(yuǎn)程輸送到 發(fā)動(dòng)機(jī)的其它單元作為這些單元的信號(hào)輸入。電連接于軌到軌信號(hào)處理器與電源轉(zhuǎn)換器之間的基準(zhǔn)電壓源，基準(zhǔn)電壓源
可為軌到軌信號(hào)處理器提供所必須的遷移電壓；基準(zhǔn)電壓源中包含一個(gè)三端可 調(diào)分流基準(zhǔn)源，三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源不僅具備溫度補(bǔ)償溫度系數(shù)低，并且具有 良好的熱穩(wěn)定性能以及去耦性能，以加強(qiáng)電路穩(wěn)定性。此外，三端可調(diào)分流基 準(zhǔn)源內(nèi)部含有一個(gè)2. 5V的基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)在三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源的REF端引 入輸出反饋時(shí)，可以通過(guò)從陰極到陽(yáng)極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。微控制器的引腳11及引腳12經(jīng)導(dǎo)線引出分別與電路板上設(shè)置的兩個(gè)用于 零點(diǎn)調(diào)整或滿度調(diào)整接口焊接，由于壓力傳感器表現(xiàn)為電阻變化，采用標(biāo)準(zhǔn)壓 力發(fā)生器代替電位器，連接滿度調(diào)整或零點(diǎn)調(diào)整接口，由微控制器對(duì)當(dāng)前零點(diǎn) 或滿度對(duì)應(yīng)的電壓采樣，通過(guò)微控制器內(nèi)預(yù)置的程序自動(dòng)修正，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力表 零點(diǎn)或滿度的調(diào)整。因此，本實(shí)用新型零點(diǎn)調(diào)整和滿度調(diào)整簡(jiǎn)單，調(diào)整時(shí)重復(fù) 性好，而且整個(gè)調(diào)整時(shí)間小于2分鐘，并且可以減少人工l喿作時(shí)間和元件的參 數(shù)不一致帶來(lái)的誤差，確保調(diào)整精度。本實(shí)用新型在野外加油車(chē)上進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)， 一次性地通過(guò)相應(yīng)的試驗(yàn)，實(shí) 現(xiàn)了壓力表線性指示和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，滿足其野外作業(yè)的高可靠性。該壓力 表的線性度高于測(cè)試中的野外作業(yè)的參數(shù)要求，輸出4-20mA的電流信號(hào)在用于 PLC對(duì)其進(jìn)行采集，精度完全滿足要求，并且傳輸?shù)臄?shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。對(duì)于 所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，從對(duì)本實(shí)用新型的詳細(xì)說(shuō)明中，本實(shí)用新型的 上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。


圖1為本實(shí)用新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)油壓力表的電路框圖； 圖2為圖1中的電源轉(zhuǎn)換器的電^^示意圖； 圖3為圖1中的表盤(pán)背光指示電路的示意圖； 圖4為圖1中的基準(zhǔn)電壓源的電路示意圖； 圖5為圖1中的軌到軌信號(hào)處理器的電路示意圖； 圖6為圖1中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與微控制器連接的電路示意圖； 圖7為圖1中的V/I線性轉(zhuǎn)換器的電路示意圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)Dl至圖7,本實(shí)用新型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)油壓力表具有微控制器 U5、壓力傳感器(壓力傳感器在圖中未示出)、電源轉(zhuǎn)換器、軌到軌信號(hào)處理器、 基準(zhǔn)電壓源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、V/I線性轉(zhuǎn)換器。壓力傳感器用于感應(yīng)機(jī)油的壓力變 化并將該變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)出，電源轉(zhuǎn)換器與微控制器電連接，將汽車(chē)電瓶 的輸出電壓轉(zhuǎn)換為微控制器標(biāo)準(zhǔn)工作電壓輸出；壓力傳感器與微控制器之間電 連接軌到軌信號(hào)處理器，將壓力傳感器發(fā)出的電壓信號(hào)實(shí)行電平遷移，并作放 大后輸出到微控制器；軌到軌信號(hào)處理器與電源轉(zhuǎn)換器之間電連接基準(zhǔn)電壓源， 為軌到軌信號(hào)處理器提供電平遷移的遷移電壓；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與微控制器輸出電 連接，將微控制器輸出的電信號(hào)放大后輸出到與壓力表指針連接的步進(jìn)電機(jī)； 微控制器的SPI輸出接口電連接一 V/I線性轉(zhuǎn)換器，V/I線性轉(zhuǎn)換器將微控制器 輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)用于遠(yuǎn)程輸送。參照?qǐng)D2，電源轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)，電源轉(zhuǎn)換器將汽車(chē)電瓶的輸出電壓轉(zhuǎn)換 為微控制器標(biāo)準(zhǔn)工作電壓輸出。汽車(chē)電瓶的輸出電壓VBAT電壓范圍為20V到 28V。電源轉(zhuǎn)換器IC1為一個(gè)三端式可調(diào)集成穩(wěn)壓器，電源轉(zhuǎn)換器IC1的型號(hào)為 LM317LH。 VBAT依次通過(guò)二極管Dl和限流電阻Rl與電源轉(zhuǎn)換器IC1的輸入引腳 3連接，電容C3與電解電容C4并聯(lián)在電源轉(zhuǎn)換器IC1的引腳3與地之間。電源 轉(zhuǎn)換器通過(guò)二極管Dl陰極引出一電源VI,該電源的電壓為24V。電阻Rl與電 容C3、 C4構(gòu)成限流濾波電路，使三端式可調(diào)集成穩(wěn)壓器避免受群脈沖干。電阻 R5、 R7以及電容C5并聯(lián)在電源轉(zhuǎn)換器IC1的引腳1與地之間，電源轉(zhuǎn)換器的引 腳2通過(guò)電阻R3與其引腳1連接。電解電容Cl及C2連接在電源轉(zhuǎn)換器IC1的 引腳2與地之間，電解電容C1及C2用于儲(chǔ)能，當(dāng)電源斷電后，可以保證微控 制器保存相應(yīng)數(shù)據(jù)和步進(jìn)電機(jī)復(fù)位時(shí)所需要的能量，使得停電后有足夠的能量 使步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓力表指針回到零刻度。電源轉(zhuǎn)換器通過(guò)輸出支路分別與微控 制器、軌到軌信號(hào)處理器、表盤(pán)背光指示電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及V/I線性轉(zhuǎn)換 器連接，向各電路單元提供所需電源。電源電壓經(jīng)電源轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，由電源轉(zhuǎn)換器IC1的輸出引腳2輸出一 5V 的電壓VCC,由選定元件的參數(shù)，根據(jù)下列步驟可以得到電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓 VCC為 VCC=1.25V(1+ (R5〃R7) /R3+Iadj x (R5〃R7)由于電源轉(zhuǎn)換器IC1的調(diào)節(jié)電流很小，忽略Iadj的影響，則電路的輸出值 近似為VCC=1. 25V(1+ (R5〃R7) /R3) 本實(shí)施例電阻115=1. 5k， R7=20K, R3-470 則VCC=5. 01V參照?qǐng)Dl及圖3,壓力表的表盤(pán)背光指示電路由并聯(lián)的三條并聯(lián)的支路組成， 支路一由電阻R2串聯(lián)發(fā)光二極管D2、 D3構(gòu)成，支路二由電阻R4串聯(lián)發(fā)光二極 管D5、 D6構(gòu)成，支路三由電阻R6串聯(lián)發(fā)光二極管D7、 D8構(gòu)成，電阻R2、 R4、 R6為各自所在支路起限流作用。表盤(pán)背光指示電路一端與VI連接，另一端通過(guò) 二極管D4與地連接。為保證發(fā)光二極管的亮度變化不大，本實(shí)用新型中減少發(fā) 光二極管的串聯(lián)個(gè)數(shù)增大限流電阻的阻值，使電流受電壓影響的減小，如R2、 D2、 D3組成的支路中電流大小為(V1-VD2-VD3) /R2= (24V-3.4V) /4. 7K=5mA， 當(dāng)電源電壓變化為28V時(shí)電流約為5.5mA;當(dāng)電源電壓變化為20V時(shí)電流約為 4.5mA,整個(gè)電流隨電壓的變化在土O. 5mA以內(nèi)，保證了發(fā)光二極管的亮度變化 滿足要求。參照?qǐng)Dl及圖4，電連接于軌到軌信號(hào)處理器與電源轉(zhuǎn)換器之間的基準(zhǔn)電壓 源，該基準(zhǔn)電壓源為軌到軌信號(hào)處理器提供電平遷移的遷移電壓。基準(zhǔn)電壓源 中包含一個(gè)三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源IC3,三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源采用TL431ALCP型芯 片。三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源的引腳3與地連接，其引腳2通過(guò)限流電阻R28與穩(wěn) 壓電源的輸出電壓VI連接，電阻R31、R34串接在三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源的引腳2、 3之間。三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源的電壓輸出引腳1電連接在電阻R31與R34之間， 基準(zhǔn)電壓源輸出5V的電壓V2通過(guò)電阻R31—端引出；分壓電阻R30、 R33串接 在電阻R31與地連接，電阻R30與電阻R33之間連接一個(gè)用于與軌到軌信號(hào)處 理器電連接的電阻R29,電阻R33兩端并連一電容C33?；鶞?zhǔn)電壓源的輸出5V 的電壓經(jīng)電阻R30分壓，以及經(jīng)電容C30濾波后，在電阻R33兩端的輸出一個(gè) 為基準(zhǔn)電壓V5，該電壓的大小為5V x R33/ ( R33+R30 ) =5V x 390/2390=0. 82V
電阻R33 —端通過(guò)電阻R29與軌到軌信號(hào)處理器中的運(yùn)算力文大器U4C的同 相輸入引腳電連接，為軌到軌信號(hào)處理器提供電平遷移所需的遷移電壓。三端 可調(diào)分流基準(zhǔn)源的內(nèi)部含有一個(gè)2. 5V的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)在其引腳1 (REF端)引 入輸出反饋時(shí)，使其可以通過(guò)從陰極到陽(yáng)極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。 當(dāng)R31和R34的阻值確定時(shí)，兩者對(duì)V2的分壓引入反饋，若V2增大，反饋量 增大，TL431ALCP的分流也就增加，從而又導(dǎo)致V2下降，此時(shí) V2-(l+R31/R34)Vref (Vref為芯片內(nèi)部參考電壓，其大小為2. 5V)。選擇不同 的R31和R34的值可以得到從2. 5V到36V范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當(dāng) R31-R34時(shí),V2-5V。 R28起限制電流的作用,最大電流為(24V-5V )/2K=9. 5mA， 保證了最大輸入電流小于TL431ALCP極限工作電流。運(yùn)算》文大器U4A的反向輸 入引腳通過(guò)電阻R20、 R24與運(yùn)算放大器U4D的反相輸入引腳連接。參照?qǐng)D1及圖5，電連接于壓力傳感器與微控制器U5之間的軌到軌信號(hào)處 理器(Rail-To-Rail),軌到軌信號(hào)處理器將壓力傳感器發(fā)出的電壓信號(hào)實(shí)行電 平遷移，并作放大后輸出到微控制器。軌到軌信號(hào)處理器由電平遷移放大電路 以及與電平遷移放大電路電連接的電壓跟隨器組成。電平遷移放大電路對(duì)傳感 器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，并通過(guò)電壓基準(zhǔn)源提供的電壓將上述放大的信號(hào)進(jìn)行 電平遷移。電平遷移放大電路包括運(yùn)算放大器U4A、 U4C、 U4D，運(yùn)算放大器U4A 以及U4D的同相輸入引腳3、 12與連接壓力傳感器的連接器J2連接，壓力傳感 器兩個(gè)輸出端分別與連接器J2的引腳1、 2連接。壓力傳感器用于感應(yīng)機(jī)油的 壓力變化并將該變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)出，本實(shí)用新型中壓力傳感器采用應(yīng)變電 阻式的壓力傳感器，其由四個(gè)應(yīng)變電阻構(gòu)成的電橋，該電橋?qū)C(jī)油的壓力變化 變換為-5mV—50mV的電壓輸出。連接器J2的引腳4與地連接，其引腳3與基準(zhǔn) 電壓源的輸出電壓V2連接。運(yùn)算放大器U4A的反向輸入引腳2通過(guò)電阻R20、 R24與運(yùn)算放大器U4D的反相輸入引腳13連接，電阻R22與電容C21并聯(lián)在運(yùn) 算放大器U4A輸出引腳1與反相輸入引腳之間，運(yùn)算放大器U4A的輸出引腳1 通過(guò)電阻R21與運(yùn)算放大器U4C反相輸入引腳9連接，運(yùn)算放大器U4A的同相 輸入引腳3還通過(guò)電容C19與地連接，其引腳11與地連接。電阻R23與電容C25 并聯(lián)在運(yùn)算放大器U4D輸出引腳14與反相輸入引腳13之間，運(yùn)算放大器U4D
的同相輸入引腳還通過(guò)電容C28與地連接，運(yùn)算放大器U4D輸出引腳與電阻R25 的一端連接，電阻R25的另一端分別連接電壓基準(zhǔn)源和運(yùn)算放大器U4C的同相 輸入引腳10。電阻R19與電容C20并聯(lián)在運(yùn)算放大器U4C輸出引腳與其反相輸 入引腳之間，運(yùn)算放大器U4C引腳4分別與VCC連接，以及通過(guò)電容C22與地 連接；運(yùn)算放大器U4C通過(guò)電阻R42與電壓跟隨器連接。電壓跟隨器用于對(duì)電 平遷移放大電路輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行緩沖，電壓跟隨器由運(yùn)算放大器U4B、電阻 R42以及電阻18組成，其中，電阻R18連接在運(yùn)算放大器U4B的信號(hào)輸出引腳 7與反相輸入引腳6之間，電阻R42連接在運(yùn)算放大器U4B同相輸入引腳與電平 遷移放大電路輸出端之間，運(yùn)算放大器U4B通過(guò)電阻R40與微控制器的41腳連 接。運(yùn)算放大器U4A、 U4B、 U4C、 U4D均采用LMX324型號(hào)芯片。根據(jù)下列步驟可以得到電平遷移放大電路輸出的電壓信號(hào)(VOUT)為前 級(jí)運(yùn)算放大器U4A、 U4D的放大倍數(shù)Al= (1+( R22+R23 ) / ( R20+R24 )) (1)壓力傳感器的輸入電壓為VIN=V1IN-V2IN，由式(1 )得到前級(jí)運(yùn)算放大 器輸出電壓，其值大小為V3-V4=A1x VIN-VIN x (1+ ( R22+R23 ) / ( R20+R24 )) ( 2 )運(yùn)算放大器U4C的電壓放大倍數(shù)為A2-R19/R21 (3)根據(jù)電壓疊加原理知道，傳感器單獨(dú)輸入時(shí)輸出電壓為 V0UT1= (Al x VIN) x A2=(VIN x (1+ (R22+R23) / (R20+R24))) x R19/R21 (4) 基準(zhǔn)電壓?jiǎn)为?dú)作用于第二級(jí)時(shí)，輸出電壓為 V0UT2=R25/ (R25+R29) xV4x (l+R19/ R21)由R19= R25，R21= R29，得到VOUT2=V5;由基準(zhǔn)電壓運(yùn)算知道VOUT2-V5-0. 82V 則總的電壓輸出為V0UT=V0UT2+V0UT1=(VIN x (1+( R22+R23 ) / ( R20+R24 )) x R19/R21+V5(5)由式(5)可以得出，當(dāng)輸入電壓為負(fù)電壓時(shí)，選取合適的基準(zhǔn)電壓V4使 得輸出電壓大于OV,從而實(shí)現(xiàn)電平的遷移。輸出電壓最終可以調(diào)整到0-5V之間。當(dāng)傳感器輸入為-5mV時(shí)，傳感器單獨(dú)作用時(shí)的輸出電壓為 R20=R24=7. 5k , R22=R23=100k，R19=51k,R21=10k 輸出電壓為VOUT1--0. 36V (6) 在加入偏置電壓后電路的總體輸出電壓為 VOUT- V0UT2+ VOUT1=0. 82-0. 36V =0. 46V 當(dāng)傳感器輸入位+50mV時(shí)，傳感器單獨(dú)作用時(shí)的輸出電壓為 ■Tl=3. 6V (7)在加入偏置電壓后電路的總體輸出電壓為 VOUT= V0UT2+ VOUT1=0. 82+3. 6V =4. 42V( 8 )由式(7)和式(8)得知，通過(guò)軌到軌信號(hào)處理器處理后，整個(gè)輸出電壓 在O. 46V到4.42V之間，將壓力傳感器的輸出電壓從-0. 36V到3. 6V到遷移到0. 46V到4.42V之間，實(shí)現(xiàn)了電平遷移和對(duì)微控制器輸入電壓的要求。參照?qǐng)Dl及圖6，與微控制器輸出端電連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將微 控制器輸出的電信號(hào)放大后輸出到與壓力表指針連接的步進(jìn)電機(jī)。微控制器U5 采用68HC908LJ12型芯片，微控制器的11腳及12腳經(jīng)導(dǎo)線引出分別與電路板 上設(shè)置的兩個(gè)用于滿度調(diào)整或零點(diǎn)調(diào)整接口 H2焊接，H2在電路板上為兩個(gè)孔。 微控制器U5接收到軌到軌信號(hào)處理器的電壓信號(hào)后，其輸出信號(hào)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器電流放大，提供給與壓力表指針連接的步進(jìn)電機(jī)Ml。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器由四個(gè)與非 門(mén)U3A、 U3B、 U3C、 U3D構(gòu)成，微控制器的輸出引腳45、 46、 59、 60分別對(duì)應(yīng) 與U3D、 U3C、 U3B、 U3A連接，各與非門(mén)的輸出端分別對(duì)應(yīng)與步進(jìn)電機(jī)的接線端1、 2、 3、 4連接,各與非門(mén)均采用MC74ACT08芯片。參照?qǐng)D1及圖7，微控制器的SPI輸出接口電連接一 V/I線性轉(zhuǎn)換器，將微 控制器輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)用于遠(yuǎn)程輸送。V/I線性轉(zhuǎn)換器包括D/A 轉(zhuǎn)換器U1、 一級(jí)運(yùn)算放大器U8B、第一晶體三極管Q5、 二級(jí)運(yùn)算放大器U8A以 及第二晶體三極管Q6。 D/A轉(zhuǎn)換器Ul與微控制器SPI接口連接，微控制器的SPI 接口為其引腳17、 25、 26、 29 ， D/A轉(zhuǎn)換器U4的引腳1、 2、 3、 4分別對(duì)應(yīng)與 微控制器的引腳25、 17、 29、 26連接，將微控制器SPI接口輸出的10位數(shù)字 信號(hào)轉(zhuǎn)化為0. 4V-2. OV的模擬電壓信號(hào)。D/A轉(zhuǎn)換器U1為一個(gè)IO位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，
D/A轉(zhuǎn)換器釆用TLC5615型芯片。D/A轉(zhuǎn)換器U4的引腳5與地連接；其引腳6 為反饋輸入端；其引腳8與VCC連接，以及通過(guò)電容C9與地連接；其引腳7通 過(guò)電阻R8與一級(jí)運(yùn)算放大器U8B的同相輸入引腳5連接。 一級(jí)運(yùn)算放大器U8B 反相輸入引腳6與第一晶體三極管Q5的發(fā)射極一并通過(guò)電阻R54與地連接，其 輸出引腳7與第一晶體三極管Q5的基極連接。第一晶體三極管Q5的集電極通過(guò)電阻R53與電源轉(zhuǎn)換器的輸出端VI連接， 也可以直接與汽車(chē)瓶池輸出端連接，電阻R53通過(guò)穩(wěn)壓二極管D18與VI連接。 第一晶體三極管Q5的集電極與二級(jí)運(yùn)算放大器U8A的同相輸入引腳連接；二級(jí) 運(yùn)算放大器U8A的反相輸入引腳與第二晶體三極管Q6的發(fā)射極一并通過(guò)電阻 R55與VI連接，二級(jí)運(yùn)算放大器U8A的輸出引腳1與第二晶體三極管Q6的基極 連接，第二晶體三極管Q6集電極與連接器H1連接。 一級(jí)運(yùn)算放大器U8B、第一 晶體三極管Q5以及電阻R54組成一個(gè)恒流負(fù)載，電流的大小由U8B的5腳電壓 控制。二級(jí)運(yùn)算放大器U8A的輸入電流極小，電阻R53流過(guò)的電流和R54上的 電流相等，電阻R53和R54的阻值相等，電阻R54兩端的電壓和R53兩端電壓 相等，此時(shí)電阻R54兩端的電壓和D/A轉(zhuǎn)換器Ul的輸出電壓相等，范圍為 0.4V-2V。由于運(yùn)放的特性，穩(wěn)定后的輸入的兩端電位相等，電阻R55的電壓和 R54兩端電壓相等，電阻R55兩端的電壓和D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓相等，電阻 R55的電壓受D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓控制，輸出電流I范圍為4-20mA (0. 4V/R55=4mA, 2. 0V/R55=20mA ),電流和電壓呈線性轉(zhuǎn)換關(guān)系。實(shí)現(xiàn)了電壓 和電流V-I的線性轉(zhuǎn)換，并通過(guò)連接器Hl輸出，輸出的4-20mA用于溫度信號(hào) 的遠(yuǎn)程傳輸并送到發(fā)動(dòng)機(jī)的其它單元作為這些單元的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)。使用時(shí)具 體連接方法為連接器HI的2腳與公共地連接，HI的1腳連接到其它部分的電 流輸入端。本實(shí)用新型的工作過(guò)程為壓力傳感器將感應(yīng)的壓力變化轉(zhuǎn)化為-5mV-50mV 電壓信號(hào)輸出，該信號(hào)通過(guò)運(yùn)算放大器U4A、 U4C、 U4D以及相關(guān)的外圍電阻電 容組成的放大器對(duì)傳感器的小信號(hào)進(jìn)行放大，并通過(guò)電壓基準(zhǔn)源提供遷移電壓 進(jìn)行電平遷移，使放大后的電壓信號(hào)在0V-5V之間，該信號(hào)由U4B、 R42、 R18 組成電壓跟隨器經(jīng)緩沖后，被送到微控制器引腳41 (ADIN),進(jìn)入微控制器內(nèi)部
的A/D轉(zhuǎn)換器。經(jīng)微控制器的A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入的模擬電壓進(jìn)行采樣量化，轉(zhuǎn) 換為整數(shù)值。并通過(guò)軟件算法， 一路轉(zhuǎn)換為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)波形，并通過(guò)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，送往步進(jìn)電機(jī)M1的線包，步進(jìn)電機(jī)M1帶動(dòng)指針旋轉(zhuǎn)，在線 性刻度盤(pán)上指示機(jī)油的壓力值。采樣得到的數(shù)據(jù)另一路通過(guò)微控制器的SPI接 口輸出10位數(shù)字信號(hào)，通過(guò)10位D/A轉(zhuǎn)換器U1(TLC5615)轉(zhuǎn)化為0. 4V-2. OV的 電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)一級(jí)運(yùn)算放大器U8B、第一晶體三極管Q5以及電阻R54 組成恒流負(fù)載轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，電流和電壓呈線性轉(zhuǎn)換關(guān)系，通過(guò)二級(jí)運(yùn)算放 大器U8A將該電流I放大為4-20mA ( 0. 4V/R55=4mA, 2. 0V/R55=20mA )，并通過(guò) 連接器HI輸出。輸出的4-20mA用于溫度信號(hào)的遠(yuǎn)程傳輸并送到發(fā)動(dòng)機(jī)的其它 單元作為這些單元的信號(hào)輸入。采用本實(shí)用新型對(duì)壓力表指針零點(diǎn)調(diào)整過(guò)程為將壓力傳感器與標(biāo)準(zhǔn)壓力 發(fā)生器連接，連接器J2的引腳1、 2分別與壓力傳感器的兩個(gè)輸出端連接，調(diào) 整標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器，使其輸出壓力為零；將H2的2腳(通過(guò)導(dǎo)線與微控制器引 腳11連接的過(guò)孔)用導(dǎo)線短接到地，孩i控制器立即對(duì)當(dāng)前零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓采樣， 作為壓力表的初始零點(diǎn)，以扣除零點(diǎn)的電壓偏差，通過(guò)微控制器內(nèi)部預(yù)置的程 序直接調(diào)零。采用本實(shí)用新型對(duì)壓力表指針滿度調(diào)整過(guò)程為將壓力傳感器與標(biāo)準(zhǔn)壓力 發(fā)生器連接，連接器J2的引腳1、 2分別與壓力傳感器的兩個(gè)輸出端連接，調(diào) 整標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器，使其輸出壓力為零，這時(shí)壓力傳感器檢測(cè)到的壓力值為零； 將H2的1腳(通過(guò)導(dǎo)線與微控制器引腳12連接的過(guò)孔)用導(dǎo)線短接到地，微 控制器立即對(duì)當(dāng)前零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓采樣，作為壓力表的初始零點(diǎn)，以扣除零點(diǎn) 的電壓偏差，通過(guò)孩t控制器內(nèi)部預(yù)置的程序直接調(diào)零。通過(guò)設(shè)置H2的引腳1、 2 組合，還可以通過(guò)微控制器內(nèi)預(yù)置的程序可進(jìn)行多點(diǎn)線性修正。方法和滿度、 零點(diǎn)的調(diào)試方法相同。雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本實(shí)用新型， 任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作 些許之更動(dòng)與改進(jìn)，因此本實(shí)用新型之保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1. 一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)油壓力表，包括微控制器以及壓力傳感器，壓力傳感器用于感應(yīng)機(jī)油的壓力變化并將該變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)出，其特征在于還包括與微控制器電連接的電源轉(zhuǎn)換器，電源轉(zhuǎn)換器將汽車(chē)電瓶的輸出電壓轉(zhuǎn)換為微控制器標(biāo)準(zhǔn)工作電壓輸出；以及電連接于壓力傳感器與微控制器之間的軌到軌信號(hào)處理器，軌到軌信號(hào)處理器將壓力傳感器發(fā)出的電壓信號(hào)實(shí)行電平遷移，并作放大后輸出到微控制器；以及電連接于軌到軌信號(hào)處理器與電源轉(zhuǎn)換器之間的基準(zhǔn)電壓源，該基準(zhǔn)電壓源為軌到軌信號(hào)處理器提供電平遷移的遷移電壓；以及與微控制器輸出端電連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將微控制器輸出的電信號(hào)放大后輸出到與壓力表指針連接的步進(jìn)電機(jī)；以及與微控制器的SPI輸出接口電連接一V/I線性轉(zhuǎn)換器，V/I線性轉(zhuǎn)換器將微控制器輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)用于遠(yuǎn)程輸送。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)油壓力表，其特征在于所述 軌到軌信號(hào)處理器由電平遷移放大電路以及與電平遷移放大電路電連接的電壓 跟隨器組成，其中電平遷移放大電路對(duì)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，并通過(guò)電 壓基準(zhǔn)源提供的電壓將上述放大的信號(hào)進(jìn)行電平遷移；電壓跟隨器用于對(duì)電平 遷移放大電路輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行緩沖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所迷的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)油壓力表，其特征在于所述 電平遷移放大電路包括運(yùn)算放大器U4A、 U4C、 U4D，運(yùn)算放大器U4A和U4D的同 相輸入引腳與連接壓力傳感器的連接器J2連接，運(yùn)算放大器U4A的反向輸入引 腳通過(guò)電阻R20、 R24與運(yùn)算放大器U4D的反相輸入引腳連接，電阻R22與電容 C21并聯(lián)在運(yùn)算放大器U4A輸出引腳與反相輸入引腳之間，運(yùn)算放大器U4A的輸 出引腳通過(guò)電阻R21與運(yùn)算放大器U4C反相輸入引腳連接；電阻R23與電容C25 并聯(lián)在運(yùn)算放大器U4D輸出引腳與反相輸入引腳之間，運(yùn)算放大器U4D輸出引 腳與電阻R25的一端連接，電阻R25的另一端分別與電壓基準(zhǔn)源和運(yùn)算放大器 U4C的同相輸入引腳10連接；電阻R19與電容C20并聯(lián)在運(yùn)算放大器U4C輸出引腳與其反相輸入引腳之間，運(yùn)算放大器U4C的輸出引腳與電壓跟隨器連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)油壓力表，其特征在于所述 電壓跟隨器包括運(yùn)算放大器U4B，運(yùn)算放大器U4B的信號(hào)輸出引腳7與反相輸入 引腳6之間連接一個(gè)電阻R18，運(yùn)算放大器U4B的同相輸入端通過(guò)電阻R42與電 平遷移放大電路輸出端連接，運(yùn)算放大器U4B通過(guò)電阻R40與微控制器連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)油壓力表，其特征在于所述 基準(zhǔn)電壓源中包含一個(gè)三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源IC3,該三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源的引腳 3與地連接，其引腳2通過(guò)限流電阻R28與電源轉(zhuǎn)換器連接，電阻R31、 R34串 接在三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源的引腳2、 3之間，三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源的電壓輸出引 腳1電連接在電阻R31與R34之間，基準(zhǔn)電壓源通過(guò)電阻R31 —端引出輸出電 壓V2，分壓電阻R30、 R33串4矣在電阻R31與地連4姿，電阻R30與電阻R33之間 連接一個(gè)用于與軌到軌信號(hào)處理器電連接的電阻R29。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)油壓力表，其特征在于所述 微控制器的引腳11及引腳12經(jīng)導(dǎo)線引出分別與電路板上設(shè)置的兩個(gè)用于零點(diǎn) 調(diào)整或滿度調(diào)整接口焊接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)油壓力表，其特征在于所述 V/I線性轉(zhuǎn)換器包括D/A轉(zhuǎn)換器U1、 一級(jí)運(yùn)算放大器U8B、第一晶體三極管Q5、 二級(jí)運(yùn)算放大器U8A以及第二晶體三極管Q6; D/A轉(zhuǎn)換器Ul與微控制器SPI接 口連接； 一級(jí)運(yùn)算放大器U8B的同相輸入引腳5通過(guò)電阻R8與D/A轉(zhuǎn)換器輸出 引腳7連接， 一級(jí)運(yùn)算放大器反相輸入引腳6與第一晶體三極管Q5的發(fā)射極一 并通過(guò)電阻R54與地連接，其輸出引腳7與第一晶體三極管Q5的基極連接；第 一晶體三極管Q5集電極通過(guò)電阻R53與穩(wěn)壓電源的輸出端VI連接，以及與二 級(jí)運(yùn)算放大器U8A的同相輸入引腳連接；二級(jí)運(yùn)算放大器U8A的反相輸入引腳 與第二晶體三極管Q6的發(fā)射極一并通過(guò)電阻R55與穩(wěn)壓電源的輸出端VI連接， 二級(jí)運(yùn)算放大器U8A的輸出引腳1與第二晶體三極管Q6的基極連接，第二晶體 三極管Q6的集電極與連接器Hl連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)油壓力表，包括與微控制器電連接的電源轉(zhuǎn)換器，以及電連接于壓力傳感器與微控制器之間的軌到軌信號(hào)處理器，軌到軌信號(hào)處理器將壓力傳感器發(fā)出的電壓信號(hào)實(shí)行電平遷移，并作放大后輸出到微控制器；電連接于軌到軌信號(hào)處理器與電源轉(zhuǎn)換器之間的基準(zhǔn)電壓源，該基準(zhǔn)電壓源為軌到軌信號(hào)處理器提供電平遷移的遷移電壓；以及與微控制器輸出端電連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；以及與微控制器的SPI輸出接口電連接一V/I線性轉(zhuǎn)換器；本實(shí)用新型采用單電源對(duì)電路供電，并使輸入微控制器的采樣信號(hào)幅度提高，電路能保證該采樣信號(hào)的線性度，同時(shí)本實(shí)用新型具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低、重復(fù)性好、線性度高以及可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F01M1/20GK201080839SQ20072012524
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月18日
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