專利名稱：步進電機驅動的液位表的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種檢測汽車發動機油箱油量的液位表，具體涉及一種步 進電才幾驅動的液^f立表。
技術背景目前，汽車發動機的油箱油量的液位指示一般采用十字線圈驅動指針的液位表，或者LED顯示的儀表。這些儀表主要有以下確定l.LED顯示的儀表不符 合使用者已經形成的習慣，很多發動機廠商不采用LED顯示的儀表。2.十字線 圏采用游絲作為阻尼和回零，由于游絲具有典型的非線性，使所指示液位值在 刻度盤上為非線性，該非線性修正困難，導致液位表整體線性度差。并由于十 字線圈驅動指針的液位表的刻度線采用非線性刻度來適應其非線性特性，不適 合人們的線性思維方式；且液位表通過十字線圏的游絲驅動指針復位，由于游 絲作往復運動，會降低其彈性和使用壽命，最終導致整個儀表使用壽命短，在 惡劣的發動機環境下其壽命更短。此外，以上兩種液位表的液位傳感器需進行 分段線性調整(即零點、半滿度和滿度調整)對液位表進行校正，調整時一般 采用電位器手動進行調試，這種方式需要反復調試才能達到相應的精度要求， 調試過程非常麻煩，調試精度和重復性也較差；而且調試時間一般大于30分鐘 /臺，隨著時間的推移參數發生變化，容易導致零點和滿度飄移，以及線性度發 生變化。 發明內容本實用新型的目的在于，提供一種步進電機驅動的液位表，它整體線性度 以及穩定性好，分^:線性調整方法簡單，并且具有數據遠程傳輸能力。本實用新型的目的是這樣來實現的 一種步進電機驅動的液位表，包括電 控模塊、以及用于檢測發動機油箱油量的液位變化并將該變化轉換為電信號發 出的液位傳感器，還包括與液位傳感器電連接的基準電壓模塊，該基準電壓模塊為液位傳感器提供穩定可靠的工作電壓；以及電連接于電控模塊與液位傳感 器之間的信號放大整形模塊，將液位傳感器輸出的信號經放大整形以符合電控 模塊采樣要求；以及與電控模塊輸出端電連接的電機驅動模塊，用于將電控模 塊輸出的電信號放大后輸出到與液位表指針連接的步進電機；以及一用于將電 控模塊輸出的電壓信號作遠程傳輸的信號轉換模塊，信號轉換模塊與電控模塊 的SPI輸出接口電連接；電控模塊的11腳及12腳經導線引出分別與電路板上 設置的兩個用于滿度調整或零點調整接口焊接。采用了上述方案，與液位傳感器電連接的基準電壓才莫塊中包含一個三端可 調分流基準源，該三端可調分流基準源具有良好的熱穩定性能以及去耦性能， 可為液位傳感器提供穩定可靠的工作電壓，加強電路穩定性。電連接于電控模 塊與液位傳感器之間的信號放大整形模塊，信號放大整形模塊中一級運算放大 器信號輸出引腳通過反饋電阻與其電阻一端連接，通過該電阻能夠對傳感器輸 出信號自動進行線性修正，以減小傳感器輸出電壓在工作范圍內相對于理想擬 合直線的偏差，使液位表的線性度可以提高到0. 2%以內。電控模塊的11腳及12腳經導線引出分別與電路板上設置的兩個用于滿度 調整或零點調整接口焊接，由于液位傳感器表現為電阻變化，采用標準電阻箱 代替電位器，將輸入端與標準電阻箱(精度為0. Ol歐姆)連接，由電控模塊對 當前零點或滿度對應的電壓采樣，通過電控模塊內部預置的程序自動修正，實 現零點、半滿度和滿度的分段線性調整。本新用新型分段線性調整簡單，零點 或半滿度或滿度調整時間均小于2分鐘，并還可以減少人工操作時間和元件的 參數不一致帶來的誤差，能夠確保調整精度。信號轉換模塊與電控模塊的SPI輸出接口電連接，可將電控模塊輸出的信 號放大，該輸出電壓信號作為遠程傳輸到發動機其它單元的輸入信號。
以下結合附圖及具體實施方式
對本實用新型作進一步說明。
圖1為本實用新型步進電機驅動的液位表的電路框圖；圖2為本實用新型優選實施例的電源模塊的具體電路結構圖；圖3為本實用新型優選實施例的表盤背光指示模塊的具體電路結構圖； 圖4為本實用新型優選實施例的基準電壓模塊的具體電路結構圖； 圖5為本實用新型優選實施例的液位傳感器與信號放大整形模塊連接的具 體電路結構圖；圖6為本實用新型優選實施例的電機驅動模塊與電控模塊連接的具體電路 結構圖；圖7為本實用新型優選實施例的信號轉換模塊的具體電路結構圖。
具體實施方式
參照圖l至圖7，本實用新型的步進電機驅動的液位表，包括電控模塊、以 及用于檢測發動機油箱油量的液位變化并將該變化轉換為電信號發出的液位傳 感器，與液位傳感器電連接的基準電壓模塊，該基準電壓模塊為液位傳感器提 供穩定可靠的工作電壓；以及電連接于電控模塊與液位傳感器之間的信號放大 整形模塊，將液位傳感器輸出的信號經放大整形以符合電控模塊采樣要求；以 及與電控模塊輸出端電連接的電機驅動模塊，用于將電控模塊輸出的電信號放 大后輸出到與液位表指針連接的步進電機；以及一用于將電控模塊輸出的電壓 信號作遠程傳輸的信號轉換模塊，信號轉換模塊與電控模塊的SPI輸出接口電 連接；電控模塊的11腳及12腳經導線引出分別與電路板上設置的兩個用于滿 度調整或零點調整接口焊接。參照圖1及圖2，汽車蓄電池的輸出電壓VBAT直接與電源模塊連接，VBAT 的電壓值為12V。電源模塊為一個三端式可調集成穩壓器IC5, IC5采用 MC78M05BDT型芯片。VBAT通過二極管Dl與IC5的輸入引腳1連接，通過二極 管Dl的單向電性，可防止電源接反后燒毀儀表。二極管Dl的陰極引出一 12V 的電壓V1。濾波電容C3、 C4并聯在IC5的引腳1與地之間，以保證電路在受到 脈沖干擾仍時能使IC5輸出穩定電壓。IC5的引腳4與地連接。汽車蓄電池的輸 出電壓VBAT經IC5處理后，從IC5的引腳3輸出一個5V的穩定電壓VCC。電解 電容Cl及C2連接在三端式可調集成穩壓器IC5的引腳3與地之間，電解電容 C1及C2用于儲能，當電源斷電后，可以保證電控模塊保存相應數據和步進電機復位時所需要的能量，使得停電后有足夠的能量使步進電機驅動壓力表指針回 到零刻度。電源模塊通過輸出支路分別與電控模塊、信號放大整形模塊、表盤 背光指示模塊、電機驅動模塊以及信號轉換模塊連接，分別向各電路單元提供 所需電源。參照圖l及圖3，液位表的表盤背光指示電路由并聯的三條并聯的支路組成， 支路一由電阻R1串聯發光二極管D2、 D3構成，支路二由電阻R2串聯發光二極 管D5、 D6構成，支路三由電阻R3串聯發光二極管D7、 D8構成。各發光二極管 以均布形式安裝在表盤上，電阻R1、 R2、 R3為各自所在支路起限流作用。表盤 背光指示電路一端通過二極管D4與地連接，另一端與VBAT連接。參照圖1、圖4，與液位傳感器電連接的基準電壓模塊，該基準電壓模塊為 液位傳感器提供穩定可靠的工作電壓。基準電壓模塊中包含一個三端可調分流 基準源IC3,其采用TL431ALCP型芯片，該種芯片內部含有一個Vref ( 2. 5V ) 的基準電壓。三端可調分流基準源的引腳2通過限流電阻R16與電源VI連接， 電阻R16起限制電流的作用，最大電流為(12V-5V) /0. 82K=9mA; IC3的引腳3 與地連接，引腳2通過串聯的兩個電阻R21、 R29與引腳3連接，其反饋輸入引 腳1通過電阻R29與地連接。由于三端可調分流基準源IC3從其引腳1引入輸 出反饋，其可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流，控制輸出電壓，其輸出電 壓V2=(l+R21/R29) Vref。選擇不同的R29和R21的值可以;得到/人2. 5V到36V范 圍內的電壓輸出，本實用新型中的電阻R29與R21相等，使V2-5V。參照圖l及圖5，電連接于電控模塊與液位傳感器之間的信號放大整形模塊， 將液位傳感器輸出的信號經放大整形以符合電控模塊采樣要求。液位傳感器采 用壓力式液位傳感器，液位傳感器將檢測到的發動^L油箱油量的液位變化轉換 為電信號發出。液位傳感器通過連接器JP2與電阻R25、 R26、 R36連接，組成 三線制測量路將發動機油箱油量的液位變化的信號輸出，液位傳感器連接到JP2 的1、 4腳之間，并把JP2的1、 3腳短接，這樣可以去除導線電阻帶來的零點 誤差。電阻R25和R26的阻值遠大于R36和傳感器的阻值，為傳感器提供大約 lmA的電流，該穩定的電流將電阻的變化轉換為電壓。連接器JP2的引腳2與V2連接，即液位傳感器的工作電壓由基準電壓模塊輸出的V2供電。信號放大整 形模塊包括一級運算放大器U6A以及二級運算放大器U6B, —級運算放大器的同 相輸入引腳3及反相輸入引腳2分別通過電阻R30、 R33與液位傳感器輸出端連 接， 一級運算放大器信號輸出引腳1通過反饋電阻R22與電阻R30 —端連接， 一級運算放大器信號輸出引腳通過電阻R31與二級運算放大器的同相輸入引腳5 連接，二級運算放大器反向輸入引腳6通過電阻R41與地連接，二級運算放大 器輸出引腳7通過電阻R32與電控模塊的引腳41連接。參照圖1及圖6，與電控模塊U4輸出端電連接的電機驅動模塊，用于將電 控模塊輸出的電信號放大后輸出到與液位表指針連接的步進電機。電控模塊U4 采用68HC908LJ12型芯片，電控模塊的11腳及12腳經導線引出分別與電路板 上設置的兩個用于滿度調整或零點調整接口 H2焊接，H2在電路板上為兩個孔。 電控模塊的引腳27、 31、 38分別對應與連接器JP1的Cl、 IR、 Al引腳連接， 其引腳32、 37、 39、 52分別對應與連接器JP1的RE、 AO、 A2、 OS引腳連接。 電控模塊接收到放大整形模塊的電壓信號后，通過其內部的A/D轉換器為將該 信號轉換為數字信號，由于步進電機M1的運行時需要較大電流，電控模塊無法 直接驅動步進電機，因此，電控模塊通過電機驅動模塊與步進電機連接，通過 電機驅動模塊將電控模塊輸出的電流放大，提供與液位表盤指針連接的步進電 機，步進電機驅動指針轉動以指示當前油箱油量的液位情況。電機驅動模塊由 四個與非門U3A、 U3B、 U3C、 U3D構成,各與非門均采用MC74ACT08芯片。與非 門U3A、 U3B、 U3C、 U3D的輸入端分別對應與電控模塊的引腳59、 58、 46、 45 連接，輸出端分別對應與步進電機的接線端4、 1、 2、 3連接。參照圖l及圖7,用于將電控模塊輸出的電壓信號作遠程傳輸的信號轉換模 塊，信號轉換模塊與電控模塊的SPI輸出接口電連接。信號轉換模塊包括與電 控模塊SPI輸出接口連接的DM轉換器Ul以及運算放大器U2A。電控模塊Ul的 SPI接口由其引腳25、 17、 29、 26組成，D/A轉換器Ul的引腳1、 2、 3、 4分 別對應與電控模塊的引腳25、 17、 29、 26連接。D/A轉換器Ul為一個10位數 模轉換器，其將電控模塊的SPI接口輸出的IO位數字信號轉化為0. 4V-2. 0V的電壓信號。D/A轉換器U1采用TLC5615型芯片，D/A轉換器Ul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，其引腳7通過電阻R5與運 算放大器U2A的同相輸入引腳3連接。運算放大器U2A的同相輸入引腳還通過 電容C10與地連4^，其反相輸入引腳2通過電阻R9與地連接，其輸出引腳l通 過并聯在一起的電阻RIO、 C17與反相輸入引腳2連接，運算放大器U2A的放大 倍數為l+R10/R9，其中電阻R9為10K, R10為15K,因此，運算放大器U2A的 放大倍為2. 5倍。運算放大器U2A的輸出引腳1與連接器Hl連接，通過連接器 Hl將電壓信號分為多路遠程輸出。本實用新型的液位表采用分段線性調整，即分為零點調整、半滿度調整以 及滿度調整三個過程。其中本實用新型對液位表進行零點調整的過程為把輸 入端(連接器JP2的1、 4端)與標準電阻箱(精度為0. 01歐姆)連接，調整 電阻箱的值，使其數值大小為零點時對應的電阻值，將接口 H2的2腳(H2的2 腳為通過導線與電控模塊引腳11連接的過孔)用導線短接到地，電控模塊立即 對當前零點對應的電壓采樣，作為液位表的初始零點，以扣除零點的電壓偏差，以對零點自動進行調整。本實用新型對液位表進行半滿度校正的過程為將輸入端(JP2的1、 4端) 標準電阻箱(精度為0.01歐姆)連接，調整電阻箱的值，使其數值大小為半滿 度時對應的電阻值；將連接器JP1的AO腳(連接器JP1的AO引腳在電路板板 上表現為過孔)與地連接，電控模塊立即采集對當前半滿度對應的電壓采樣， 采樣信號通過電控^t塊內部預置的程序，以對半滿度的電壓偏差自動進行修正。本實用新型對液位表進行滿度調整的過程為把輸入端(連接器JP2的1、 4端)與標準電阻箱(精度為0.01歐姆)連接，調整電阻箱的值，使其數值大 小為滿度時對應的電阻值；將接口 H2的1腳(H2的1腳為通過導線與電控模塊 引腳12連接的過孔)用導線短接到地，電控模塊立即對當前滿度對應的電壓采 樣，作為液位表的滿度，電控模塊通過其內部預置程序運算時，把此電壓作為 最高點電壓，以對滿度自動進行調整。本實用新型工作時，液位傳感器將檢測發動機油箱油量的液位變化轉換為電壓信號發出，該電壓信號通過信號放大整形模塊的一級運算放大器U6A構成 的差分放大電路，將電壓信號放大到IV左右；再通過二級運算放大器U6B構 成的放大電路放大3倍，得到0-5V范圍內的電壓信號。二級運算放大器U6B通 過限流電阻R32將電壓信號送到電控才莫塊U4的引腳41 (ADIN端)。該電壓信號 首先被送到電控模塊U4內部的A/D轉換器，對輸入的模擬電壓進行采樣量化， 釆樣得到的數據通過軟件算法轉化為步進電機的數字信號，通過各輸出引腳分 別送往電機驅動模塊和信號轉換模塊。其中電機驅動模塊對上述電控模塊輸出 的數字信號進行放大，并輸出到步進電機M1的線包，步進電機M1帶動液位表 表盤上的指針旋轉，在線性刻度盤上指示當前發動^L油箱油量的液位。信號轉 換模塊通過D/A轉換器將電控模塊輸出數字信號轉換成0. 4V—2V的模擬電壓信 號，并通過運算放大器U2A將模擬電壓信號放大為1 V—5 V的電壓信號輸出， 該輸出電壓信號作為遠程傳輸到發動機其它單元的輸入信號。 本實用新型用于某部隊的軍用加油車上，實現了發動^L油箱的油位數據的遠程 傳輸和液位線性指示，并一次性通過相應的軍用試驗，滿足其野外作業的高可 靠性。該溫度儀表的線性度高于某部的參數要求，輸出1V-5V在用于PLC對其 進行采集精度完全滿足要求，傳輸的數據穩定可靠。
權利要求1.一種步進電機驅動的液位表，包括電控模塊、以及用于檢測發動機油箱油量的液位變化并將該變化轉換為電信號發出的液位傳感器，其特征在于還包括與液位傳感器電連接的基準電壓模塊，該基準電壓模塊為液位傳感器提供穩定可靠的工作電壓；以及電連接于電控模塊與液位傳感器之間的信號放大整形模塊，將液位傳感器輸出的信號經放大整形以符合電控模塊采樣要求；以及與電控模塊輸出端電連接的電機驅動模塊，用于將電控模塊輸出的電信號放大后輸出到與液位表指針連接的步進電機；以及一用于將電控模塊輸出的電壓信號作遠程傳輸的信號轉換模塊，信號轉換模塊與電控模塊的SPI輸出接口電連接；電控模塊的11腳及12腳經導線引出分別與電路板上設置的兩個用于滿度調整或零點調整接口焊接。
2. 根據權利要求1所述的步進電機驅動的液位表，其特征在于所述基準 電壓模塊中包含一個三端可調分流基準源IC3,該三端可調分流基準源引腳2通 過限流電阻R16與電源連接，其引腳3與地連接，引腳2通過串聯的兩個電阻 R21、 R29與引腳3連接，其反饋輸入引腳1通過電阻R29與地連接。
3. 根據權利要求1所述的步進電機驅動的液位表，其特征在于所述信號 放大整形模塊包括一級運算放大器U6A以及二級運算放大器U6B， 一級運算放大 器的同相輸入引腳3及反相輸入引腳2分別通過電阻R30、 R33與液位傳感器輸 出端連接， 一級運算放大器信號輸出引腳1通過反饋電阻R22與電阻R30 —端 連接， 一級運算放大器信號輸出引腳通過電阻R31與二級運算放大器的同相輸 入引腳5連接，二級運算放大器反向輸入引腳6通過電阻R41與地連接，二級 運算放大器輸出引腳7通過電阻R32與電控模塊的引腳41連接。
4. 根據權利要求1所述的步進電機驅動的液位表，其特征在于電機驅動 才莫塊包括四個與非門U3A、 U3B、 U3C、 U3D,與非門U3A、 U3B、 U3C、 U3D的輸入 端分別對應與電控模塊的引腳59、 58、 46、 45連接，各與非門均采用MC74ACT08 芯片。5.根據權利要求1所述的步進電機驅動的液位表，其特征在于所述的信 號轉換模塊包括與電控模塊SPI輸出接口連接的D/A轉換器Ul以及運算放大器 U2A，運算放大器U2A的同相輸入引腳3通過電阻R5與D/A轉換器輸出引腳7 連接，其同相輸入引腳還通過電容C10與地連接，其反相輸入引腳2通過電阻 R9與地連接，其輸出引腳1通過并聯在一起的電阻RIO、 C17與其反相輸入引腳 2連接。
專利摘要本實用新型公開了一種步進電機驅動的液位表，包括與液位傳感器電連接的基準電壓模塊，為液位傳感器提供穩定可靠的工作電壓；電連接于電控模塊與液位傳感器之間的信號放大整形模塊，將液位傳感器輸出的信號經放大整形以符合電控模塊采樣要求；與電控模塊輸出端電連接的電機驅動模塊，用于將電控模塊輸出的電信號放大后輸出到與液位表指針連接的步進電機；一用于將電控模塊輸出的電壓信號作遠程傳輸的信號轉換模塊，信號轉換模塊與電控模塊的SPI輸出接口電連接；電控模塊的11腳及12腳經導線引出分別與電路板上設置的兩個用于滿度調整或零點調整接口焊接。本實用新型整體線性度以及穩定性好，分段線性調整方法簡單，具有數據遠程傳輸能力。
文檔編號G01F23/24GK201083517SQ20072012524
公開日2008年7月9日 申請日期2007年9月18日 優先權日2007年9月18日
發明者進 劉, 強 袁, 鄧定春 申請人:重慶川儀總廠有限公司