CN104457810A - 一种双显示千分仪表及其指针显示的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双显示千分仪表及其指针显示的控制方法，所述双显示千分仪表包括：传感器模块、A/D转换芯片模块、微处理器控制模块、液晶显示模块以及指针显示模块；所述指针显示模块包括指针驱动模块、角度传感器模块以及指针模块。该双显示千分仪表能够将传感器输出的4-20mA电信号，通过A/D转换芯片转化为指针显示和液晶显示；同时，角度传感器与微处理控制模块以及指针驱动模块形成闭环设计，通过角度传感器向微处理器实时反馈指针位置，并通过指针驱动模块调整指针正确指示位置，防止出现指针丢步或是指针超出量程等情况。本发明的有益效果在于数字显示确保了精确测量且操作灵活，模拟显示确保了在临界状态下的准确显示且简单易读。

Description

一种双显示千分仪表及其指针显示的控制方法

技术领域

本发明涉及仪器仪表领域，特别是涉及一种改进型双显示千分仪表及其指针显示的控制方法。

背景技术

在工业控制中，操作人员获取的显示信息绝大多数依靠视觉，显示仪表一般指将所测取的信号变换成便于人们能够观察的显示信息的装置。显示仪表直接接收检测元件及变送器或传感器的输出信号，连续地显示，记录生产过程中各个被测参数的变化情况。按照显示方式的不同，显示仪表一般是把温度、压力、流量、物位和机械量等传感器送来的检测量用指针或者数字指示出来。仪表的显示形式主要由两种，一种为指针式，另一种为数字式，它们各有优缺点。指针式表头对被指示参数的变化趋势一目了然，但是它的抗震能力较差，机械惯性大，对参数的较快变化无力反应，读数不精确；数字式表头虽然读数直观、精确，但是它却不能显示参数的变化趋势，特别是在工业现场多参数，多表头显示时，更难辨明哪些参数在增加，哪些参数在减小。基于二者各自的优缺点，技术人员也尝试过将两种显示方式合二为一，但是由于驱动指针的电机和液晶显示的A/D转换芯片会相互干扰，所以很难做到双显示。而且，即使能够实现双显示功能，对于指针的位置也无法做到实时掌控，只是通过单片机发送脉冲信号驱动指针，一个脉冲信号走一步，通过计步器来确定指针的位置。但是这种方法实际只是记录了单片机发出了多少脉冲，一旦运行时出现意外，就容易出现指针丢步或者超出量程之外的情况，指针所指的刻度就不对或者指针无法回到零点。

发明内容

本发明提供了一种双显示千分仪表及其指针显示的控制方法，能够解决上述现有技术中存在的无法实现双显示和指针丢步或超出量程等缺陷。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种双显示千分仪表，包括：传感器模块、A/D转换芯片模块、微处理器控制模块、液晶显示模块和指针显示模块；所述传感器模块与A/D转换芯片模块连接，A/D转换芯片模块与微处理器控制模块连接；所述液晶显示模块以及所述指针显示模块分别与所述微处理控制模块连接；且所述指针显示模块包括指针驱动模块、角度传感器模块和指针模块，所述指针模块与所述指针驱动模块连接，所述指针驱动模块与所述微处理器控制模块连接，且所述角度传感器模块与所述指针驱动模块连接在一起。

进一步的，还包括LED灯带模块，所述LED灯带模块包括LED灯与开关按键，且LED灯与开关按键都连接在微处理器控制模块上。

进一步的，所述液晶显示模块包括液晶屏模块和功能按键模块；所述液晶屏模块与微处理器控制模块连接；所述功能按键模块与微处理器控制模块连接。

同时，本发明双显示数字千分仪表的外部供电电压为24V；且所述控制芯片的供电电压为5V。

进一步的，所述角度传感器模块与指针驱动模块同轴安装；且角度传感器是360度全监测，从0度到360度对应的电压信号为0.5V到4.5V。

一种双显示千分仪表指针显示的控制方法，包括以下步骤：

角度传感器实时反馈指针位置，并将位置信息发送给微处理器控制模块；

微处理器控制模块将所述位置信息与该时刻的实测信息比较，得到补偿值，并将补偿值发送到指针驱动模块；

指针驱动模块根据补偿值驱动指针运动到指定位置。

本发明双显示千分仪表能够将传感器输出的4-20mA电信号，通过A/D转换芯片转化为指针显示和液晶显示；同时，角度传感器与微处理控制模块以及指针驱动模块形成闭环设计，通过角度传感器向微处理器实时反馈指针位置，并通过指针驱动模块调整指针正确指示位置，防止出现指针丢步或是指针超出量程等情况。本发明的有益效果在于数字显示确保了精确测量且操作灵活，模拟显示确保了在临界状态下的准确显示且简单易读。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明；

图1为本发明实施例中双显示千分仪表的控制原理图；

图2为本发明实施例中提供的双显示数字千分仪表的机械剖面图；

图3为本发明实施例中提供的双显示数字千分仪表的总装图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

目前，市场上现有的仪表大都是只有指针显示或者只有液晶显示，主要是由于指针显示中驱动指针的电机和液晶显示中的A/D转换芯片会相互干扰，很难做到双显示。市场上也出现过一些指针和数字双显示的显示仪表，但是无法对指针的位置实时掌控，而且在实用过程中有指针控制不住的问题，还有指针超出量程或者回不到零点的情况存在。

本发明为一种双显示千分仪表，能够将输入的4-20mA电信号转化为指针刻度显示和液晶显示屏数字显示，针对实际的测量值，指针和液晶屏的显示值一致且同步变化。如图1所示，为本发明实施例中双显示千分仪表101的控制原理图，包括：传感器模块102、A/D转换芯片模块103、微处理器控制模块104、液晶显示模块105以及指针显示模块106；所述传感器模块102与A/D转换芯片模块103连接，A/D转换芯片模块103与微处理器控制模块104连接；液晶显示模块105以及指针显示模块106都与微处理控制模块104连接；且所述指针显示模块106包括指针驱动模块109、角度传感器模块110以及指针模块111，所述指针模块111与指针驱动模块109连接，指针驱动模块109与微处理器控制模块104连接，且所述角度传感器模块110与指针驱动模块109连接在一起；所述液晶显示模块105包括液晶屏模块107和功能按键模块108；所述液晶屏模块107与微处理器控制模块104连接；所述功能按键模块108与微处理器控制模块104连接。

本发明所解决的技术难题主要通过以下以技术方案实现：首先，用于模数转换的A/D转换芯片103的精度直接决定数字显示的稳定性，在本实施例中，选取ADS1232作为接收传感器信号，转换为数字信号传输给微处理器控制模块104；而且模数转换的精度又取决于电源的干净程度，因此供电电源后端的滤波电路非常重要，要能抗电磁干扰，尽量的过滤掉电源输入的纹波。其次当指针驱动模块109驱动指针111转动时，指针驱动模块109会对模数转换精度造成影响，导致液晶显示的数字跳变，因此要对电机驱动的命令做一个延时，即先在液晶屏模块107上显示实时测量的数值，然后驱动指针走到相应的刻度(由于液晶屏的数值变化可以很快，所以这个延时肉眼感觉不出来，但是能解决电机干扰的问题)。该***的工作过程如下：

仪表的输入的信号是4-20mA的电流信号，我们在A/D转换芯片103的引脚上并接一个高精度采样电阻，这样电流变化能转化成电压变化，并由A/D转换芯片103采集转化为数字信号传递给单片机。然后我们在程序里做了一个循环，单片机取10个采样数值取平均然后经过换算后显示在液晶屏模块107上，液晶屏显示数值稳定之后再将数字信号转化为指针所需偏转的角度来驱动电机运行，等待指针走到位之后(表针是否走到位有角度传感器110监测)，微处理器控制模块104再进行采样，再进行如上的流程。这样液晶屏模块107和指针驱动模块109运行是分开工作的，微处理器控制模块104从采样到液晶显示是瞬间完成的，而指针驱动模块109运转到完成一般所花费的时间也是毫秒级的，因此不影响正常使用，也能保证液晶显示数值的稳定性。

现有技术中的指针显示模块106的设计，在仪表使用过程中有指针控制不住的问题，就是使用过一段时间后，指针的指向与实际值比会有一定程度上的偏移，甚至还有超出量程回不到零点的情况。这是由于指针显示模块的设计是开环设计，也就是只能给驱动表针的电机发脉冲，默认发20个脉冲就是电机转动20步，但是实际电机走了多少步没有一个实时反馈，所以表针的运行状态是不可控的。

对于双显示千分仪表中的指针显示模块，本发明引入了角度传感器110，并且角度传感器110与微处理控制模块104以及指针驱动模块109形成闭环设计，角度传感器110与指针驱动模块109是同轴的，这样表针走了多少度，我们的角度传感器110能实时感知并将信号反馈给微处理器控制模块104；通过角度传感器110向微处理器控制模块104实时反馈指针111位置，并通过指针驱动模块109调整指针111正确指示位置，防止出现指针丢步或者指针超出量程等情况。

关于指针显示模块的具体工作过程如下所述：

首先，角度传感器110实时反馈指针111位置，并将位置信息发送给微处理器控制模块104；

其次，微处理器控制模块104将所述位置信息与该时刻的实测信息比较，得到补偿值，并将补偿值发送到指针驱动模块109。这里所说的实测信息，可以通过本发明双显示千分仪表中液晶屏模块107中读出；因此，这就要求液晶屏显示精度和稳定性要有保证。因此，上述电源滤波电路以及对指针驱动模块所做的延时对指针显示也有重要作用。

最后，指针驱动模块109根据补偿值驱动指针运动到指定位置。

通过上述闭环控制，可以实现对指针位置的实时掌控，能够更加准确的实时显示当前仪表数值。需要说明的是：

角度传感器是360°全监测的，0°到360°的角度变化对应0.5V到4.5V的电压信号输出，指针是安装在驱动电机的转动轴上，转动轴的底部嵌入了一个磁铁，通过这个磁铁与角度传感器相互作用(霍尔效应)来确定轴转了多少度，对应的，也就得到了指针转动多少度。所以指针指向不同的位置时，角度传感器110反馈给微处理器控制模块104的反馈电压不一样，而仪表根据外部4-20mA的信号转换计算后得出一个指针所应该走到的位置(在微处理器的程序里就是一个数值)，然后将该数值与微处理器获得的反馈电压换算后的数值进行比较，如果比反馈电压换算的数值小则继续向右偏转，如果比反馈电压换算的数值大则继续向左偏转，当两者一样时说明表针走到位了。

此外，考虑到夜间使用，本发明双显示千分仪表内侧还包括LED灯带模块112，所述LED灯带模块112包括一排LED灯113与开关按键114，且LED灯113与开关按键114都连接在微处理器控制模块上104，按下开关按键，LED灯113就会亮起，方便用户夜间使用。

图2为本发明实施例中提供的双显示数字千分仪表的机械剖面图；包括：上盖1，表体2,表盖3，表盘4，主板5，支撑盘6，指针驱动模块7，角度传感器8，磁铁安装柱9，软条灯带10，内六角盘头螺钉11，不锈钢螺柱12、13、14，内六角盘头螺钉15、16，连接器17、18、19，磁铁20，底板21，绝缘板22。

图3为本发明实施例中提供的双显示数字千分仪表的总装图；包括：指针23，液晶屏模块24，功能按键模块25，内六角盘头螺钉26、27、28。

上面结合附图对本发明作了详细说明，但是本发明并不仅限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种双显示千分仪表，其特征在于，包括：传感器模块、A/D转换芯片模块、微处理器控制模块、液晶显示模块和指针显示模块；所述传感器模块与A/D转换芯片模块连接，A/D转换芯片模块与微处理器控制模块连接；所述液晶显示模块以及所述指针显示模块分别与所述微处理控制模块连接；且所述指针显示模块包括指针驱动模块、角度传感器模块和指针模块，所述指针模块与所述指针驱动模块连接，所述指针驱动模块与所述微处理器控制模块连接，且所述角度传感器模块与所述指针驱动模块连接在一起。

2.根据权利要求1所述的双显示千分仪表，其特征在于，还包括LED灯带模块，所述LED灯带模块包括LED灯与开关按键，且LED灯与开关按键都连接在微处理器控制模块上。

3.根据权利要求1所述的双显示千分仪表，其特征在于，所述液晶显示模块包括液晶屏模块和功能按键模块；所述液晶屏模块与微处理器控制模块连接；所述功能按键模块与微处理器控制模块连接。

4.根据权利要求3所述的双显示千分仪表，其特征在于，千分仪表的外部供电电压为24V；且所述控制芯片的供电电压为5V。

5.根据权利要求1所述的双显示千分仪表，其特征在于，所述角度传感器模块与指针驱动模块同轴安装；

角度传感器是360度全监测，从0度到360度对应的电压信号为0.5V到4.5V。

6.一种双显示千分仪表指针显示的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

角度传感器实时反馈指针位置，并将位置信息发送给微处理器控制模块；

微处理器控制模块将所述位置信息与该时刻的实测信息比较，得到补偿值，并将补偿值发送到指针驱动模块；

指针驱动模块根据补偿值驱动指针运动到指定位置。