专利名称：具有指针与液晶双重显示的复合式表头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有指针与液晶双重显示的复合式表头，该复合式表头是利用微型步进马达带动齿轮组而具有指针及液晶双重显示功能，由微处理器通过测量介面将测量值数字化，然后经由计算，并控制步进马达及液晶显示器，以达到线性(指针)及数字(液晶显示)同步显示的效果。
由于上述传统指针表设计，因其直线性准确度等受到表芯的限制，精密度都很差，故长久以来一直无法突破；若要与数字表结合一起提供同步显示，则两者指示无法统合一致从而造成同一测量数值却出现两种不同指示数值的困扰，因此目前市面上尚未见可同时包括指针与液晶双重显示的复合式表头或其类似商品。
发明内容
本实用新型的主要目的在于提供一种具有指针与液晶双重显示的复合式表头，其可突破以往指针式表芯的设计方式，并且配合液晶显示，以弥补指针表头细微读值偏差的缺点，因此本实用新型至少具有以下三项特色(1)使用微处理机，通过测量电路，并将测量值数字化，同时控制步进马达表芯及液晶显示器。
(2)利用步进式马达表芯，取代传统的动圈式表芯，也就是用数字化所控制的指针模拟线性指针表现方式，因此可达到高准确度(0.5％内)，高直线性(0.5％内)，超广角度(可达360°)及提升其耐震能力(针振小)。
(3)使用液晶同步显示测量值，其显示不但能和指针刻度吻合，弥补指针表在细微读值偏差外。并且附加有上、下限设定及状态显示等作用，延伸表头的使用范围。
本实用新型的构成及其他作用、目的详细说明如下本实用新型的具有指针与液晶双重显示的复合式表头，主要是利用微型步进马达带动齿轮组而具有指针及液晶双重显示功能，是在微处理器的控制下，首先微处理器通过测量电路测量出待测试的电量后，将该测量值转换成数字信号，并经过计算后，由处理器以两种方式来指示其测量值，一种是控制微型步进马达的步进级数(STEP数)，即控制步进马达的齿轮组旋转轴心的旋转角度，而该旋转轴心上的指针，配合表头刻度盘，便可指示出测量的数值，在这同时，微处理器亦将其测量值送到液晶显示器(LCD)，以数字同步显示其测量值。
图2为本实用新型电源部分电路组成的实施例图。
图3为本实用新型测量转换电路组成的实施例图。
图4为本实用新型微处理器及LCD指示电路实施例图。
上述指针的本体呈粗大形状，而指针尾端则可呈尖细状，其中心是一小圆点，所述粗大的指针本体可以很明显的指示到面板刻度盘的数字，而指针尾端尖细的部分，也可准确看到细分小刻度，且指针的中心小圆点则不占指示盘面空间，这样的指针形状设计也是本实用新型的另一个特征，因为本实用新型的表芯，是由步进式马达所提供，轴心很小用一个小圆点即可遮盖，同时扭力够，亦可承载重量较大的指针，故指针形状的限制少，亦不影响其准确度，而一般传统表芯转轴面积大扭力小，承载指针力量很小，所以指针一般都很细小，而且转轴中心部分，要用大的面积来遮盖转轴，不甚美观，虚占面板面积。
本实用新型指针的另一个特征是非常耐震动，适合放在震动的机器上来使用，指针不会晃动(针振很小)，因为步进式马达当表芯，当指示不动时，马达本身是锁死的，轴被固定，外力影响不了轴的转动，因此指针也就不受外力而晃动；而一般传统动圈平衡式，指针所指的位置是磁场作用力和弹簧作用力两力达到一种平衡的结果，这时候若再加上外力(震动)，指针必然受影响而晃动，很难看出实际指示值。
(2)、液晶显示器2及其他部分本实用新型的液晶显示器的部分，主要设有四位数以及两边的「SET(设定)」和「↑↓」指示符号，测量到的值除了控制步进马达带动指针外，同时也驱动本液晶显示器2，达动双重指示的目的；因为数字显示本身就是一种绝对线性的表示方式，而前述步进指针式也是线性指示，因此两种方法可统合一致表示出目前的测量值。
上述左边的「SET(设定)」及「↑↓」指示符号，其是提供配合设于下方的LO-LIMIT磁簧开关作为下限设定。
上述右边的「SET(设定)」及「↑↓」指示符号，其是提供配合设于下方的HI-LIMIT磁簧开关作为上限设定。
上述磁簧开关，其配合液晶显示器2来设定上、下限也是本实用新型的另一个特征。
两个LO及HI LIMIT指示LED，分别指示当测量值小于LO-LIMIT的设定值时，该LO-LIMIT LED即会亮灯，或测量值大于HI-LIMIT的设定值时，则HI-LIMIT LED会亮灯。
本实用新型的电路组成(如图2所示)，主要是包括(1)、接线端子部分图中标号AC-220V、110V、0V为本实用新型的电源输入端子；标号INA-4、INA-5马上限动作开关接点，当测量值超过上限设定值时，继电器(RY1)会ON，使INA-4及INA-5接点接通；标号INA-5、INA-6为下限动作开关接点，当测量值小于下限设定值时，继电器(RY2)会ON，使INA-5及INA-6接点接通；标号INA-7及INA-8为第一组待测量的输入端子(标号INA-9及INA-10为第二组)，由两只电阻分压(R1及R2)来限制测量范围；第二组亦由两只分压电阻(R3及R4)来限制测量范围，在本实用新型图示的实施例中，第二组未接保留扩充空间。
(2)、电源部分如图2及图3所示，图中标号V-IN的产生，待由变压器(T1)上取得9V低电压，再经由两只整流二极管(D1、D2)在滤波电容(C1)上取得V-IN电压；标号VDD电压的产生是V-IN电压经过稳压集成电路(U1)在滤波电容(C2)上取得稳定的VDD电压；标号V+电压的产生是由V-IN电压经过降压电阻(R5)，在稳压二极管(D7)及滤波电容(C3)上取得V+电压；标号VREF电压的产生是由V+电压经过降压电阻(R6)在稳压集成电路(D8)及滤波电容(C4)上取得VREF电压，分压电阻(R7及R8)的阻值决定VREF的电压值；标号V-电压的产生是由变压器(T1)经整流二极管(D3、D4)在滤波电容(C3)上取得负的电压供应源再经由降压电阻(R9)在稳压二极管(D10)及滤波电容器(C5)上取得V-电压。
(3)、本实用新型电源关掉时的处理电路电源关掉时，必须即时通知微处理机(U2)，把指针转回原点，标号V-CH为断电检知信号，有电时为低电压，当电力突然关掉时，因为V-电压有放电电阻(R5)，电压迅速下降，这时由VDD电源经由降压电阻(R10)在保护二极管(D11)上取得正的V-CH电压，告知微处理机(U2)，再驱动驱动IC(U3-A、B、C、D)，使电流经步进马达线圈(L1、L2)转回指针到原点，使得电源关掉时指针停在零处。
(4)、测量处理电路图中标号INB-5及INB-6测量输入信号。(在本实用新型以测量直流电压为例说明)，经过第一级IC(U4A)及分压电阻(R11、R12)处理，再加到第二级IC(U4B)及分压电阻(R13、R14)得到适当大小的待测量电压值，该值再经由滤波电阻(R15、R16)及滤波电容C6，加在极性分辨IC(UC4)，经由保护电阻(R17)加在稳压二极管(D12)上，即为极性检知信号(标号为POL)，该信号加到微处理机(U2)，告知目前所测量电压的正、负极性。若为正极性，则控制继电器(K3)使之为ON，使极性转换电路(U4D)成为相同电路，反之若POL检测到为负电压输入，则使继电器(K3)为OPEN，使极性转换电路(U4D)成为反相电路。分压电阻(R19，R20)两个阻值须为同值，才能使正、负电压的输出值都为正而且大小相等。
(5)、电压转频率电路本电路采用精密电路结构使被测量的电压，非常线性且真实的反应成对等比例的频率型态，提供给微处理机(U2)计算其脉冲数，即可换算知道输入电压的大小；首先待测量的电压加在积分IC(U5)正端，负端的电压由积分电容(C7)及积分电阻(R20)所组成，其电压来自正反器IC(U7A)的Q所提供，而积分IC(U5)的输出经过限流电阻(R19)加到反向器(U6A)，再加到D型正反器(U7A)的D脚，而其CLK脚则加入稳定的32.768 KHz时基信号，因此在正反器(U7A)的Q输出端会对应输入电压的大小而有不同比例的正脉冲宽度输出，因为正反器(U7A)的电源接在VREF上，故而当输入电压大于或与VREF相等时，正反器(U7A)的Q输出恒为低电位，若输入电压为VREF的一半时，正反器(U7A)的Q输出则高、低电位各占一半时间，若输入电压为0V时，则正反器(U7A)的Q输出则恒为HI电位，其余电压依此类推，NOR门(U6-B)两个输入脚，一个为上述的转换波宽信号，另一输入为稳定的CLK信号，两者经由作用会在NOR门(U6-B)的输出得到对应波宽(亦是输入电压)宽度的脉冲信号输出，至此输入电压自NOR门(U6-B)输出脚输出频率，其计算式为 (6)、电压转频率时序控制电路前述的电压转换频率电路，其时基信号标号CLK的产生是由振荡晶体(Y1)配合振荡电容(C8、C9)及振荡电阻(R21、R22)和振荡兼储频IC(U8)等所组合振荡出稳定的32.768 KHz，由振荡兼除频IC(U8)的PO脚输出，除了供给前述的电压转频率电路外(U6A及U7A)，也经由反相器(U6C)的驱动，产生标号CLK信号。另外振荡兼除频IC(U8)的Q14输出脚(标号8192)，表示每经过8192个CLK信号，会设定正反器(U78)的Q为高电位(即标号END信号)亦即由微处理机(U2)发出标号CLR信号清除正反器(U78)，之后经过8192个CLK信号后，正反器(U78)的Q脚输出高电位，使标号END为HI通过NOR门(U6D)关掉标号VF脉冲信号输出，同时告知微处理器(U2)测量完毕，去取出累计VF脉冲信号的计数值，经由计算便可获知输入电压大小。
计算式为 (7)、本实用新型的微处理器周边电路微处理器(U2)为本实用新型的控制计算中心，在输入部分，除了前述的各种信号之外，(如标号VCH，POL，VF，END，CLE，CLR等)另有控制上、下限设定的两只磁簧开关(SW1、SW2)，标号OUT-S1及OUT-S2信号，是用来操作设定上、下限值等的作用。
上述微处理器(U2)的时基是由振荡器(Y2)(4MHz)所提供，另外开机RESET电路是由充电电阻(R24)及充电电容(C11)所提供；前述微处理器(U2)内含存储器(RAM及ROM)程序存放在ROM内，控制各种信号的动作时基。
(8)、本实用新型的上、下限控制及显示电路当测量值大于上限设定值时，会使显示LED(D14)亮起，限流电阻(R25)限制LED亮度，同时标号RY1输出高电位，使继电器(RY1)动作，标号INA-4、INA-5接通，外接当做其他目的控制用。当测量值小于下限设定值时，会使显示LED(D15)亮起，限流电阻(R26)限制LED亮度，同时标号RY2输出高电位，使继电器(RY2)动作标号INA-5，INA-6接通，外接当做其他目的控制用。
(9)、本实用新型的存储电路采用EEPROM(U9)存储上、下限设定值，配合微处理器(U2)及设定开关(SW1、SW2)及LCD显示器(DP1)，可将欲设定的上或下限值存到EEPROM内(U9)，电关掉后再打开时，存储内容仍保持，不需电源维持存储内容。
(10)、本实用新型的步进马达驱动电路步进马达的前进、后退或旋转速度、角度全由微处理器的4个输出信号，标号MOT0～MOT3所控制，其中标号MOT0及MOT1驱动IC(U34、U3-B)，使电流经过步进马达的其中一个线圈(L1)，而标号MOT2及MOT3，则驱动IC(U3-C，U3-D)使电流经过步进马达另一个线圈(L2)，控制步进马达线圈(L1，L2)的电流流向及时序、时间，使能控制步马达转动，进而控制指针行走方向、速度及停留位置。
(11)、本实用新型的LCD(液晶)驱动及显示电路LCD的驱动IC(U10)其时基信号标号CLK来自稳定的32.768KHZ信号，作为LCD(DP1)扫描显示之用；另外LCD(DP1)的对比是由分压电阻(R29、R30、R31)及滤波电容(C13)所提供，其中热敏电阻(R31)是用来补偿温度变化，影响LCD(DP1)对比。
LCD(DP1)显示内容，是由微处理机(U2)所控制，由标号DAT1，CS1，IRQ及WR1等4条信号线传输沟通，然后由LCD驱动IC(U10)的COM0～COM3及SEG0～SEG9等COM及SEG信号来驱动点亮LCD(DP1)使之产生显示测量值及符号等信息。
权利要求1.一种具有指针与液晶双重显示的复合式表头，其特征在于利用微型步进马达带动齿轮组而具有指针及液晶双重显示功能，在微处理器控制下，首先微处理器通过测量电路测量出待测试的电量后，将该测量值转换成数字信号，并经过计算后，由处理器以两种方式来指示其测量值，一种是控制微型步进马达的步进级数(STEP数)，即控制步进马达的齿轮组旋转轴心的旋转角度，而该旋转轴心上的指针配合表头刻度盘便可指示出测量的数值，且微处理器同时亦将其测量值送到液晶显示器(LCD)以数字同步显示其测量值。
2.如权利要求1所述的具有指针与液晶双重显示的复合式表头，包括面板表示部分及电路组成部分，该面板表示部分包括一指针及一液晶显示器。
3.如权利要求2所述的具有指针与液晶双重显示的复合式表头，该指针部分在面板上刻划多个刻度，每个刻度之间又细分成多个小格，使得指针刻度呈等分线性刻划。
4.如权利要求3所述的具有指针与液晶双重显示的复合式表头，该各小格的刻度均为24度。
5.如权利要求1所述的具有指针与液晶双重显示的复合式表头，该指针的本体呈粗大形状，而指针尾端则呈尖细状，且中心是一小圆点。
6.如权利要求2所述的具有指针与液晶双重显示的复合式表头，该液晶显示器部分是分别配合磁簧开关而具有下限设定及上限设定。
7.如权利要求2所述的具有指针与液晶双重显示的复合式表头，该电路包括接线端子部分、电源部分、电源关掉时的处理电路、测量处理电路、电压转频率电路、电压转频率时序控制电路、微处理器周边电路、上下限控制及显示电路、存储电路、步进马达驱动电路及LCD(液晶)驱动及显示电路。
8.如权利要求7所述的具有指针与液晶双重显示的复合式表头，在电压转频率电路，微处理机(U2)计数VF信号而取得测量值，而VF信号是由积分IC(U5)及NOR门(U6)及正反器(U7)所合成的电压转频率电路，其VF频率正比于输入电压，其计算式为VF频率＝输入电压/VREF×CLK(32.768KHz)。
9.如权利要求8所述的具有指针与液晶双重显示的复合式表头，微处理器(U2)根据所计数到的脉冲数经过计算后将其数值通过液晶控制驱动IC(U10)驱动LCD(DP1)显示测量值，并将计算后测量值转化为步进马达控制信号，经由驱动IC(U3)驱动步进马达(MOTOR1)的二组线圈(L1、L2)使步进马达旋转到指针应指示的位置。
专利摘要一种具有指针与液晶双重显示的复合式表头设计，该复合式表头是利用微型步进马达带动齿轮组而具有指针及液晶双重显示功能，其主要是由微处理器所控制，首先微处理器通过测量电路测量出待测试的电量，并将其测量值转换成数字信号，经过计算后，处理器以两种方式来指示其测量值，一种是控制微型步进马达的步进级数(STEP数)，即控制步进马达的齿轮组旋转轴心的旋转角度，而该旋转轴心上的指针配合表头刻度盘便可指示出测量的数值，在这同时，微处理器亦将其测量值送到液晶显示器(LCD)，以数字同步显示其测量值。
文档编号G01R5/00GK2588376SQ0228734
公开日2003年11月26日 申请日期2002年11月29日 优先权日2002年11月29日
发明者李政良 申请人:李政良