一种基于沉浸式人机交互仿真系统的步进电机驱动仪表的制作方法

本发明涉及军事训练器材领域，具体是一种基于沉浸式人机交互仿真系统的步进电机驱动仪表。

背景技术：

部队配备现有的驾驶模拟训练器材中，驾驶模拟仪表采用的是模拟电路电子式仪表，这种仪表分为动圈式机芯仪表和动磁式机芯仪表。动圈式机芯仪表的线圈连同指针一起转动，而动磁式机芯的磁钢连同指针一起转动，利用电磁感应原理来实现仪表的指示，指针的回零则是利用弹簧游丝的弹性实现。动圈式机芯仪表具有抗震性能差、过载能力弱、指针易抖动等缺点；动磁式机芯仪表也存在一致性、通用性差、不能二次改装等缺点。同时，这两种机芯的仪表都具有体积大、重量重、生产工艺复杂等问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于沉浸式人机交互仿真系统的步进电机驱动仪表，该仪表具有极强的抗震性能、过载能力以及工作稳定性，且通用性广、体积小、重量轻，生产工艺简单，便于二次改装。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于沉浸式人机交互仿真系统的步进电机驱动仪表，包括单片机、步进电机控制模块、电源模块和通信模块；

所述单片机分别与步进电机控制模块、电源模块和通信模块相连；所述单片机通过通信模块获取转速、车速信息，通过步进电机控制模块驱动步进电机，带动表盘并指示车速和转速；所述单片机由电源模块供电；所述电源模块为单片机掉电数据保存提供备用电源；

所述步进电机控制模块包括步进电机和控制芯片；所述步进电机为两相步进电机，其具有两个独立绕组，所述两个绕组的夹角为60°；所述步进电机内置有减速比为180:1的齿轮系，其输出轴的步进角为5′-180°，其转速为0-600°/s；所述控制芯片为cmos驱动集成电路，其包括2个驱动器，每个驱动器驱动1个步进马达，将脉冲列f(scx)转换成电流等级序列并传送至步进马达的线圈，产生步进马达的微步运动；

所述电源模块包括5v电源、稳压器和电容；所述5v电源通过稳压器稳压至3.3v后对单片机进行供电；所述电容共3个，与电源并联；

所述通信模块包括can收发器、can控制器、can总线和终端电阻，由can收发器将can控制器发出的ttl信号转换成can总线的差分信号；所述终端电阻共2个，分别与can总线的两端相连接；所述终端电阻为120ω。

进一步地，所述通信模块的布线拓扑采用手牵手拓扑结构。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明的一种基于沉浸式人机交互仿真系统的步进电机驱动仪表，缩小了体积、降低了重量，精简了生产工艺。

2.本发明的一种基于沉浸式人机交互仿真系统的步进电机驱动仪表，提高了工作精度和可靠性，增强了抗干扰能力，同时兼容性高、通用性强。

3.本发明的一种基于沉浸式人机交互仿真系统的步进电机驱动仪表，生产成本低、周期短，非常适合规模化生产。

附图说明

图1是本发明的仪表驱动控制流程图；

图2是本发明的仪表掉电控制流程图；

图3是本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图3所示，一种基于沉浸式人机交互仿真系统的步进电机驱动仪表，包括单片机、步进电机控制模块、电源模块和通信模块；

所述单片机分别与步进电机控制模块、电源模块和通信模块相连；所述单片机通过通信模块获取转速、车速信息，通过步进电机控制模块驱动步进电机，带动表盘并指示车速和转速；所述单片机由电源模块供电；所述电源模块为单片机掉电数据保存提供备用电源；

所述步进电机控制模块包括步进电机和控制芯片；所述步进电机为两相步进电机，其具有两个独立绕组，所述两个绕组的夹角为60°；所述步进电机内置有减速比为180:1的齿轮系，其输出轴的步进角为5′-180°，其转速为0-600°/s；所述控制芯片为cmos驱动集成电路，其包括2个驱动器，每个驱动器驱动1个步进马达，将脉冲列f(scx)转换成电流等级序列并传送至步进马达的线圈，产生步进马达的微步运动；

所述电源模块包括5v电源、稳压器和电容；所述5v电源通过稳压器稳压至3.3v后对单片机进行供电；所述电容共3个，与电源并联；

所述通信模块包括can收发器、can控制器、can总线和终端电阻，由can收发器将can控制器发出的ttl信号转换成can总线的差分信号；所述终端电阻共2个，分别与can总线的两端相连接；所述终端电阻为120ω。

所述通信模块的布线拓扑采用手牵手拓扑结构。

本发明的仪表驱动控制流程图如图2所示，主程序首先判断上一次单片机发出的脉冲是否发送完成及步进电机是否已经转到指定位置，如果脉冲已经发送完成，进一步判断，目标位置与当前位置是否相同，如果相同，则仪表驱动完成，否则判断目标位置是否大于当前位置，如果大于则设置旋转方向为顺时针，否则设置旋转方向为逆时针。开启定时器输出脉冲，驱动仪表到指定位置。

本发明的仪表掉电控制流程图如图3所示，电源在断电的一瞬间，单片机由3个电容放电继续维持单片机的供电，同时结合单片机的电源管理模块，实现其在电压低于一定值时进入中断，在中断中保存当前指针位置；并通过单片机进入低电压中断后保存当前指针位置到单片机内部flash中，在下次上电后，从内部flash读取指针位置，使指针上电归零。单片机进入低电压中断后，处理的时间越短，功能可靠性越高。所以为了进一步减小flash保存时间，flash的擦除工作在单片机上电时判断内部flsah不为0xff时进行。

技术特征：

1.一种基于沉浸式人机交互仿真系统的步进电机驱动仪表，其特征在于，包括单片机、步进电机控制模块、电源模块和通信模块；

所述单片机分别与步进电机控制模块、电源模块和通信模块相连；所述单片机通过通信模块获取转速、车速信息，通过步进电机控制模块驱动步进电机，带动表盘并指示车速和转速；所述单片机由电源模块供电；所述电源模块为单片机掉电数据保存提供备用电源；

所述步进电机控制模块包括步进电机和控制芯片；所述步进电机为两相步进电机，其具有两个独立绕组，所述两个绕组的夹角为60°；所述步进电机内置有减速比为180:1的齿轮系，其输出轴的步进角为5′-180°，其转速为0-600°/s；所述控制芯片为cmos驱动集成电路，其包括2个驱动器，每个驱动器驱动1个步进马达，将脉冲列f(scx)转换成电流等级序列并传送至步进马达的线圈，产生步进马达的微步运动；

所述电源模块包括5v电源、稳压器和电容；所述5v电源通过稳压器稳压至3.3v后对单片机进行供电；所述电容共3个，与电源并联；

所述通信模块包括can收发器、can控制器、can总线和终端电阻，由can收发器将can控制器发出的ttl信号转换成can总线的差分信号；所述终端电阻共2个，分别与can总线的两端相连接；所述终端电阻为120ω。

2.根据权利要求1所述的一种基于沉浸式人机交互仿真系统的步进电机驱动仪表，其特征在于，所述通信模块的布线拓扑采用手牵手拓扑结构。

技术总结
本发明公开了一种基于沉浸式人机交互仿真系统的步进电机驱动仪表，一种基于沉浸式人机交互仿真系统的步进电机驱动仪表，其特征在于，包括单片机、步进电机控制模块、电源模块和通信模块；所述单片机分别与步进电机控制模块、电源模块和通信模块相连；所述单片机通过通信模块获取转速、车速信息，通过步进电机控制模块驱动步进电机，带动表盘并指示车速和转速；所述单片机由电源模块供电；所述电源模块为单片机掉电数据保存提供备用电源。本发明的步进电机驱动仪表，缩小了体积、降低了重量，精简了生产工艺。提高了工作精度和可靠性，增强了抗干扰能力，同时兼容性高、通用性强。本发明生产成本低、周期短，非常适合规模化生产。

技术研发人员：刘洋;彭伟;王振刚
受保护的技术使用者：徐州九鼎机电总厂
技术研发日：2021.03.18
技术公布日：2021.07.30