一種簡(jiǎn)單實(shí)用的測(cè)角碼盤(pán)設(shè)計(jì)方案

一種簡(jiǎn)單實(shí)用的測(cè)角碼盤(pán)設(shè)計(jì)方案摘要:介紹一種制作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、應(yīng)用面廣的測(cè)角碼盤(pán)設(shè)計(jì)方案;并以碼盤(pán)的形成、處理和傳輸為干線(xiàn),詳盡說(shuō)明工作原理,進(jìn)而再次證明其簡(jiǎn)單便宜的突出優(yōu)勢(shì).關(guān)鍵詞:測(cè)角碼盤(pán)編碼膠片狀況編碼

測(cè)控系統(tǒng)中,經(jīng)常用到采集各種角度參數(shù)或?qū)D(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)展測(cè)速的角度傳感器.目前,市場(chǎng)上少許具有成熟技術(shù)的角度傳感器有自增角機(jī)、電位器、碼盤(pán)、霍爾元件和齒輪計(jì)數(shù)器等.這些產(chǎn)品中,有的精度很高,但價(jià)格昂貴,有的價(jià)格便宜,但構(gòu)造復(fù)雜,往往難于同時(shí)滿(mǎn)足構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜的要求.本文介紹一種光電碼盤(pán)設(shè)計(jì)方案,硬件構(gòu)造非常簡(jiǎn)單、成本價(jià)格十分便宜,而且穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng),又能滿(mǎn)足多數(shù)情況下的精度要求.

1工作原理

1.1原始的形成

（1）形成原理

圖1是碼盤(pán)形成原始的原理示意圖.

本碼盤(pán)用于采集的器件是一雙發(fā)光管和接收管,每個(gè)管內(nèi)有兩套收發(fā)裝置.其功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:在發(fā)光管和接收管之間放一圓形黑白相間且寬度一樣的編碼膠片,使三者分別處于相互平行的平面內(nèi),將發(fā)光管和接收管中心對(duì)正,并使編碼膠片可以繞其軸心旋轉(zhuǎn).上電后,發(fā)光管會(huì)一口氣不斷地發(fā)射,但由于膠片是黑白同樣的,所以當(dāng)黑色部分正對(duì)發(fā)光管時(shí),發(fā)光管發(fā)出的將被阻截,使接收管接收不到;而當(dāng)白色部分正對(duì)發(fā)光管時(shí),發(fā)光管發(fā)出的將透過(guò)膠片射到接收管上.如此,在接收端就得到兩路一口氣變化的正弦波.

（2）方向判別原理

圖2為原理示意圖.

編碼膠片寬度是收發(fā)裝置距離的兩倍,兩收發(fā)裝置位置關(guān)系應(yīng)滿(mǎn)足B=(0.7n+0.35)+A,圖中n=0.

同理,當(dāng)膠片向右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),A、B變化恰好相反.如此,通過(guò)A、B不同的變化規(guī)律實(shí)現(xiàn)對(duì)方向的判別.

1.2處理

圖3是碼盤(pán)處理電路圖.

該電路的主要任務(wù)是將形成的原始模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字,即模數(shù)轉(zhuǎn)換.由傳感器形成的0V為振蕩中心的正弦波,經(jīng)跟隨器處理后轉(zhuǎn)換為以+2.5V為振蕩中心的正弦波.通過(guò)調(diào)節(jié)電位器,使其波形到達(dá)最妙狀況,然后,經(jīng)過(guò)大器將正弦波放大10倍.此時(shí),由于放大的拉伸作用,被鉗位在0～5V之間的已具有非常陡的上升沿和下降沿,結(jié)果經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后,以方波形式輸給單片機(jī).其波形關(guān)系如圖4所示.

1.3控制及傳輸

圖5為控制傳輸電路圖.

這部分主要通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)的處理.硬件構(gòu)造包括處理芯片AT89C2051、傳輸芯片75176和相應(yīng)的復(fù)位電路.其中,復(fù)位電路采用由MAx813L芯片組成的看門(mén)狗電路.尋常工作時(shí),由89C2051為其定時(shí)提供觸發(fā),不形成復(fù)位;若發(fā)生錯(cuò)誤,則在距上次觸發(fā)1.6s后,該電路會(huì)自動(dòng)形成復(fù)位,對(duì)89C2051開(kāi)展復(fù)位.

處理電路形成的方波A、B由端口Px.m和Px.n輸入,然后通過(guò)軟件比較端口現(xiàn)在時(shí)刻和下一時(shí)刻的狀況變化,實(shí)現(xiàn)功能選擇.終末,通過(guò)端口Px.k控制的串行通信芯片75176傳給主控板,實(shí)現(xiàn)的控制傳輸.

2軟件設(shè)計(jì)

2.1狀況編碼

由圖4可知,A、B的相位相差1/4個(gè)周期,所以可得圖6所示的狀況變換圖.

若規(guī)定順序時(shí)針?lè)较蛴?jì)數(shù)器為加,逆時(shí)針?lè)较蛴?jì)數(shù)器為減.

如此,通過(guò)不同狀況值的變換就可對(duì)數(shù)據(jù)開(kāi)展加操作、減操作和不操作,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)的一口氣處理功能.

2.2軟件編程

軟件流程如圖7所示.

主要可分為以下幾部分.

①上電開(kāi)始后,軟件最初對(duì)AT89C2051的內(nèi)部存放器和RS422串行口開(kāi)展初始化.通過(guò)對(duì)專(zhuān)用存放器的賦值,設(shè)定工作狀況和通信方式,串行通信的波特率為9600b/s.

②初始化完成后,軟件將檢測(cè)端口Px.m和Px.n的狀況,程序用兩位記錄端口相鄰狀況值,左一位代表前一狀況,右一位代表當(dāng)前狀況,然后通過(guò)帶進(jìn)位的左重復(fù)指令開(kāi)展?fàn)顩r更新.通過(guò)狀況值變化,查表2,跳轉(zhuǎn)進(jìn)入執(zhí)行程序.

③在執(zhí)行程序中,可依據(jù)不同需要設(shè)定上下限開(kāi)展數(shù)據(jù)處理.同時(shí),由于處理程序很少,執(zhí)行時(shí)間短,串行通信部分可采用查詢(xún)方式完成.

3應(yīng)用實(shí)例

把該設(shè)計(jì)應(yīng)用到筆者開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目—某型轉(zhuǎn)達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)上.采用圖3和圖5所示的電路設(shè)計(jì)方案,用該碼盤(pán)一口氣采集空中飛行指標(biāo)的方位角和高低角.

以高低角采集為例,系統(tǒng)目標(biāo)要求高低角變化范圍是-50～1450密位,設(shè)計(jì)中采用的編碼膠片精度是480單位/圈.如文中圖1所示,由于編碼膠片是圓形的,且一個(gè)黑色或一個(gè)魄區(qū)間均可稱(chēng)為一個(gè)單位,所以計(jì)算其精度時(shí)用每圈包含的黑白區(qū)間個(gè)數(shù)確定,因此用單位/圈.對(duì)高低角增減判斷主要通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn),這段程序如下.

MAIN1:MOVA,R4;讀驪盤(pán)A、B到碼盤(pán)狀況暫存器R4

MOVC,P3.3;P3.3為A采集端口,

RLCA;用于A新舊狀況轉(zhuǎn)換

MOVC,P3.5;P3.5為B采集端口,

RLCA;用于B新舊狀況轉(zhuǎn)換

MOVR4,A

ANLA,xx0FH;計(jì)算散轉(zhuǎn)地址

MOVB,xx03H

MULAB

MOVDPTR,xxTIM1;TIM1為狀況真值表首地址

LJMP@A+DPTR;散轉(zhuǎn)至真值表

然后,通過(guò)查真值表狀況值,轉(zhuǎn)入處理程序?qū)崿F(xiàn)角度的加減.若出現(xiàn)丟碼景象,說(shuō)明單片機(jī)采集速度低于碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)速度,可憑據(jù)實(shí)際情況更換采集芯片或降低碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)速度.同時(shí),通過(guò)規(guī)定編碼膠片每旋轉(zhuǎn)個(gè)單位對(duì)應(yīng)的角度值變化1密位（密位是軍事用語(yǔ),一種更準(zhǔn)確的劃分角度方法,一周為360度,6000密位）和相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)換.在軟件中確定了碼盤(pán)采集量的上下限和單位變化量,從而限定了高低角的變化范圍,也到達(dá)了采集精度要求.

圖8

通過(guò)示波器檢測(cè)硬件電路單個(gè)波形,得到圖8所示關(guān)系.

說(shuō)明實(shí)際應(yīng)用電路中各級(jí)輸出與原理電路的設(shè)計(jì)完全相符,軟件采集的為確實(shí)值.

經(jīng)實(shí)踐檢查,該方案設(shè)計(jì)的碼盤(pán)能鑿鑿的采集指標(biāo)參數(shù),使系統(tǒng)對(duì)指標(biāo)開(kāi)展一口氣跟蹤.

本文介紹的測(cè)角碼盤(pán)設(shè)計(jì)