一種簡單實用的測角碼盤設(shè)計方案

一種簡單實用的測角碼盤設(shè)計方案摘要:介紹一種制作簡單、價格便宜、應(yīng)用面廣的測角碼盤設(shè)計方案;并以碼盤的形成、處理和傳輸為干線,詳盡說明工作原理,進而再次證明其簡單便宜的突出優(yōu)勢.關(guān)鍵詞:測角碼盤編碼膠片狀況編碼

測控系統(tǒng)中,經(jīng)常用到采集各種角度參數(shù)或?qū)D(zhuǎn)動機構(gòu)開展測速的角度傳感器.目前,市場上少許具有成熟技術(shù)的角度傳感器有自增角機、電位器、碼盤、霍爾元件和齒輪計數(shù)器等.這些產(chǎn)品中,有的精度很高,但價格昂貴,有的價格便宜,但構(gòu)造復(fù)雜,往往難于同時滿足構(gòu)造簡單、價格便宜的要求.本文介紹一種光電碼盤設(shè)計方案,硬件構(gòu)造非常簡單、成本價格十分便宜,而且穩(wěn)定性好、使用壽命長,又能滿足多數(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是碼盤形成原始的原理示意圖.

本碼盤用于采集的器件是一雙發(fā)光管和接收管,每個管內(nèi)有兩套收發(fā)裝置.其功能實現(xiàn)過程為: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正,并使編碼膠片可以繞其軸心旋轉(zhuǎn).上電后,發(fā)光管會一口氣不斷地發(fā)射,但由于膠片是黑白同樣的,所以當黑色部分正對發(fā)光管時,發(fā)光管發(fā)出的將被阻截,使接收管接收不到;而當白色部分正對發(fā)光管時,發(fā)光管發(fā)出的將透過膠片射到接收管上.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)滿足B=(0.7n+0.35)+A,圖中n=0.

同理,當膠片向右轉(zhuǎn)動時,A、B變化恰好相反.如此,通過A、B不同的變化規(guī)律實現(xiàn)對方向的判別.

1.2處理

圖3是碼盤處理電路圖.

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.通過調(diào)節(jié)電位器,使其波形到達最妙狀況,然后,經(jīng)過大器將正弦波放大10倍.此時,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.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.

這部分主要通過軟件編程實現(xiàn)對的處理.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芯片組成的看門狗電路.尋常工作時,由89C2051為其定時提供觸發(fā),不形成復(fù)位;若發(fā)生錯誤,則在距上次觸發(fā)1.6s后,該電路會自動形成復(fù)位,對89C2051開展復(fù)位.

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

2軟件設(shè)計

2.1狀況編碼

由圖4可知,A、B的相位相差1/4個周期,所以可得圖6所示的狀況變換圖.

若規(guī)定順序時針方向計數(shù)器為加,逆時針方向計數(shù)器為減.

如此,通過不同狀況值的變換就可對數(shù)據(jù)開展加操作、減操作和不操作,從而實現(xiàn)對的一口氣處理功能.

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上電開始后,軟件最初對AT89C2051的內(nèi)部存放器和RS422串行口開展初始化.通過對專用存放器的賦值,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,右一位代表當前狀況,然后通過帶進位的左重復(fù)指令開展狀況更新.通過狀況值變化,查表2,跳轉(zhuǎn)進入執(zhí)行程序.

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

3應(yīng)用實例

把該設(shè)計應(yīng)用到筆者開發(fā)的項目—某型轉(zhuǎn)達訓(xùn)練系統(tǒng)上.采用圖3和圖5所示的電路設(shè)計方案,用該碼盤一口氣采集空中飛行指標的方位角和高低角.

以高低角采集為例,系統(tǒng)目標要求高低角變化范圍是-50～1450密位,設(shè)計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,且一個黑色或一個魄區(qū)間均可稱為一個單位,所以計算其精度時用每圈包含的黑白區(qū)間個數(shù)確定,因此用單位/圈.對高低角增減判斷主要通過軟件編程實現(xiàn),這段程序如下.

MAIN1:MOVA,R4;讀驪盤A、B到碼盤狀況暫存器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,說明單片機采集速度低于碼盤轉(zhuǎn)動速度,可憑據(jù)實際情況更換采集芯片或降低碼盤轉(zhuǎn)動速度.同時,通過規(guī)定編碼膠片每旋轉(zhuǎn)個單位對應(yīng)的角度值變化1密位（密位是軍事用語,一種更準確的劃分角度方法,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,也到達了采集精度要求.

圖8

通過示波器檢測硬件電路單個波形,得到圖8所示關(guān)系.

說明實際應(yīng)用電路中各級輸出與原理電路的設(shè)計完全相符,軟件采集的為確實值.

經(jīng)實踐檢查,該方案設(shè)計的碼盤能鑿鑿的采集指標參數(shù),使系統(tǒng)對指標開展一口氣跟蹤.

本文介紹的測角碼盤設(shè)計