一种简单实用的测角码盘设计方案

一种简单实用的测角码盘设计方案摘要:介绍一种制作简单、价格便宜、应用面广的测角码盘设计方案;并以码盘的形成、处理和传输为干线,详尽说明工作原理,进而再次证明其简单便宜的突出优势.关键词:测角码盘编码胶片状况编码

测控系统中,经常用到采集各种角度参数或对转动机构开展测速的角度传感器.目前,市场上少许具有成熟技术的角度传感器有自增角机、电位器、码盘、霍尔元件和齿轮计数器等.这些产品中,有的精度很高,但价格昂贵,有的价格便宜,但构造复杂,往往难于同时满足构造简单、价格便宜的要求.本文介绍一种光电码盘设计方案,硬件构造非常简单、成本价格十分便宜,而且稳定性好、使用寿命长,又能满足多数情况下的精度要求.

1工作原理

1.1原始的形成

（1）形成原理

图1是码盘形成原始的原理示意图.

本码盘用于采集的器件是一双发光管和接收管,每个管内有两套收发装置.其功能实现过程为:在发光管和接收管之间放一圆形黑白相间且宽度一样的编码胶片,使三者分别处于相互平行的平面内,将发光管和接收管中心对正,并使编码胶片可以绕其轴心旋转.上电后,发光管会一口气不断地发射,但由于胶片是黑白同样的,所以当黑色部分正对发光管时,发光管发出的将被阻截,使接收管接收不到;而当白色部分正对发光管时,发光管发出的将透过胶片射到接收管上.如此,在接收端就得到两路一口气变化的正弦波.

（2）方向判别原理

图2为原理示意图.

编码胶片宽度是收发装置距离的两倍,两收发装置位置关系应满足B=(0.7n+0.35)+A,图中n=0.

同理,当胶片向右转动时,A、B变化恰好相反.如此,通过A、B不同的变化规律实现对方向的判别.

1.2处理

图3是码盘处理电路图.

该电路的主要任务是将形成的原始模拟转换为数字,即模数转换.由传感器形成的0V为振荡中心的正弦波,经跟随器处理后转换为以+2.5V为振荡中心的正弦波.通过调节电位器,使其波形到达最妙状况,然后,经过大器将正弦波放大10倍.此时,由于放大的拉伸作用,被钳位在0～5V之间的已具有非常陡的上升沿和下降沿,结果经施密特触发器整形后,以方波形式输给单片机.其波形关系如图4所示.

1.3控制及传输

图5为控制传输电路图.

这部分主要通过软件编程实现对的处理.硬件构造包括处理芯片AT89C2051、传输芯片75176和相应的复位电路.其中,复位电路采用由MAx813L芯片组成的看门狗电路.寻常工作时,由89C2051为其定时提供触发,不形成复位;若发生错误,则在距上次触发1.6s后,该电路会自动形成复位,对89C2051开展复位.

处理电路形成的方波A、B由端口Px.m和Px.n输入,然后通过软件比较端口现在时刻和下一时刻的状况变化,实现功能选择.终末,通过端口Px.k控制的串行通信芯片75176传给主控板,实现的控制传输.

2软件设计

2.1状况编码

由图4可知,A、B的相位相差1/4个周期,所以可得图6所示的状况变换图.

若规定顺序时针方向计数器为加,逆时针方向计数器为减.

如此,通过不同状况值的变换就可对数据开展加操作、减操作和不操作,从而实现对的一口气处理功能.

2.2软件编程

软件流程如图7所示.

主要可分为以下几部分.

①上电开始后,软件最初对AT89C2051的内部存放器和RS422串行口开展初始化.通过对专用存放器的赋值,设定工作状况和通信方式,串行通信的波特率为9600b/s.

②初始化完成后,软件将检测端口Px.m和Px.n的状况,程序用两位记录端口相邻状况值,左一位代表前一状况,右一位代表当前状况,然后通过带进位的左重复指令开展状况更新.通过状况值变化,查表2,跳转进入执行程序.

③在执行程序中,可依据不同需要设定上下限开展数据处理.同时,由于处理程序很少,执行时间短,串行通信部分可采用查询方式完成.

3应用实例

把该设计应用到笔者开发的项目—某型转达训练系统上.采用图3和图5所示的电路设计方案,用该码盘一口气采集空中飞行指标的方位角和高低角.

以高低角采集为例,系统目标要求高低角变化范围是-50～1450密位,设计中采用的编码胶片精度是480单位/圈.如文中图1所示,由于编码胶片是圆形的,且一个黑色或一个魄区间均可称为一个单位,所以计算其精度时用每圈包含的黑白区间个数确定,因此用单位/圈.对高低角增减判断主要通过软件编程实现,这段程序如下.

MAIN1:MOVA,R4;读骊盘A、B到码盘状况暂存器R4

MOVC,P3.3;P3.3为A采集端口,

RLCA;用于A新旧状况转换

MOVC,P3.5;P3.5为B采集端口,

RLCA;用于B新旧状况转换

MOVR4,A

ANLA,xx0FH;计算散转地址

MOVB,xx03H

MULAB

MOVDPTR,xxTIM1;TIM1为状况真值表首地址

LJMP@A+DPTR;散转至真值表

然后,通过查真值表状况值,转入处理程序实现角度的加减.若出现丢码景象,说明单片机采集速度低于码盘转动速度,可凭据实际情况更换采集芯片或降低码盘转动速度.同时,通过规定编码胶片每旋转个单位对应的角度值变化1密位（密位是军事用语,一种更准确的划分角度方法,一周为360度,6000密位）和相应的单位转换.在软件中确定了码盘采集量的上下限和单位变化量,从而限定了高低角的变化范围,也到达了采集精度要求.

图8

通过示波器检测硬件电路单个波形,得到图8所示关系.

说明实际应用电路中各级输出与原理电路的设计完全相符,软件采集的为确实值.

经实践检查,该方案设计的码盘能凿凿的采集指标参数,使系统对指标开展一口气跟踪.

本文介绍的测角码盘设计