基于光电编码器的位移测量系统及其仿真设计

摘要械测量位移装置已远远不能满足现代生产的需要，而数字式传感器光电编码器,能将角位移量转换为与之对应的电脉冲输出,主要用于机械位置和旋转速度的本设计为采用光电编码器来实现位移测量及其仿真，实现测量来自外部的示模块显示。本设计采用的光电编码器输出电压为5V，输出信号经四倍频电路Abstractedcircuittocarryoncountingprocessing,finallysendsintheLCDmodule第一章绪论表1.1-1常用位移传感器一览表差，电噪声大需温度补偿量便可靠，动态分辨力好，受被测物体材料、形状、加工比度±20%%%应变式电感式电阻式电常数因环境温度、湿度而变化的影响性好字混合测量测量时工作速度可达分辨力好，可靠性高器直线式旋转式器长磁尺光电式0.1%~~±0.5”~±1”电容式辨率高、输出稳定等特点,其应用范围不仅仅局限于角位移,角速度测量等场合,在直线位移,尤其是大位移测量领域也越来越广泛的应用。本课题即是用单片机(1)绝对式光栅尺在控制系统中逐步取代现在通用的增量式光栅尺，并广(2)单场扫描光栅尺将逐步取代现在通用的四场扫描光栅尺。(3)目前普遍采用的增量式容栅测量系统是不能防水的，在不改变数显卡决开机后机床各个轴在不移动的情况下，光栅尺就能够提供当前绝对位置的数,精度P+V=0.05″(误差修正后);成都光电所研制的JC21精密测角辨力达到了0.02″,测角精度R≤0.04″。。第二章原理说明及方案选择要介绍在位移控制系统中,为了提高控制精度,准确测量控制对象的位移是十分重(1)使用位置传感器,测量到的位移量由变送器经A/D转换成数字量,送至系统进行进一步处理。此方法虽然检测精度高,但在多路、长距离位置监控系(2)使用光电编码器。光电编码器是高精度控制系统常用的位移检测传感数字脉冲信号。正转时A超前B为90°,反转时B超前A为90°。脉冲的个数方使用光电编码器测量位移,准确无误的计数起着决定性作用。由于在位置控制系统中,电机既可以正转,又可以反转,所以要求计数器既能实现加计数,又能式对光电编码器的脉冲进行方向判别和计数降低了系统控制的实时性,尤其当使用光电编码器的数量较多时,且其可靠性也不及硬件电路。但其外围电路比较简个步骤:首先要对编码器输出的两路脉冲进行鉴相,即判别电机是正转还是反转;其次是进行加减计数,正转时加计数,反转时减脉冲鉴相的方法比较多,既可以用软件实现,也可以用一个D触发器实现。图1是编码器正反转时输出脉冲的相位B相应中断。当有效脉冲触发中断时,执行中断处理程序,判别B脉冲是高电平还硬件计数在执行速度上有软件计数不可比拟的优势,通常采用多个可预置4计数器的4位数据输出端,与数据输出缓冲器相接;MR为清零端,与上电清零脉冲相接;PL为预置允许端,由译码控制电路触发;CU为加脉冲输入端,CD为减脉当CU和CD中一个输入脉冲时,另一个必须处于高电平,才能进行计数工作。而从编码器直接输出的A、B两路脉冲不符合要求,不能直接接到计数器的针旋转时,A相超前B相90°,D触发器输出Q(W1)为高电平,Q(W2)为低电平,与非门N1打开,计数脉冲通过(W3),送至双向计数器74LS193的加脉冲输码器逆时针旋转时,A相比B相延迟90°,D触发器输出Q(W1)为低电平,Q(W2)为高电平,与非门N1关闭,其输出为高电平(W3)此;时,与非门N2打开,计数脉冲通过(W4),送至双向计数器74LS193的减脉冲输入端CD,进行减法计数。图4是光电编码器输出脉冲的鉴相及其计数。对以上两种计数方法进行分析可知,用纯软件计数虽然电路简单,但是计数速度慢,难以满足实时性要求,而且容易出错,用外接加减计数芯片的方法,虽然围芯片,成本较高。我们可以用单片机内部的计数器来实现加减计数。单片机的计数器是加1计数器,所以不能直接应用,必须经过适当的软件编程来实现其打开相应的中断。当方向判别脉冲(DIR)由低—高跳变时，INT1中断，执行相执行相应的中断程序，进行“减”计数(实际是重新复值，进行加计数)。下面devoidservice_int0()interrupt0using0TR止计数*/TH0=-TH0;TL=-TL0;/*把计数器重新复值，此时相当于减计数*/TR始计数*/}voidservice_int1()interrupt2using1TR止计数*/TH0=-TH0;TL=-TL0;/*把计数器重新复值，此时相当于加计数*/TR始计数*/}voidtimer0(void)interrup1using2}mainvoidTH0=0;TL初值*/}此方法采用中断的形式进行计数,硬件电路比较简单,程序也不复杂,执行速输出脉冲进行计数的方法。利用软件计数,硬件电路简单,但占用了较多的CPU资源,执行速度较慢。利用外接计数芯片的方法计数,计数速度较快,但要用较多方向不频繁改变的情况下,计数速度很快,而且外围电路简单,编程也不复杂,只综上所述选用第三种计数方法，即利用单片机内部计数器实现可逆计数。及电路参数分析定时/计数器工作在定时模式时，计数脉冲信号来自单片机的内部，计数速定时/计数器工作在计数模式时，计数器对外部脉冲进行计数，计数器计P3.4(T0脚)P3.5(T1脚)负跳变次数。每产生一次负跳变，计数器自动加1。说说明13位定时器/计数器，由TL0低五位和TH0高八位组成16位定时器/计数器，由TL0低八位和TH0高八位组成8位定时器/计数器，由TL0低八位组成TL0低八位和TH0高八位分别位8位定时器/计数器工作方式0123X=216-t/Tm=216-1×105/1=15535d则(TH0)=00111100B＝3CH，(TL0)=10101111B=AFH因此，(TMOD)=05H。大小(C1、C2)并不严格，高质量的晶体对任何频率都可取用30pF的电容，对第三章系统电路的设计光电编码器A相光电编码器A相B相看门狗电路数码显示编码器的定位精度通常采用四倍频方法进行处理。本系统设计了一种四倍频电选择第一阶段(1976年—1978年)：初级单片微处理器阶段。以Intel公司的第二阶段(1978年—现在)：高性能单片机微处理器阶段，如Intel公司一个单片机应用系统的硬件电路设计应包含有两个部分内容:择典型电路，并符合单片机的常规用法。，硬件功能尽可能用数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(I)。第二功第二功能MOSI(用于ISP编程)MISO(用于ISP编程)SCK(用于ISP编程)端口引脚P1.5P1.6P1.74个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(I)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行拉电阻输出电流(I)。第二功第二功能RXD(串行输入口)TXD(串行输出口)端口引脚P3.0P3.1P3.2PP3.3INT1(外中断1)P3.4T0(定时／计数器0外部输入)P3.5T1(定时／计数器1外部输入)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通) 对F1ash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。[8]·PSEN：程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号，当·EA／VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H－FFFFH)，EA端必须保持低电平(接地)。需注意的是：如果加密位LB1被如EA端为高电平(接Vcc端)，CPU则执行内部程序存储器中的指令。Fash储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压Vpp。换电路(包括光源、光敏器件、信号转换电路)、机械部件等组成。一般来说，(1)增量式编码器增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位等值的脉冲信号，其作用是提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化 度角的脉冲信号(即所谓的两组正交输出信号)，从而可方便地判断出旋转方向。同时还有用作参考零位的Z相标志(指示)脉冲信号，码盘每旋转一周，只发量周期；检测光栅上刻有A、B两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件就输出两组相位相差90°电度角的长，(2)绝对式光电编码器分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条绝对式光电编码器是利用自然二进制、循环二进制(格雷码)、二-十进制雷码)、十进制码、六十进制码(度、分、秒进制)码盘等。四位二元码盘(二图3.1-8(a)四位二元码盘图3.1-8(b)四位循环码盘图3.1-8(a)是一个四位二进制码盘，它的最里圈码道为第一码道，半圈差，可以采用循环码盘(格雷码盘)。图3.1-8(b)是一个四位循环码盘，它与二进制码盘相同的是，码道数也等于数码位数，因此最小分辨率也是式(1-2)求得，最内圈也是半圈透光半圈(3)混合式光电编码器密度的增量式透光缝隙(发2000，2500，3000PPR)，中间极的位置具有对应关系。通常它给出相位相差120度的三相信号，用于控制永磁伺服电机定子三相电流的相位。混合式光电编码器会输出三路波形信号，U (/U)、V(/V)和W(/W)三相脉冲信号彼此相差120度，每转的脉冲个数与电机的极对数相一致。根据U、V、W三相脉冲的高低电平关系可以判断电机磁会被清零，所以它的计数代表了机床的绝对位置。内循环码读出的4×16个位综上所述，增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B表3.1-5环境参数±0.5输出形式推拉式推挽式系统输出放大整形有有分辨率允许最大机械转数频率范围允许轴负载径向轴向9000r/min0.8uS/160KHz60N40N实惠性，本次设计决定采用增量式编码器，选择了长春第一光学有限公司的JXW-12A型号，其光电编码器的输出电压为5V。分个增量周期；分别用两个光栅面感光。由于两个光栅面具有90°的相位差，因耐耐振动30m/S2(10~200Hz)(X、Y、Z三个方向各2小时)耐冲击30m/S2(X、Y、Z量0.3KG(电工作环境-10~+60储存温度-20~+80上电初始化系统初始化第四章显示部分LED电子显示屏是由几万--几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。LED显示屏(LEDpanel)：LED就是lightemittingdiode，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。展。第五章仿真实现Proteus软件是由英国LabcenterElectronics公司开发的EDA工具软Proteus软件和我们手头的其他电路设计仿真软件最大的不同即它的功能不但强大，而且每种功能都毫不逊于Protel，是广大电子设计爱好者难得的一们选用具有动画演示功能的器件或具有仿真模型(3)提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调(4)具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。 2.把PROTEUS\MODEL目录下VDM51.DLL文件复制到keil安装目录的\c51\bin目录中。字可随意写。)ER结论个方面进行总结:定时计数器进行设计，较完全的开发了单片机自身的功能，接口利用了89C51检测、民用电器及其他应用。测量方法了在位移测量中获得较高的精度。应用范围广泛，可通过扩展进行二次开发。程序调试次的设计基本达到了设计的要求.参考文献[1]陈先锋实用光电编码器技术[J]./p-36401413.html[2]潘明东光电编码器输出脉冲的几种计数方法[J].电子工程师第30卷第8期[3]卢国纲位移测量技术及其传感器的最新发展[J].中国科学院自动化研究所WMEM4期2005年8月[4]李庆祥，徐端颐实用光电技术[M]．第一版．北京：中国计量出版社，1996，61—67[5]赵建玉,梁立新,黄明键用光电编码器测量直线位移[J].山东建材工业学院学报第14卷第2期2000年6月[6]孙育才MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M].东南大学出版社200