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一种简单实用的测角码盘设计方案

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

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;并以码盘信号的产生、处理和传输为主线,详细说明工作原理,进而再次证明其简单便宜的突出优点。

    关键词:测角码盘 编码胶片 状态编码

测控系统中,经常用到采集各种角度参数或对转动机构进行测速的角度传感器。目前,市场上一些具有成熟技术的角度传感器有自增角机、电位器、(范文先生网www.fwsir.com收集整理)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,但结构复杂,往往难于同时满足结构简单、价格便宜的要求。本文介绍一种光电码盘设计方案,硬件结构非常简单、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 原始信号的产生

(1)信号产生原理

图1是码盘产生原始信号的原理示意图。

本码盘用于采集信号的器件是一对发光管和接收管,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相同的编码胶片,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。一种简单实用的测角码盘设计方案上电后,发光管会连续不断地发射信号,但由于胶片是黑白相同的,所以当黑色部分正对发光管时,发光管发出的信号将被阻挡,使接收管接收不到信号;而当白色部分正对发光管时,发光管发出的信号将透过胶片射到接收管上。这样,在接收端就得到两路连续变化的正弦波。

(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信号变化恰好相反。这样,通过A、B信号不同的变化规律实现对方向的判别。

1.2 信号处理

图3是码盘信号处理电路图。
一种简单实用的测角码盘设计方案
    该电路的主要任务是将产生的原始模拟信号转换为数字信号,即模数转换。由传感器产生的0V为振荡中心的正弦波信号,经跟随器处理后转换为以+2.5V为振荡中心的正弦波信号。通过调节电位器,使其波形达到最佳状态,然后,经过大器将正弦波信号放大10倍。此时,由于放大的拉伸作用,被钳位在0~5V之间的信号已具有非常陡的上升沿和下降沿,最后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 信号控制及传输

图5为控制传输电路图。

    这部分主要通过软件编程实现对信号的处理。硬件结构包括信号处理芯片AT89C2051、信号传输芯片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。正常工作时,由89C2051为其定时提供触发信号,不产生复位;若发生错误,则在距上次触发信号1.6s后,该电路会自动产生复位信号,对89C2051进行复位。

信号处理电路产生的方波信号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态变化,实现功能选择。最后,通过端口Px.k控制的串行通信 芯片75176传给主控板,实现信号的控制传输。
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2 软件设计

2.1 状态编码

由图4可知,A、B信号的相位相差1/4个周期,所以可得图6所示的状态变换图。

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