基于單片機(jī)的角度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)-wenkub
2023-06-21 22:45:35 本頁面
【正文】 。為了判斷碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)是順勢(shì)正還是逆時(shí)針，必須在光欄板上設(shè)置兩個(gè)透明區(qū)，兩者之間相差4/1截距，并設(shè)置了兩組對(duì)應(yīng)的光敏元件，由光敏元件來得出高低電平，進(jìn)而傳給單片機(jī)。 光電編碼器的測(cè)角精確度與碼盤圓周上的透光槽數(shù) n有關(guān)，能分辨的角度 α 為 360176。 由于碼道信號(hào)的讀取采用的是光電掃描原理，對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)的掃描是非接觸的，因此沒有磨損。光電編碼器測(cè)角體積小，承載能力強(qiáng)，數(shù)字化程度高，性能可靠，使用時(shí)間長。零位標(biāo)記碼道由幾個(gè)位置相互分立的光柵組成。一般的光電編碼器主要由光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成。2系統(tǒng)的基本構(gòu)成 該系統(tǒng)主要由光電編碼器，AT89S51單片機(jī)，D觸發(fā)器，1602液晶顯示屏等組成，系統(tǒng)基本框圖如21所示 圖21系統(tǒng)的基本框圖 光電式碼盤亦稱脈沖式角度—數(shù)字編碼器， 光電編碼器的光柵盤和內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖221所示。而且隨著傳感器技術(shù)和測(cè)量方法的發(fā)展，對(duì)于一些物理量的測(cè)量變得更方便。在以往的控制系統(tǒng)中，多數(shù)都是僅憑設(shè)備操作人員眼睛瞄準(zhǔn)指定目標(biāo)，然后作出相應(yīng)的控制，這樣就帶來一系列問題，如操作人員的經(jīng)驗(yàn)、瞄準(zhǔn)的精確的都肯能帶來一些較大的誤差。光學(xué)測(cè)角技術(shù)是隨著新型光電材料和器件的出現(xiàn)而發(fā)展起來的，光電編碼器方法測(cè)角具有體積小，重量輕，品種多，分辨力高，承載能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，可靠使用壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)。 角度是一個(gè)重要的幾何量計(jì)量參數(shù)，它不僅應(yīng)用于軍事領(lǐng)域還運(yùn)用于商業(yè)領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域，而我國的角度測(cè)量技術(shù)也經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，隨著21實(shí)際科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的角度計(jì)量工具框式水平儀和機(jī)械式測(cè)量方法將被數(shù)字角度測(cè)量?jī)x所取代，數(shù)字角度測(cè)量?jī)x具有性能穩(wěn)定，工作可靠，測(cè)量精確度高，使用簡(jiǎn)單，因此一個(gè)電子檢測(cè)，數(shù)字顯示的現(xiàn)代化角度測(cè)量時(shí)代即將開始。本文同時(shí)分析了角度測(cè)量?jī)x的硬件組成，設(shè)計(jì)原理，給出了設(shè)計(jì)程序。關(guān)鍵字：角度 光電編碼器 脈沖 單片機(jī) 顯示屏目錄 1 緒論 1 基于單片機(jī)的角度測(cè)量?jī)x的系統(tǒng)簡(jiǎn)介 2 22系統(tǒng)的基本構(gòu)成 3 3 3 AT89S51單片機(jī)的原理 6 83硬件部分的設(shè)計(jì) 10 .脈沖數(shù)與角度的關(guān)系 10 10 114軟件部分的設(shè)計(jì) 12 12 13 中斷 13 14總結(jié) 16參考文獻(xiàn) 17.1 緒論 角度測(cè)量是計(jì)算科學(xué)的重要組成部分隨著發(fā)產(chǎn)和科學(xué)的不斷發(fā)展，角度測(cè)量越來越廣泛應(yīng)用于機(jī)械，光學(xué)，航空航天，航海等各個(gè)領(lǐng)域，技術(shù)水平和準(zhǔn)確度也在不斷提高。 近年來工業(yè)上常用的測(cè)角方法有機(jī)械式測(cè)角技術(shù)、激光測(cè)角技術(shù)和光學(xué)測(cè)角技術(shù)。 基于單片機(jī)的角度測(cè)量?jī)x的系統(tǒng)簡(jiǎn)介 光電編碼器是集光，機(jī)，電于一體的轉(zhuǎn)速位移傳感器，當(dāng)編碼器轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)光柵圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤的狹縫切割成斷斷續(xù)續(xù)的光線，并被接收元件接收產(chǎn)生初始信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)后繼電路處理后輸出脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)傳輸給AT89S51單片機(jī)，利用AT89S51單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)光電編碼器輸出脈沖的加減可逆計(jì)數(shù)，而輸出的脈沖數(shù)與角度值成正比，通計(jì)算脈沖數(shù)進(jìn)而算出角度值。而機(jī)械式測(cè)角利用分度盤，而分度盤用不能無限增加，從而受到限制，利用角度測(cè)量?jī)x能夠可以很方便的顯示前后的角度差距，對(duì)工人的專業(yè)要求降低，可以提高生產(chǎn)效率，有助于產(chǎn)品質(zhì)量和安全提高。在數(shù)據(jù)管理上，也可以將數(shù)據(jù)測(cè)量出，通過通信的方式傳送到上位機(jī)，有助于產(chǎn)品和加工過程中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。 在一個(gè)圓盤上按碼道開有相等角距的縫隙， 在碼道上分為透明區(qū)和不透明區(qū)，分別代表“1”和“0”， 相當(dāng)于接觸式碼盤的導(dǎo)電區(qū)和不導(dǎo)電區(qū)。而光柵碼盤圖案主要由零位標(biāo)記碼道和循環(huán)碼道組成，零位標(biāo)記碼道稱作參考點(diǎn)碼道，用來檢測(cè)被物體角度的基準(zhǔn)點(diǎn)。 當(dāng)光柵盤隨被測(cè)工作軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)過一個(gè)縫隙，光電管就會(huì)感受到一次光線的明暗變化，然后將明暗光線發(fā)送給光敏電阻，使光電管的電阻值改變，這樣就把光線的明暗變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的強(qiáng)弱變化，而這個(gè)電信號(hào)的強(qiáng)弱變化近似于正弦波的信號(hào)，經(jīng)過整形和放大等處理，變換成脈沖信號(hào)。圖222 光電編碼器 增量式光電編碼器由主碼盤、鑒向盤、光敏元件和光電變換器組成。如果一個(gè)光柵的刻線與另一個(gè)光柵的狹縫對(duì)齊則光線無法通過，如果一個(gè)光柵的透明區(qū)剛好與另一光柵的透明區(qū)在同一條直線上時(shí)則光線剛好通過，利用光電掃描法可檢測(cè)到非常精細(xì)的柵線，掃描產(chǎn)生等同于柵線同期輸出的脈沖信號(hào)。/n，分辨率為 1/n 。當(dāng)檢測(cè)對(duì)象旋轉(zhuǎn)時(shí)，光碼盤會(huì)被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而光源一會(huì)穿過透明區(qū)，一會(huì)被遮擋，就這樣循環(huán)反復(fù)， A、B 信號(hào)的波形及其時(shí)序關(guān)系得出，A的高電平先于B出現(xiàn)，則判斷為正轉(zhuǎn)，B的高電平先于A出現(xiàn)時(shí)則判斷為反轉(zhuǎn)。光電編碼器的A,B,Z輸出的波形圖如223所示。3，片內(nèi)帶128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。7，21個(gè)字節(jié)特殊功能寄存器。11，1個(gè)全雙工的串行I/O接口，可多機(jī)通信。15，采用+5V電源。外接晶振引腳（2根）XTAL1為單片機(jī)的第19引腳，作用是片內(nèi)振蕩電路的輸入端。PSEN單片機(jī)的第29引腳，為外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。PO口單片機(jī)的第32引腳到第39引腳，為8位雙向I/O口線，～。上面就是AT89S51單片機(jī)引腳的簡(jiǎn)單介紹，其它51系列家族的單片機(jī)80380589C51等引腳和89S51兼容，只是個(gè)別引腳功能定義不同。端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。對(duì)于顯示英文操作，只需要8位（一字節(jié)）即可。符號(hào)功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3VO液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，對(duì)比度最弱時(shí)是接正電源，然而接
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