【正文】 2）雙絞線傳輸在應(yīng)用系統(tǒng)的長線傳輸中，雙絞線是較常用的一種，與同軸電纜相比，雖然頻帶較差，但阻抗高，抗共模噪聲能力強，它還能使各個小環(huán)路的電磁感應(yīng)干擾相互抵消，對電磁場有一定的抑制效果。為保證長線傳輸?shù)目煽啃裕饕胧┯校?）光電藕合隔離采用光電藕合器將單片機(jī)和前、后向通道之間直接的電氣聯(lián)系切斷，有效地防止干擾從過程通道進(jìn)入單片機(jī)。過程通道干擾及抗干擾措施過程通道是前向接口、后向接口與單片機(jī)或單片機(jī)相互之間進(jìn)行信息傳輸?shù)穆窂?，其中長線傳輸是主要干擾因素。為防止從電源系統(tǒng)引入的干擾，硬件系統(tǒng)采取以下幾項措施:1）使用交流穩(wěn)壓器，保證供電的穩(wěn)定性，防止電源系統(tǒng)的過壓與欠壓。一般情況下空間干擾的強度遠(yuǎn)小于其它兩項干擾，而且可以用良好的屏蔽和正確的接地、高頻濾波加以解決，所以硬件系統(tǒng)重點防止供電系統(tǒng)和過程通道干擾。2）過程通道干擾，干擾通過與主機(jī)相聯(lián)的前、后向通道進(jìn)入。廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計32 總電路圖激光掃描測徑儀系統(tǒng)的設(shè)計33 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計硬件系統(tǒng)可靠性由多種因數(shù)決定，其中抗干擾性能是系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)，所以抗干擾設(shè)計是硬件系統(tǒng)研制中不可忽視的一個重要內(nèi)容。它的基本任務(wù)主要包括測量的直徑數(shù)據(jù)實時預(yù)處理、顯示以及與上級計算機(jī)通訊等。G 1G 2R 1R 2C 2C 11ov 2ov+ I2v1Iv圖 48 晶振電路原理圖單片機(jī)數(shù)據(jù)處理及顯示電路設(shè)計圖 49 數(shù)據(jù)處理單片機(jī)數(shù)據(jù)處理及顯示電路單片機(jī)與 PC 機(jī)通訊電路激光掃描測徑儀系統(tǒng)的設(shè)計31圖 410 單片機(jī)與 PC 機(jī)通訊接口電路單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)電路 圖 411 單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)接口電路 圖 412 89C51 單片機(jī)封裝引腳圖 主控器的選擇本系統(tǒng)以 AT89C51 單片機(jī)作為主控制器的 CPU，運用匯編語言采用模塊化結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行程序設(shè)計，其層次清晰，各功能模塊的設(shè)計與調(diào)試可分別進(jìn)行，編程效率高且有利于提高系統(tǒng)的實時性。D 觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài) 、次態(tài) 和輸入信號 D 的關(guān)系為 =D。光電信號放大采用低噪聲寬頻帶運算放大器,以保證光電信號得到無失真放大。圖中，在光伏模式時，光電二極管可非常精確的線性工作；而在光導(dǎo)模式時，光電二極管可實現(xiàn)較高的切換速度，但要犧牲一定的線性。本系統(tǒng)對穩(wěn)定性要求很高所以采用 2DU 系列硅光電二極管，其參數(shù)如下：型號2DU2 響應(yīng)度 ~100 A 上升時間 100ns 峰??值波長 900nm 工作光譜范圍 400~1100nm。盡量選用光照窗口面積大的管子，如2CU1 或 2DUB。2DU 型光電二嵌管，卻有三條引線，分別稱前扳、后極和環(huán)極( 如圖 44 中的 2DUA、2DUB )，前極即光敏區(qū)(N)引線；后級為對底(P)引線；環(huán)極是為了減少暗電流、提高管子穩(wěn)定而設(shè)計的，通常接公共極(地線)。 光電二極管的種類很多。光電二扳管的主要參數(shù)有最高工作電壓、暗電流、光電流、光電靈敏度、結(jié)電容、響應(yīng)時間等。 光 的 強 度 越 大 ， 反 向 電 流 也 越 大 。 那 么 ， 它 是 怎 樣 把 光 信 號 轉(zhuǎn)換 成 電 信 號 的 呢 ？ 大 家 知 道 ， 普 通 二 極 管 在 反 向 電 壓 作 用 圖 43 光 電 二 極 管在 處 于 截 止 狀 態(tài) ， 只 能 流 過 微 弱 的 反 向 電 流 ， 光 電 二 極 管 在 設(shè) 計 和 制 作 時 盡 量 使PN 結(jié) 的 面 積 相 對 較 大 ， 以 便 接 收 入 射 光 。光 電 二 極 管 和 普 通二 極 管 一 樣 ， 也 是 由 一 個 PN 結(jié) 組 成 的 半 導(dǎo) 體 器 件 ， 也 具 有 單方 向 導(dǎo) 電 特 性 。設(shè)被測件的被測直徑為 D，其對應(yīng)的信號脈沖寬度為 T，則T=D/V （41）將式(223)代入式(41)整理得D=4πnfT (42)假設(shè)高頻振蕩器的脈沖周期為 ，頻率為 γ，則在 T 時間內(nèi)被測件的被測直徑所0T激光掃描測徑儀系統(tǒng)的設(shè)計27包含的高頻脈沖個數(shù) A 為 （43）0T?由式(42)和式(43)可得每個高頻脈沖代表的數(shù)值是 (44)??fn4AD?則被測件的被測直徑可由下式給出: (45)n4????f當(dāng)系統(tǒng)確定后，4πnf/γ=常數(shù)，被測尺寸 D 就可由高頻脈沖數(shù) A 確定。所以光學(xué)系統(tǒng)參數(shù) f 和電學(xué)系統(tǒng)參數(shù) γ 就要在已確定的咨與 n 的約束情況下，根據(jù)本身的內(nèi)在因素與系統(tǒng)的要求來確定。δ 的選擇，一般是根據(jù)數(shù)據(jù)處理的方便性選定。δ、n、f、r 四個參數(shù)之間是相互聯(lián)系又相互制約的。另外，電路采用同步供電的方式，它選用 10MHz 的晶體振蕩器作為基頻，利用晶體振蕩源經(jīng)分頻器分頻到 50Hz，用以控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)掃描次數(shù)等于預(yù)先給定的某數(shù)時，便產(chǎn)生一個脈沖送到延時電路中，經(jīng)延時電路產(chǎn)生兩個復(fù)制脈沖(f，G)分別作選通信號和置數(shù)清除信號，執(zhí)行電路的邏輯功能，實現(xiàn)電路的一次測讀過程。高頻脈沖數(shù)與測件直徑成正比。顯然D 這個脈沖與測件是否存在無關(guān)。信號 B2 送到脈沖分離電路中，經(jīng)過脈沖分離、整形后輸出被測件脈沖，如圖中 C2 所示。從光電管上輸出的信號經(jīng)過放大整形，削去了前后沿，如圖中之 B1 及B2 所示。當(dāng)工件沒有置于掃描區(qū)時，光電管之輸出信號為圖中之 A1 所示。 硬件系統(tǒng)設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計及原理結(jié)構(gòu)設(shè)計激光測徑儀數(shù)據(jù)處理部分結(jié)構(gòu)為圖 41 所示,包含光電信號放大、整形、變換及計數(shù)電路、單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路。拋光時，把待拋光的多面鏡固定在拋光機(jī)上，用瀝青和樹脂膠作拋光劑，同時添加鋁氧粉和水的混合液作為潤滑劑。這里所談的拋光與通常的玻璃透鏡或棱鏡拋光一樣，都使用瀝青研磨，瀝青是一種極精細(xì)的研磨劑。廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計24用肉眼觀察，金剛石切削后的表面近似于光學(xué)鏡面，但如果用顯微鏡放大，可以觀察到加工后的鏡面就像一塊很密的光柵，光束照射其上，短波段光波（如紫外光）的鏡面反射效率不高。3）金剛石切削鏡面切削加工時在金剛石切削機(jī)床上完成的，切削刀具實際是一顆金剛石，加工方式是車削和銑削。光學(xué)玻璃加工用的是注模法。 多面體轉(zhuǎn)鏡的工藝設(shè)計多面體邊轉(zhuǎn)鏡加工方法不止一種，一般的加工工藝過程如下：1）注模 注模是根據(jù)設(shè)計用溶液（金屬溶液、玻璃溶液等）繞鑄法，預(yù)先形成坯料。絕緣強度:B。環(huán)境溫度10℃～+40℃。重量 。相電阻。最大靜轉(zhuǎn)矩 相電流 。17HS101 型步進(jìn)電機(jī)參數(shù)如下：相數(shù):2。 驅(qū)動器可由通用集成電路和分立元器件搭成，也有專用集成電路。工作時，各繞組按一定次序、時間，把適當(dāng)?shù)碾妷?、電流加到各個繞組。圖 35 轉(zhuǎn)鏡軸圖 36 聯(lián)軸器 圖 37 轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)裝配圖 步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)有反應(yīng)式、永磁式和混合式。電機(jī)支架如圖 37 示。 圖 34 工件支架及墊板廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計22 步進(jìn)電機(jī)支架及轉(zhuǎn)鏡支撐件設(shè)計支撐轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)鏡軸如圖 35 示，軸與轉(zhuǎn)鏡采用鍵連接。工件支架及墊板見圖 34 支架采用 HT150 鑄造，灰口鑄鐵抗壓強度一般在 500650MPa 之間，則支架能承載最大工件重量 M=A =120 550MPa=66kN。V 形支撐架，兩個 V 形支架之間間隙保證足夠?qū)挸ǎ岳诠庑盘栱樌ㄟ^。為此，反 射鏡要有相應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)， 如圖 32 圖 32 反射鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖激光掃描測徑儀系統(tǒng)的設(shè)計21 透鏡系統(tǒng)設(shè)計透鏡裝夾機(jī)構(gòu)、會聚透鏡裝夾機(jī)構(gòu)、傳感器裝夾機(jī)f?構(gòu)都采用統(tǒng)一基本模型，保持一致的高度寬度以利于光信號的準(zhǔn)確傳播。圖 31 精密機(jī)械系統(tǒng)立體結(jié)構(gòu)圖 反射鏡系統(tǒng)設(shè)計反射鏡在光學(xué)系統(tǒng)中的作用是改變光路以使整個儀器 的結(jié)構(gòu)緊湊小巧，而反射鏡的安裝如果出現(xiàn)偏差，入射光的 入射點就不能成像到焦點處，經(jīng)過的掃描光線將不是平行光。此外，還需要考慮光學(xué)機(jī)械部件的干涉、材料的選擇、溫度的影響、受力的變形、精密調(diào)整、裝配和加工等一系列因素。各光學(xué)元件之間的相互位置關(guān)系，僅靠機(jī)械加工無法滿足這方面的要求，機(jī)械定位部分應(yīng)留有一定的調(diào)整廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計20空間，手工調(diào)整來檢測系統(tǒng)的各光學(xué)系統(tǒng)總體參數(shù)的要求。又由于要保證光學(xué)系統(tǒng)光軸在一個平面內(nèi)，因此對光學(xué)機(jī)械部件的機(jī)械設(shè)計，對整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，要求較高。箱體采用鑄件結(jié)構(gòu)，分箱蓋和箱底兩部分。溫度變化、應(yīng)力、變形、振動、加工誤差等都會對光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)產(chǎn)生很大的影響。意為十二面體在2N12N?一次掃描中，掃描光闌八面體僅轉(zhuǎn)動 =15176。2 設(shè)十二面體反射面位于 透鏡焦面處，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)(64mm)在 透鏡處，則十二面f?f?體反射面對光闌的張角為 2 =30176。 越小，??系統(tǒng)分辨率越高。掃描頻率 2022Hz；電機(jī)轉(zhuǎn)速 600 轉(zhuǎn)／min；多面體面數(shù) N= l2；多0d面體厚度 h=8mm；多面體小平面反射率85％；多面體小平面平面度小于λ／10=670nm/10=67nm ；多面體外接圓半徑 R= 30 mm。)220= mm；掃描角 2α=30176。 ?至此，我們所采用的掃描器參數(shù)為：掃描范圍：l =2α?=2(15176。=??? 452/45)18R= =)]}([])1(2{[ ???YXYX? 0?而 =，所以掃描用旋轉(zhuǎn)多面體半徑 R=，而多面體厚度 h 應(yīng)大于02 =，因此，取 h=8mm。=])1(cos[)/360cos(????N?Y= =cos15176。所以 α=15176。圖 29 Rη 曲線本系統(tǒng)掃描寬度約 100 mm，轉(zhuǎn)鏡掃描 2θ =176。多面體半徑太大，面數(shù)多，這給加工和激光掃描測徑儀系統(tǒng)的設(shè)計17安裝調(diào)試帶來很大困難，所以我們認(rèn)為在上面給定的條件下。R η 曲線如圖 29 所示， 由圖可見，當(dāng) η 后， R0隨 η 增大而迅速增大。當(dāng) α=18176。在給定掃描的情況下， 在設(shè)計多面鏡時， 掃描效率多0?大才合理呢?以 α=18176。 旋轉(zhuǎn)多面體半徑為 R， 面數(shù)為 N， 一次掃描多面鏡的角位移0?為 α( 等于反射光掃描角的一半) 為 N/360]/45cos)/180([cos]/45cos)/18[cos( .00 ????? ?????? RN??（216）空程角 Δα 為Δα= ?/360?= （2]/45cos)/180(c[os]/45cos)/18[cos( 00 RNRN????????17）我們定義 為掃描效率，則??36//360?????）（N= （2??18）令 X= ]/)1(cos[)/360cos( ?????N?Y= ??? 45cos24518則 R= （22/120 )]}(/[])({[ ???YXYX?19）根據(jù)給定的掃描角 2θ( 相應(yīng)的 α=θ) 和多面體掃描效率 η 就可以根據(jù)上面的公式求出旋轉(zhuǎn)多面體的半徑 R 和多面體的面數(shù) N。為減小掃 描空程，應(yīng)加大每一反射面的線度，即加大多面體的半徑，使尺寸加大，但又受到掃描電機(jī)及轉(zhuǎn)速的限制，因此，合理設(shè)計多面鏡就必須弄清掃描角，光斑尺寸，掃描空程，多面體半徑及多面鏡數(shù)等之間的相互關(guān)系。所以，這種掃描是間斷的。這時掃描光的強度是變化的。當(dāng)多面鏡發(fā)生 Δθ 角位移時，反射光發(fā)生 2Δθ 的角位移。 多 面 體 反 射 鏡 設(shè) 計 計 算我們采用高慣性局部照明的旋轉(zhuǎn)多面體作為掃描偏轉(zhuǎn)元件。有 關(guān) 各 項 的 允 許 值 主 要 由 對 像 質(zhì) 的 要 求 來 決 定 ， 例 如 :激 光 仿 真 用 的 16 面 多 棱反 射 鏡 ， 其 各 面 的 分 度 誤 差 以 及 各 面 對 轉(zhuǎn) 軸 的 傾 斜 公 差 在 2″ 以 內(nèi) ， 各 面 對 中 心 軸的 偏 離 為 ， 平 面 度 在 λ /10 以 下 。 其 技 術(shù) 規(guī) 格 和 公 差 有 以 下一 些 項 目 ， 如 圖 28 所 示 ： 機(jī) 械 特 性 ：1） 面 數(shù) N 及 各 面 的 面 形 誤 差 ； 2） 反 射 面 到 中 心 的 距 離 A 和 公 差 ； 3） 反 射 面寬 度 B 和 公 差 ； 4） 反 射 面 與 反 射 面 的 角 度 C 及 公 差 ； 5） 裝 配 孔 的 直 徑 D 和 公 差 ；如 圖 28激光掃描測徑儀系統(tǒng)的設(shè)計15圖 28 棱 鏡 尺 寸 規(guī) 格 圖 光 學(xué) 特 性 ：1） 反 射 面 的 平 面 度 ； 2） 表 面 反 射 率 ； 3） 表 面 質(zhì) 量 ； 4） 基 體 材 料 ： a、 一 般情 況 下 選 用 銘 與 銘 合 金 ； b、 高 速 時 選 用 不 銹 鋼 或 被 合 金 ； c、 特 殊 低 速 時 選 用 石 英 、硼 硅 玻 璃 和 可 切 削 的