【正文】 案使用的都是容易購(gòu)買的簡(jiǎn)單器件，且軟件編程任務(wù)量少。 說明實(shí)際應(yīng)用電路中各級(jí)輸出信號(hào)與原理電路的設(shè)計(jì)完全相符，軟件采集的信號(hào)為真 實(shí)值。在軟件中確定了碼盤采集量的上下限和單位變化量，從而限定了高低角的變化范圍，也達(dá)到了采集精度要 求 。若出現(xiàn)丟碼現(xiàn)象，說明單片機(jī)采集速度低于碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)速度，可根據(jù)實(shí)際情況更換采集芯片或降低碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)速度。對(duì)高低角增減判斷 主要通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，這段程序如下。 以高低角采集為例，系統(tǒng)指標(biāo)要求高低角變化范圍是 50～ 1450 密位，設(shè)計(jì)中采用的編碼膠片精度是 480 單位 /圈。 應(yīng)用實(shí)例 把該設(shè)計(jì)應(yīng)用到筆者開發(fā)的項(xiàng)目 — 某型轉(zhuǎn)達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)上。 ③ 在執(zhí)行程序中，可根據(jù)不同 需要設(shè)定上下限進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 ② 初始化完成后，軟件將檢測(cè)端口 和 ，程序用兩位記錄端口相鄰狀態(tài)值，左一位代表前一狀態(tài)，右一位代表當(dāng)前狀態(tài)，然后通過帶進(jìn)位的左循環(huán)指令進(jìn)行狀態(tài)更新。 ① 上電開始后，軟件首先對(duì) AT89C2051 的內(nèi)部寄存器和 RS422 串行口進(jìn)行初始化。 軟件編程 軟件流 程圖如圖五所示。 0 01 10 11 0+ （圖四） 若規(guī)定順序時(shí)針方向計(jì)數(shù)器為加，逆時(shí)針方向計(jì)數(shù)器為減。最后，通過端口 P 控制的串行通 信 芯片 75176 傳給主控板，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的控制傳輸。正常工作時(shí)，由 89C2051 為其定時(shí)提供觸發(fā)信號(hào)，不產(chǎn)生復(fù)位；若發(fā)生錯(cuò)誤，則在距上次觸發(fā)信號(hào) 后，該電路會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，對(duì) 89C2051 進(jìn)行復(fù)位。硬件結(jié)構(gòu)包括信號(hào)處理芯片 AT89C205信號(hào)傳輸芯片 75176 和相應(yīng)的復(fù)位電路。 信號(hào)控制及傳輸 （ 圖 三） 為控制傳輸電路圖。此時(shí)，由于放大的拉伸作用，被鉗位在 0～ 5V之間的信號(hào)已具有非常陡的上升沿和下降沿，最后經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后，以方波形式輸給單片機(jī)。由傳感器產(chǎn)生的 0V 為振蕩中心的正弦波信號(hào)，經(jīng)跟隨器處理后轉(zhuǎn)換為以 +為振蕩中心的正弦波信號(hào)。 信號(hào)處理 圖 3 是碼盤信號(hào)處理電路圖。 同理，當(dāng)膠片向右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， A、 B 信號(hào)變化恰好相反。 （ 2）方向判別原理 圖 2 為原理示意圖。上電后，發(fā)光管會(huì)連續(xù)不斷地發(fā)射信號(hào)，但由于膠片是黑白相同的，所以當(dāng)黑色部分正對(duì)發(fā)光管時(shí)， 發(fā)光管發(fā)出的信號(hào)將被阻擋，使接收管接收不到信號(hào)；而當(dāng)白色部分正對(duì)發(fā)光管時(shí)，發(fā)光管發(fā)出的信號(hào)將透過膠片射到接收管上。 工作原理 原始信號(hào)的產(chǎn)生 （ 1）信號(hào)產(chǎn)生原理 本碼盤用于采集信號(hào)的器件是一對(duì)發(fā)光管和接收管，每個(gè)管內(nèi)有兩套收發(fā)裝置。這些產(chǎn)品中，有的精度很高，但價(jià)格昂貴，有的價(jià)格便宜，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往難于同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜的要求。 測(cè)控系統(tǒng)中，經(jīng)常用到采集各種角度參數(shù)或?qū)D(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)速的角度傳感器。激光測(cè)角儀有單頻，雙頻和環(huán)形激光測(cè)角儀三種。目前，野外測(cè)量?jī)x器普遍采用的光電測(cè)角方法是利用摩爾干涉條紋技術(shù)的增量法（即圓光柵法）和利用光電編碼度盤的絕對(duì)法。隨著光電技術(shù)的發(fā)展，目前世界上已研制出能自動(dòng)測(cè)距和測(cè)角，并自動(dòng)記錄或顯 示角度、距離、高程和坐標(biāo)的儀器，這種儀器成為全站式電子速測(cè)儀，其自動(dòng)測(cè)角均采用的是光電測(cè)角的方法，光電測(cè)角不但可以消除人眼誤差影響，提高測(cè)量精度，更重要的是能使測(cè)角過程自動(dòng)化，因而大大減輕了測(cè)量工作的勞動(dòng)強(qiáng)度和提高了作業(yè)效率。這樣，就可將方位角和高低角的信息同距離信息一道送入微型計(jì)算機(jī)中去處理，從而可同時(shí)迅速獲得水平距、高程和坐標(biāo)等使用數(shù)據(jù)。 關(guān)鍵字：測(cè)角碼盤 編碼膠片 狀態(tài)編碼 角度測(cè) 量 光學(xué)方法 abstract Angle measurement with optical methods Optical methods are one of the most effective way of dynamic angle measurement with high accuracy . Firstly， this article introduces one kind of manufacture simply, the price small advantage, the application surface broad angulation coded disk design proposal。其次， 對(duì)目前發(fā)展較快的幾種角度測(cè)量的光學(xué)方法 圓光柵測(cè)角法、光學(xué)內(nèi)反射小角度測(cè)量法、激光干涉測(cè)角法和環(huán)形激光測(cè)角法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并且分別給出了每種方法的測(cè)量原理和發(fā)展現(xiàn)狀，比較了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，給出了每種方法的應(yīng)用場(chǎng)合和發(fā)展前景 。摘 要 光學(xué)測(cè)角法是高精度動(dòng)態(tài)角度測(cè)量的一種有效的解決途徑 。本文首先 介紹一種制作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、應(yīng)用面廣的測(cè)角碼盤設(shè)計(jì)方案；并以碼盤信號(hào)的產(chǎn)生、處理和傳輸為主線，詳細(xì)說明工作原理，進(jìn)而再次證明其簡(jiǎn)單便宜的突出優(yōu)點(diǎn)。最后，簡(jiǎn)單展望大比例尺數(shù)字測(cè)圖的發(fā)展趨勢(shì)。 And take the coded disk signal production, processing and the transmission as the master line, the specify principle of work,then once more proves its simple cheap prominent merit. Secondly sweveral well developed optical methods of angle measurement with radical gratings, angle measurement based on internalreflection effect, laser interference angle measurement system and ring laser goniomcters are described in detail. The principle, present status and application situation of each method is displayed .The superiority and defects of these methods are lined out. The development future of each method is given at , introduces the trend of development of the great proportion dimension figure survey simply . Keyword : angle measurement optical method 第一章 測(cè)角碼盤 引言 進(jìn)行角度測(cè)量在測(cè)繪領(lǐng)域，通常都使用光學(xué)經(jīng)緯儀，這是一種傳統(tǒng)的目視光學(xué)測(cè)角方法，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，要求室外測(cè)量?jī)x器必須朝著輕便、快速、高精度、自動(dòng)化、多功能的方向發(fā)展，因而不但要求測(cè)距自動(dòng)化還要求測(cè)角也能自動(dòng)化、數(shù)字化。這就為地形、勘查、工程、大地等測(cè)量提供了更加實(shí)用的工具和手段。光電測(cè)角是利用光電轉(zhuǎn)換器件將角度位移量的編碼或干涉的光信息轉(zhuǎn)換為電信息后，經(jīng)譯碼或參與運(yùn)算的電子電路而得出所測(cè)的角度的。此外，利用激光干涉原理也可測(cè)量角度，它主要采用三角法， 將角位移轉(zhuǎn)換為線位移再進(jìn)行測(cè)量。它們對(duì)環(huán)境條件有較嚴(yán)的要求，前三種只是用于測(cè)量小的轉(zhuǎn)角，后一種雖然測(cè)角范圍不受限制但存在頻率牽引、閉鎖、零漂等問題，且沒有三百六十度 子封 閉性，所以野外測(cè)量?jī)x器沒有采用。目前，市場(chǎng)上一些具有成熟技術(shù)的角度傳感器有自增角機(jī)、電位器、碼盤、霍爾元件和齒輪計(jì)數(shù)器等。 本文介紹一種光電碼盤設(shè)計(jì)方案，硬件結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單、成本價(jià)格十分便宜，而且穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)，又能滿足多數(shù)情況下的精度要求。其功能實(shí)現(xiàn)過程為：在發(fā)光管和接收管之間放一圓形黑白相間且寬度相同的編碼膠片，使三者分別處于相互平行的平面內(nèi)，將發(fā)光管和接收管中心對(duì)正，并使編碼膠片可以繞其軸心旋轉(zhuǎn)。這樣，在接收端就得到兩路連續(xù)變化的正弦波。 編碼膠片寬度是收發(fā)裝置距離的兩倍，兩收發(fā)裝置位置關(guān)系應(yīng)滿足 B=(+)+A，圖中 n=0。這樣，通過 A、 B 信號(hào)不同的變化規(guī)律實(shí)現(xiàn)對(duì)方向的判別。 該電路的主要任務(wù)是將產(chǎn)生的原始模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，即模 數(shù)轉(zhuǎn)換。通過調(diào)節(jié)電位器，使其波形達(dá)到最佳狀態(tài)，然后，經(jīng)過大器將正弦波信號(hào)放大 10 倍。其波形關(guān)系如圖 4 所示。 看 們 購(gòu) 電 路8 9 C 2 0 5 1P x . mP x . n T X DP x . kR X DR X D7 5 1 7 6T X D至 主 控 板+ 5 V12438765信 號(hào) A信 號(hào) B （圖三） 這部分主要通過軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的處理。其中，復(fù)位電路采用由 MAX813L 芯片組成的看門狗電路。 信號(hào)處理電路產(chǎn)生的方波信號(hào) A、 B 由端口 和 ，然后通過軟件比較端口現(xiàn)在時(shí)刻和下一時(shí)刻的狀態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)功能選擇。 軟件設(shè)計(jì) 狀態(tài)編碼 由圖 （一） 可知， A、 B 信號(hào)的相位相差 1/4 個(gè)周期，所以可得圖 （四） 所示的狀態(tài)變換圖。 這樣，通過不同狀態(tài)值的變換就可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加操作、減操作和不操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的連續(xù)處理功能。 開 始初 始 化判 斷 輸 入 端 狀態(tài)查 真 值 表丟 碼 報(bào) 警 子 程 序