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根据光栅位移传感器硬件电路设计

基于光栅位移传感器硬件电路设计-本设计的硬件电路主要由单片机89C51、计数器8253、细分与辨向电路、信号变换电路和光栅位移传感器组成。如图1所示。

光栅作为精细丈量的一种东西,因为他自身具有的长处,已在精细仪器、坐标丈量、精确定位、高精度精细加工等范畴得到了广泛的使用[1,2]。光栅丈量技能是以光栅相对移动所构成的莫尔条纹信号为根底的,对此信号进行一系列的处理,即可取得光栅相对移动的位移量[3]。将光栅位移传感器与微电子技能相结合,进行线性位移量的丈量,以完成较高的丈量精度。本文选用光栅作为传感元件,经接纳元件后变为周期性改变的电信号(近似正弦信号),选用逻辑辨向电路差异位移的正反向,使用单片机进行数据处理并显现成果。软件选用汇编语言完成。

1 硬件电路

本规划的硬件电路主要由单片机89C51、计数器8253、细分与辨向电路、信号改换电路和光栅位移传感器组成。如图1所示。

1.1 光栅位移传感器

光栅位移传感器包含以下几部分:光栅;光栅光学组成。光栅光学体系的作用是构成莫尔条纹;光电承受体系。光电承受体系是由光敏元件组成,他将莫尔条纹的光学信号转换成电信号,本体系选用的光敏元件是4个硅光电池。

依据光栅位移传感器硬件电路规划

 
1.2 信号改换电路

信号改换便是将由光敏元件输出的正弦电信号转换成方波信号。本文中选用的比较器LM339,来自光栅的莫尔条纹照到光敏元件硅光电池上,他们所输出的电信号加到LM339的2个比较器的正输入端上,而在这2个比较器的负输入端别离预制必定的参阅电压,该参阅电压应使光栅输出的方波的高、低电平宽度相同。

1.3 细分与辨向电路

1.3.1 细分电路

为记载光栅上移过的条纹数目和判别光栅的移动率等,传感器中选用4极硅光电池来接纳莫尔条纹信号。调整莫尔条纹的宽度B,使他正好与4个硅光电池的宽度相同。则可直接取得在相位上顺次相差90°的4路信号,即进行4倍细分。如图2所示。

依据光栅位移传感器硬件电路规划

依据光栅位移传感器硬件电路规划


1.3.2 辨向电路

位移除了有巨细的特色外,还具有方向的特色。为了区分标尺光栅位移的方向,仅靠一个光敏元件输出一个信号是不可的。必须有2个以上的信号依据他们的相位不同来判别位移方向。因而,本规划选用的是4个硅光电池来接纳莫尔条纹信号,则输出的4路信号在相位上顺次相差90°,使用这种特色规划的辨向电路的如图3所示。图中u1,u2和u3,u4别离通过相同的电路完成对位移方向的差异。当莫尔条纹上移时(假定通过硅光电池的前2个,此刻u1,u2有信号,u3,u4无信号),则图中A点有计数脉冲,B点为稳定电平;当莫尔条纹下移时(假定通过硅光电池的前2个,此刻u1,u2有信号,u3,u4无信号),则图中B点有计数脉冲,A点为稳定电平。用2个不同计数器别离记载上移和下移所构成的脉冲数,即可完成辨向。

1.4 LED显现

本文选用动态4位显现。第1位为符号为,莫尔条纹上移为正,下移为负;第2,3位为整数位;第4位为小数位。将一切的段选线并联在一起,由单片机的P1口操控,而共阴极公共端别离由P3.0,P3.1,P3.2,P3.3操控,完成各位分时选通。

2 软件部分

软件部分主要有收集子程序、数据处理和显现子程序组成[4]。

依据光栅位移传感器硬件电路规划


收集子程序完成对计数值的读入和转化;数据处理子程序完成对收集数据的线形化处理;显现子程序对成果进行循环显现。程序的流程如图4所示。

3 结 语

本文中,规划的硬件选用比较器LM339把光敏器材输出信号转换成方波信号,选用逻辑辨向电路,对光栅的正向、反向移动做精确的判别;选用8253的2个计数器别离对正反两路信号进行计数,然后,用89C51进行数据处理,送到显现器显现。硬件结构简略、成本低、作业牢靠、精度比较高;软件选用汇编语言完成,程序简略、可读性强、效率高。

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