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一種簡單實用的測角碼盤設(shè)計方案
摘要：介紹一種制作簡單、價格便宜、應(yīng)用面廣的測角碼盤設(shè)計方案；并以碼盤信號的產(chǎn)生、處理和傳輸為主線，詳細(xì)說明工作原理，進(jìn)而再次證明其簡單便宜的突出優(yōu)點。關(guān)鍵詞：測角碼盤 編碼膠片 狀態(tài)編碼
測控系統(tǒng)中，經(jīng)常用到采集各種角度參數(shù)或?qū)D(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行測速的角度傳感器。目前，市場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、霍爾元件和齒輪計數(shù)器等。這些產(chǎn)品中，有的精度很高，但價格昂貴，有的價格便宜，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往難于同時滿足結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜的要求。本文介紹一種光電碼盤設(shè)計方案，硬件結(jié)構(gòu)非常簡單、成本價格十分便宜，而且穩(wěn)定性好、使用壽命長，又能滿足多數(shù)情況下的精度要求。
1 工作原理
1.1 原始信號的產(chǎn)生
（1）信號產(chǎn)生原理
圖1是碼盤產(chǎn)生原始信號的原理示意圖。
本碼盤用于采集信號的器件是一對發(fā)光管和接收管，每個管內(nèi)有兩套收發(fā)裝置。其功能實現(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正，并使編碼膠片可以繞其軸心旋轉(zhuǎn)。上電后，發(fā)光管會連續(xù)不斷地發(fā)射信號，但由于膠片是黑白相同的，所以當(dāng)黑色部分正對發(fā)光管時，發(fā)光管發(fā)出的信號將被阻擋，使接收管接收不到信號；而當(dāng)白色部分正對發(fā)光管時，發(fā)光管發(fā)出的信號將透過膠片射到接收管上。這樣，在接收端就得到兩路連續(xù)變化的正弦波。
（2）方向判別原理
圖2為原理示意圖。
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=(0.7n+0.35)+A，圖中n=0。
同理，當(dāng)膠片向右轉(zhuǎn)動時，A、B信號變化恰好相反。這樣，通過A、B信號不同的變化規(guī)律實現(xiàn)對方向的判別。
1.2 信號處理
圖3是碼盤信號處理電路圖。
該電路的主要任務(wù)是將產(chǎn)生的原始模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，即模數(shù)轉(zhuǎn)換。由傳感器產(chǎn)生的0V為振蕩中心的正弦波信號，經(jīng)跟隨器處理后轉(zhuǎn)換為以+2.5V為振蕩中心的正弦波信號。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放大10倍。此時，由于放大的拉伸作用，被鉗位在0～5V之間的信號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)。其波形關(guān)系如圖4所示。
1.3 信號控制及傳輸
圖5為控制傳輸電路圖。
這部分主要通過軟件編程實現(xiàn)對信號的處理。硬件結(jié)構(gòu)包括信號處理芯片AT89C205
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