基于光柵傳感器位移測量的軟、硬件設(shè)計
1 硬件電路
本設(shè)計的硬件電路主要由單片機(jī)89C51、計數(shù)器8253、細(xì)分與辨向電路、信號變換電路和光柵位移傳感器組成。如圖1所示。
1．1 光柵位移傳感器
光柵位移傳感器包括以下幾部分：光柵；光柵光學(xué)組成。光柵光學(xué)系統(tǒng)的作用是形成莫爾條紋；光電接受系統(tǒng)。光電接受系統(tǒng)是由光敏元件組成，他將莫爾條紋的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號，本系統(tǒng)采用的光敏元件是4個硅光電池。
1．2 信號變換電路
信號變換就是將由光敏元件輸出的正弦電信號轉(zhuǎn)換成方波信號。本文中采用的比較器LM339，來自光柵的莫爾條紋照到光敏元件硅光電池上，他們所輸出的電信號加到LM339的2個比較器的正輸入端上，而在這2個比較器的負(fù)輸入端分別預(yù)制一定的參考電壓，該參考電壓應(yīng)使光柵輸出的方波的高、低電平寬度一樣。
1．3 細(xì)分與辨向電路
1．3．1 細(xì)分電路
為記錄光柵上移過的條紋數(shù)目和判斷光柵的移動率等，傳感器中采用4極硅光電池來接收莫爾條紋信號。調(diào)整莫爾條紋的寬度B，使他正好與4個硅光電池的寬度相同。則可直接獲得在相位上依次相差90°的4路信號，即進(jìn)行4倍細(xì)分。如圖2所示。
1．3．2 辨向電路
位移除了有大小的屬性外，還具有方向的屬性。為了辨別標(biāo)尺光柵位移的方向，僅靠一個光敏元件輸出一個信號是不行的。必須有2個以上的信號根據(jù)他們的相位不同來判斷位移方向。因此，本設(shè)計采用的是4個硅光電池來接收莫爾條紋信號，則輸出的4路信號在相位上依次相差90°，利用這種特點設(shè)計的辨向電路的如圖3所示。圖中u1，u2和u3，u4分別通過相同的電路實現(xiàn)對位移方向的區(qū)別。當(dāng)莫爾條紋上移時（假設(shè)經(jīng)過硅光電池的前2個，此時u1，u2有信號，u3，u4無信號），則圖中A點有計數(shù)脈沖，B點為恒定電平；當(dāng)莫爾條紋下移時（假設(shè)經(jīng)過硅光電池的前2個，此時u1，u2有信號，u3，u4無信號），則圖中B點有計數(shù)脈沖，A點為恒定電平。用2個不同計數(shù)器分別記錄上移和下移所形成的脈沖數(shù)，即可實現(xiàn)辨向。
1．4 LED顯示
本文采用動態(tài)4位顯示。第1位為符號為，莫爾條紋上移為正，下移為負(fù)；第2，3位為整數(shù)位；第4位為小數(shù)位。將所有的段選線并聯(lián)在一起，由單片機(jī)的P1口控制，而共陰極公共端分別由P3．0，P3．1，P3．2，P3．3控制，實現(xiàn)各位分時選通。
2 軟件部分
軟件部分主要有采集子程序、數(shù)據(jù)處理和顯示子程序組成［4］。
采集子程序完成對計數(shù)值的讀入和轉(zhuǎn)化；數(shù)據(jù)處理子程序完成對采集數(shù)據(jù)的線形化處理；顯示子程序?qū)Y(jié)果進(jìn)行循環(huán)顯示。程序的流程如圖4所示。
3 結(jié) 語
本文中，設(shè)計的硬件采用比較器LM339把光敏器件輸出信號轉(zhuǎn)換成方波信號，采用邏輯辨向電路，對光柵的正向、反向移動做準(zhǔn)確的判斷；采用8253的2個計數(shù)器分別對正反兩路信號進(jìn)行計數(shù)，然后，用89C51進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，送到顯示器顯示。硬件結(jié)構(gòu)簡單、成本低、工作可靠、精度比較高；軟件采用匯編語言實現(xiàn)，程序簡單、可讀性強(qiáng)、效率高。
參考文獻(xiàn)
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