基于MSP430F149單片機(jī)的光電編碼器位置檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在實(shí)際的工業(yè)位置控制領(lǐng)域中，為了提高控制精度，準(zhǔn)確地對控制對象進(jìn)行檢測是十分重要的。傳統(tǒng)的機(jī)械測量位移裝置已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，而數(shù)字式傳感器光電編碼器,能將角位移量轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的電脈沖輸出, 主要用于機(jī)械位置和旋轉(zhuǎn)速度的檢測，具有精度高，體積小等特點(diǎn)，因此決定采用光電編碼器進(jìn)行位移檢測。

美國TI公司推出的MSP430系列16位單片機(jī)，具有低功耗，運(yùn)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，正日益得到廣泛的應(yīng)用。本文將高精度MSP430單片機(jī)應(yīng)用在系統(tǒng)中，作為整個(gè)系統(tǒng)的控制器，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾性強(qiáng),滿足了鋼鐵廠的生產(chǎn)要求。

1、光電編碼器原理

光電編碼器是集光、機(jī)、電技術(shù)于一體的數(shù)字化傳感器，其基本原理就是在特制的碼盤上按一定規(guī)律編排光柵圖案，將這些圖案用光電頭讀取，轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩陀行蚺帕械碾娖叫盘?hào)。光電編碼器輸出信號(hào)為A , B , Z 3 個(gè)信號(hào),其中A , B 為相位差90°的方波信號(hào), Z 為過零脈沖信號(hào)。如圖1所示，光電編碼器每旋轉(zhuǎn)一周,A、B 相輸出同樣數(shù)量的脈沖, Z相輸出一個(gè)脈沖，脈沖的個(gè)數(shù)和電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度，電機(jī)的運(yùn)行距離成正比關(guān)系，因此通過計(jì)算脈沖數(shù)就能計(jì)算出電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中所運(yùn)行的距離。



A相、B相都是光電編碼器產(chǎn)生的，這兩個(gè)信號(hào)的前沿和后沿都對應(yīng)著光電碼盤的1/4節(jié)距的信息。因此在實(shí)際中為了提高光電編碼器的定位精度通常采用四倍頻方法進(jìn)行處理。鑒相就是通過分析圖1的A相，B相信號(hào)，得出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。如果A相脈沖超前B相90，說明電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果B相脈沖超前A相脈沖90，說明電機(jī)反轉(zhuǎn)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種四倍頻電路，其原理圖如圖2所示，相應(yīng)的時(shí)序圖如圖3所示。由時(shí)序圖3可以看出，A和B信號(hào)經(jīng)四倍頻電路后，輸出信號(hào)為XA，XB兩個(gè)信號(hào)，在同一時(shí)刻，XA，XB只有一個(gè)是脈沖信號(hào)，另一個(gè)是高電平。因此，將XA，XB兩個(gè)信號(hào)連接到單片機(jī)相應(yīng)的端口上，對這兩個(gè)信號(hào)分別進(jìn)行判斷、計(jì)數(shù)和計(jì)算，就可以得出相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)向和位移量。



2、系統(tǒng)功能

系統(tǒng)框圖見圖4。整個(gè)系統(tǒng)主要由差動(dòng)隔離整形，倍頻電路，鑒相計(jì)數(shù)模塊，主控芯片，通訊模塊，數(shù)顯模塊組成。光電編碼器選用SIEMENS公司的1XP8001-1型號(hào)，輸出電壓為5V。從光電碼盤輸出的A，B，A－,B－經(jīng)過差動(dòng)隔離整形模塊后能減少現(xiàn)場對信號(hào)產(chǎn)生的干擾，尤其是共模干擾，處理后的信號(hào)經(jīng)四倍頻電路后連到主控芯片，對脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，處理，計(jì)算，得到被控對象的位移結(jié)果。位移結(jié)果一方面送數(shù)顯表顯示，另一方面可通過串口將位移結(jié)果送到上位機(jī)，便于在上位機(jī)中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，打印，綜合分析。