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

在實際的工業(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，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，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，作為整個系統(tǒng)的控制器，整個系統(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枴９怆娋幋a器輸出信號為A , B , Z 3 個信號,其中A , B 為相位差90°的方波信號, Z 為過零脈沖信號。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相輸出一個脈沖，脈沖的個數(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，因此通過計算脈沖數(shù)就能計算出電機(jī)在實際運(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，這兩個信號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，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)計了一種四倍頻電路，其原理圖如圖2所示，相應(yīng)的時序圖如圖3所示。由時序圖3可以看出，A和B信號經(jīng)四倍頻電路后，輸出信號為XA，XB兩個信號，在同一時刻，XA，XB只有一個是脈沖信號，另一個是高電平。因此，將XA，XB兩個信號連接到單片機(jī)相應(yīng)的端口上，對這兩個信號分別進(jìn)行判斷、計數(shù)和計算，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。整個系統(tǒng)主要由差動隔離整形，倍頻電路，鑒相計數(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，輸出電壓為5V。從光電碼盤輸出的A，B，A－,B－經(jīng)過差動隔離整形模塊后能減少現(xiàn)場對信號產(chǎn)生的干擾，尤其是共模干擾，處理后的信號經(jīng)四倍頻電路后連到主控芯片，對脈沖進(jìn)行計數(shù)，處理，計算，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，打印，綜合分析。