游標磁尺的設計與實現(xiàn)

2 工作原理
游標磁尺測量原理：使用開關型霍爾元件陣列作為“靜尺”；使用無源釹鐵硼磁鐵作為永磁體陣列(“動尺”)。作為“靜尺”的霍爾元件陣列是一種磁傳感器能檢測出“動尺”的磁場及其變化，當“動尺”沿“靜尺”軸線作無接觸相對運動時，由“靜尺”的霍爾元件陣列記錄“動尺”的數(shù)字化位置信息。位置的“整數(shù)部分”由最開始動作的霍爾元件所處的位置確定，位置的“小數(shù)部分”由位置匹配序列確定。所謂位置匹配序列就是“動尺”要滿足一定的規(guī)格和要求。“動尺”所在的位置值與“盯尺”的霍爾元件陣列動作信息序列匹配，如“小數(shù)部分”的2 mm，可以用00111110001100序列對應。因此“小數(shù)部分”的O～8需要9個相應的序列對應，確定位置值后將其位置值傳送到PC機。一段“靜尺”中包含4組霍爾元件陣列，每組霍爾元件陣列由16個霍爾元件組成，每個霍爾元件之間的間隔為9 mm。因此一段的測量長度為567 mm。若要測量更長范圍可以采用多段連接進行擴展。
其“整數(shù)部分”計算結果D可以由式(1)求出：

式中：l表示最開始動作的霍爾元件處在第幾段；m表示處在l段的第幾組；n表示處在m組的第幾個。
兩個霍耳元件之間的位置值相當于“游標磁尺”的“小數(shù)”部分，其值d可以由位置匹配序列給出。因此游標磁尺的位置值為K可以由式(2)求出。

式中：D表示磁尺的“整數(shù)部分”；d磁尺的“小數(shù)部分”。

3 磁尺的硬件電路
用于該磁尺位置信息處理的微處理器主要是采用美國Microchip Technology Incorporated公司生產(chǎn)的PIC系列單片機。利用PIC16F884單片機對“動尺”作用區(qū)域的霍爾元件陣列的動作信息進行位置匹配算法處理得到位置數(shù)據(jù)；然后通過．PIC16F884的異步串口(LISART)經(jīng)過MAX3471芯片轉變成RS 485協(xié)議進行遠距離傳輸，到達目的地后在經(jīng)過RS 485／RS 232轉換器轉換成RS 232協(xié)議；在傳送到PC機上顯示其位置值。其硬件原理圖如圖3所示。

4 位置匹配算法和顯示的程序設計
4．1 PC機部分(Visual Basic)
該裝置的PC部分利用微軟公司推出的可視化、面向對象的結構化程序設計語言Visual Basic來制作顯示平臺。因為Visual Basic軟件進行界面設計不僅快捷、編程工作量小；且提供了串行通信控件MSComm，通過對此控件的屬性和事件進行編程，就可以輕松的實現(xiàn)串口通信。
4．1．1 MSComm簡介
MSComm控件(Microsoft Communications Con-trol)是Microsoft公司提供的ActiveX控件，目的是為了簡化Windows下串行通信編程。它既可以用來提供簡單的串行通信功能，也可以用來創(chuàng)建完備的、事件驅動的高級通信工具。它通過串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應用程序提供串行通信功能。它提供兩種處理通信的方式，分別是事件驅動方式和查詢方式Ⅲ。
4．1．2 顯示平臺介紹
該平臺采用多文檔界面(MDI)制作，MDI應用程序主要由“父窗口”及“子窗口”構成，子窗口的活動范圍被限定在父窗口之內。顯示平臺界面如圖4所示。