游標(biāo)磁尺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2 工作原理
游標(biāo)磁尺測(cè)量原理：使用開(kāi)關(guān)型霍爾元件陣列作為“靜尺”；使用無(wú)源釹鐵硼磁鐵作為永磁體陣列(“動(dòng)尺”)。作為“靜尺”的霍爾元件陣列是一種磁傳感器能檢測(cè)出“動(dòng)尺”的磁場(chǎng)及其變化，當(dāng)“動(dòng)尺”沿“靜尺”軸線作無(wú)接觸相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由“靜尺”的霍爾元件陣列記錄“動(dòng)尺”的數(shù)字化位置信息。位置的“整數(shù)部分”由最開(kāi)始動(dòng)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(dòng)尺”要滿足一定的規(guī)格和要求?！皠?dòng)尺”所在的位置值與“盯尺”的霍爾元件陣列動(dòng)作信息序列匹配，如“小數(shù)部分”的2 mm，可以用00111110001100序列對(duì)應(yīng)。因此“小數(shù)部分”的O～8需要9個(gè)相應(yīng)的序列對(duì)應(yīng)，確定位置值后將其位置值傳送到PC機(jī)。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(gè)霍爾元件組成，每個(gè)霍爾元件之間的間隔為9 mm。因此一段的測(cè)量長(zhǎng)度為567 mm。若要測(cè)量更長(zhǎng)范圍可以采用多段連接進(jìn)行擴(kuò)展。
其“整數(shù)部分”計(jì)算結(jié)果D可以由式(1)求出：

式中：l表示最開(kāi)始動(dòng)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(gè)。
兩個(gè)霍耳元件之間的位置值相當(dāng)于“游標(biāo)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(biāo)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(guó)Microchip Technology Incorporated公司生產(chǎn)的PIC系列單片機(jī)。利用PIC16F884單片機(jī)對(duì)“動(dòng)尺”作用區(qū)域的霍爾元件陣列的動(dòng)作信息進(jìn)行位置匹配算法處理得到位置數(shù)據(jù)；然后通過(guò)．PIC16F884的異步串口(LISART)經(jīng)過(guò)MAX3471芯片轉(zhuǎn)變成RS 485協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，到達(dá)目的地后在經(jīng)過(guò)RS 485／RS 232轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成RS 232協(xié)議；在傳送到PC機(jī)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(shè)計(jì)
4．1 PC機(jī)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?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言Visual Basic來(lái)制作顯示平臺(tái)。因?yàn)閂isual Basic軟件進(jìn)行界面設(shè)計(jì)不僅快捷、編程工作量??；且提供了串行通信控件MSComm，通過(guò)對(duì)此控件的屬性和事件進(jìn)行編程，就可以輕松的實(shí)現(xiàn)串口通信。
4．1．1 MSComm簡(jiǎn)介
MSComm控件(Microsoft Communications Con-trol)是Microsoft公司提供的ActiveX控件，目的是為了簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程。它既可以用來(lái)提供簡(jiǎn)單的串行通信功能，也可以用來(lái)創(chuàng)建完備的、事件驅(qū)動(dòng)的高級(jí)通信工具。它通過(guò)串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)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(qū)動(dòng)方式和查詢方式Ⅲ。
4．1．2 顯示平臺(tái)介紹
該平臺(tái)采用多文檔界面(MDI)制作，MDI應(yīng)用程序主要由“父窗口”及“子窗口”構(gòu)成，子窗口的活動(dòng)范圍被限定在父窗口之內(nèi)。顯示平臺(tái)界面如圖4所示。