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          基于Arduino的光電編碼器檢測(cè)儀設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2014-04-17 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            0 引言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/236716.htm

            是一款基于單片機(jī)系統(tǒng)的電子產(chǎn)品開發(fā)平臺(tái),它的軟硬件系統(tǒng)都具有高度的模塊化,而且軟件系統(tǒng)是完全開源的。其硬件系統(tǒng)也是高度模塊化的,在核心控制板的外圍有開關(guān)量輸入/輸出模塊、各種模擬量傳感器輸入模塊、總線類傳感器的輸入模塊,還有網(wǎng)絡(luò)通信模塊[1-2].有自己特有的編程語(yǔ)言。其語(yǔ)法規(guī)則類似C/C++語(yǔ)言,IDE環(huán)境和語(yǔ)言把單片機(jī)與硬件相關(guān)的一些參數(shù)都參數(shù)化并進(jìn)行了很好的封裝,把端口都打包,寄存器、地址指針之類的基本不用管,大大降低了軟件開發(fā)難度。因此不用開發(fā)者去了解其硬件結(jié)構(gòu)即可對(duì)其編程,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖和創(chuàng)意[3].

            本文提出了一種基于開發(fā)環(huán)境的光電檢測(cè)儀設(shè)計(jì)方案,能夠?qū)怆?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/編碼器">編碼器的好壞進(jìn)行判斷,實(shí)現(xiàn)光電正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)時(shí)的脈沖計(jì)數(shù)。

            1 整體設(shè)計(jì)

            該檢測(cè)儀主要由調(diào)理電路、Arduino控制板、液晶顯示電路等組成,如圖1所示。

            

           

            CLKA和CLKB為光電編碼器輸出的兩路相位相差90°的編碼信號(hào)。調(diào)理電路用來(lái)對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行整形濾波等信號(hào)處理,最后送至Arduino控制板。Arduino控制板用來(lái)實(shí)現(xiàn)光編碼器脈沖個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù),正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)兩種脈沖信號(hào)的判別。液晶顯示電路用來(lái)顯示檢測(cè)的參數(shù),同時(shí)對(duì)不同型號(hào)光電編碼器進(jìn)行選擇控制。

            2 硬件部分設(shè)計(jì)

            2.1 調(diào)理電路

            信號(hào)調(diào)理電路用于檢測(cè)信號(hào)的調(diào)理,主要是把待測(cè)交流信號(hào),經(jīng)過濾波、放大、選通、有效值轉(zhuǎn)換、限幅等處理,送到微控制器進(jìn)行測(cè)量。

            圖2為調(diào)理電路框圖,光電編碼器輸出的兩路相位相差90°的正弦波信號(hào)A、B,經(jīng)施密特觸發(fā)器變?yōu)閍、b兩組方波信號(hào)。A 分為兩組:一路經(jīng)微分電路,在方波的上升沿形成脈沖信號(hào)d,再由門電路輸出,形成正轉(zhuǎn)脈沖,另一路經(jīng)反相器,形成反相方波c,再經(jīng)微分電路形成脈沖信號(hào)e,由門電路輸出反相脈沖g.b組方波直接連到兩個(gè)門電路的控制端,作為兩個(gè)門電路的選通信號(hào)。

            

           

            光電編碼器正轉(zhuǎn)時(shí),b組信號(hào)超前90°,它的方波正半波對(duì)應(yīng)不經(jīng)反相器a組方波的上升沿,正半波又使門電路選通,d組脈沖通過門電路形成正轉(zhuǎn)脈沖;而c組方波的上升沿對(duì)應(yīng)b組方波負(fù)半波,此時(shí)雖然微分電路輸出e脈沖,但門電路關(guān)閉,不能輸出反相脈沖g.當(dāng)編碼器反轉(zhuǎn)時(shí),情況正好相反。最終輸出的脈沖分別送入控制檢測(cè)電路進(jìn)行計(jì)數(shù)。

            2.2 Arduino控制板

            本檢測(cè)儀采用了意大利最新開發(fā)的Arduino Due微控制器。Arduino Due 是一塊基于Atmel SAM3X8ECPU 的微控制器板。它是第一塊基于32 位ARM 核心的Arduino,使用32位ARM核心的Due相較于以往的使用8位AVR核心的其他Arduino更強(qiáng)大:32位核心在一個(gè)時(shí)鐘能處理32位的數(shù)據(jù)。控制板包括54個(gè)數(shù)字I/O引腳(其中12路PWM輸出),12個(gè)模擬輸入通道,2個(gè)模擬輸出通道(DAC),I/O口總輸出電流為130 mA.3.3 V端口輸出能力為800 mA,5 V 端口輸出能力為800 mA,FLASH 512 KB(所有空間都可以儲(chǔ)存用戶程序),SRAM96 KB(兩個(gè)部分:64 KB and 32 KB),時(shí)鐘速率[4-5]為84 MHz.

            由于Arduino due的工作電壓為3.3 V,I/O口可承載電壓也為3.3 V,所以經(jīng)過調(diào)理電路產(chǎn)生的5 V 脈沖不能直接處理。本檢測(cè)儀通過SN74lVC4245 芯片把5 V的脈沖整形為3.3 V的脈沖。

            2.3 液晶顯示電路

            本設(shè)計(jì)中采用了國(guó)產(chǎn)開發(fā)的可編程智能LCD(即Programmable Smart LCD,簡(jiǎn)稱PS-LCD)。PS-LCD 是一種包含LCD顯示屏、LCD控制器、觸摸屏、人機(jī)界面處理系統(tǒng)和通信接口于一體的智能顯示模組,通過可選的通信接口與外部控制單元(如:51單片機(jī)、ARM、DSP、PC、PLC、總線設(shè)備等)連接,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的人機(jī)交互界面。

            新建Designer工程,定義界面分辨率、界面切換效果和主界面等;設(shè)置背景、加入/設(shè)置控件、定義事件動(dòng)作等;PS-LCD的采用Java Script的腳本語(yǔ)言,Java Script是因特網(wǎng)上最流行的腳本語(yǔ)言,它存在于全世界所有Web 瀏覽器中,能夠增強(qiáng)用戶與Web 站點(diǎn)和Web 應(yīng)用程序之間的交互。本液晶顯示屏通過腳本編寫實(shí)時(shí)地顯示微控制器采集送過來(lái)的脈沖個(gè)數(shù),并進(jìn)行判斷。

            用LCD 模擬器驗(yàn)證界面效果和通信過程,重復(fù)前面步驟直到滿意為止。

            PS-LCD 作為先進(jìn)的智能人機(jī)界面產(chǎn)品,能通過通信接口輕松靈活地與外部控制單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。目前,PS-LCD支持兩種通信協(xié)議:CTP(Cooky Talking Pro-tocol)協(xié)議和用戶自定義(UserDefine)協(xié)議。本檢測(cè)儀采用的是CTP協(xié)議。

            在CTP通信模式下,PS-LCD在收到通信命令后,會(huì)立刻執(zhí)行,結(jié)束后會(huì)向主控制器返回結(jié)果。由于PS-LCD的串口通信協(xié)議跟微控制器Arduino Due的通信協(xié)議不一致,在通信過程中要進(jìn)行轉(zhuǎn)換和控制。為了取消PS-LCD 命令執(zhí)行結(jié)果的自動(dòng)回復(fù)消息,在CTP 通信模式下,通過調(diào)用ctpSet(“reply”,0)函數(shù)取消PS-LCD 的自動(dòng)回復(fù)。PS-LCD同時(shí)通過通信協(xié)議產(chǎn)生的串口信號(hào)來(lái)控制微控制器的工作,真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)的效果[6].

            生成界面輸出文件spf,然后將spf文件通過PS-LCD專用軟件工具Flex下載到PS-LCD驗(yàn)證最終界面效果。

            本檢測(cè)儀PS-LCD最終的檢測(cè)界面如圖3所示。

            

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