光电编码器范文

导语：怎么才干写好一篇光电编码器，这就需求搜集收拾更多的材料和文献，欢迎阅览由好用生活网收拾的十篇范文，供你学习。

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关键词：光电编码器；原理；小车速度

中图分类号：TB　文献标识码：A　文章编号：1672-3198(2011)04-0281-01

1、光电编码器的分类概述

光电编码器分为增量式和肯定式两品种别。其间，增量式光电编码器具有体积小、结构简略、精度高、价格低、功用安稳、影响速度快等长处，因而，比较于肯定式光电编码器具有更为广泛的运用。在很多程角速度、很多程角位移和高分辨率的体系傍边，增量式光电编码器的优势得到了更为充沛的表现。这样的设备本钱高、结构杂乱。

2、光电编码器的作业原理剖析

2.1增量式光电编码器作业原理剖析

增量式光电编码器是由主码盘、光学体系、鉴向盘和光电改换器构成的，在主码盘的周边刻有持平节距的辐射状窄缝，构成散布均匀的不通明区和通明区。当作业时，鉴向盘坚持中止，转轴和主码盘一起滚动，这时光源宣布的光就投射于鉴向盘和主码盘上，经过光敏原件的效果，将这种光信号改动成为脉冲信号，经过对脉冲信号的处理，向数控体系输出另一种脉冲信号，然后在数码管上直接显现出所测的位移量。

2.2肯定式光电编码器作业原理剖析

肯定式光电编码器是将被测视点经过对编码盘上图画信息的读取，直接转化成为相应的代码检测元件。肯定式光电编码器的编码盘有触摸式、光电式和电磁式三种。光电元件经过接纳不同码盘方位所发生的光信号，将其转化为相应的电信号，后经过整形扩大，终究构成相应的数码电信号。

3、光电编码器丈量小车速度

3.1光电编码器丈量小车速度的原理

光电编码器是由一个红外发射承受设备和一个码盘构成。当红外光由发射器射出，射于黑色条纹上时，将被连续地反射于接纳器上，在接纳器的输入端会遭到通轮子转速为正比联系的光脉冲信号，然后在接纳器的输出端构成具有必定频率的电信号。再运用微处理器对电脉冲进行核算，就能够得到小车的移动速度。其间小车行进间隔L的表达式为：L＝πD/n*nx公式中n为码盘上是非条纹的个数；D为驱动轮的外径，nx为实践丈量中电脉冲政府跳变的次数。小车的行进速度V的核算表达式为V＝L/t，公式中，t表明时间。

3.2光电编码器丈量小车速度的操作

本事例中选用肯定编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相问组成，相邻码道的扇区数目是双倍联系，码盘上的码道数便是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同方位时，各光敏元件依据受光照与否转化出相应的电平信号，构成二进制数。这种编码器的特色是不要计数器，在转轴的恣意方位都可读出一个固定的与方位相对应的数字码。明显，码道越多，分辨率就越高，关于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘有必要有N条码道。

首要，选用专门用于用于操控轮式机器人的Handy-board主板和内置光敏集成电路和红外线发射管的P8557红外传感器。在驱动轮上贴32道是非条纹的圆形码盘，驱动轮轴和码盘的圆心重合，在码盘外表的2mm处进行红外传感器的固定，然后构成反射式增量编码器；其次，履行四次LCD中止程序和一次检测程序。留神中止的程序进行调入时，将TOC4圆心的矢量中止进口地址转嫁于新终端程序。在履行程序时，先履行中止程序，后履行编码器原中止程序；终究，驱动程序选用中止的刺进办法，运用中止一直TOC4履行计数。在中止程序调入之后，先进行中止程序的初始化，随即刺进编码器相位的中止程序。在履行主中止程序时，先调试编码器状况，然后对编码器进行取样，将取样的编码器状况存入于寄存器傍边，再将寄存器调试到上一次的编码器相位取样状况。终究，履行累加操作。对操作中的数据进行核算，将数据带人小车行进旅程L的公式傍边，求出L，后依据时间，直接带人到小车行进的速度V公式傍边，然后用光电编码器对小车速度的丈量。

4、结　语

光电编码器，是一种经过光电转化将输出轴上的机械几许位移量转化成脉冲或数字量的传感器。这是现在运用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测设备组成。因为光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测设备检测输出若干脉冲信号，经过核算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当时电动机的转速。用光电编码器对小车的速度进行丈量尽管能够完结，可是受限于传感器精度和小车自身的机械精度等要素的影响，丈量成果存在一些差错。因而，在进行小车速度的丈量时，为减小差错，应进行屡次丈量，取平均值，使得终究的成果愈加趋近于正确值。

参阅文献：

[1]姜义，光电编码器的原理与运用，机床电器，2010，(2)

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一、矿用转角传感器规划的全体计划

结合矿用环境的特殊性，并依据光学精密机械与物理研讨所的单圈肯定式光电轴角编码器研讨的特色，给出矿用转交传感器规划全体结构。关于矿用转角传感器的信号收集部分，首要由主轴、轴承、基座组成，发光元件组成照明体系，由线阵CCD组成的信号接纳体系。关于光电编码器的光栅信号处理部分，信号前期处理电路首要包括信号采样电路和滤波电路；信号处理部分首要包括CPLD,杂乱可编程逻辑器材和信号存储单元,包括程序存储器和数据存储器；信号输出部分首要包括并行数据接口和串行数据接口。

二、单圈肯定式光电轴角编码器数据收集体系的硬件结构规划

本文所研讨的依据PCI总线的实时数据收集体系的首要功用模块包括：ADS803E模数转化模块、CPLD,EPM7128SQC100

-15体系逻辑操控模块,或称中心时序操控块、SRAM,AS7C256-15JC静态存储器，PCI9052 PCI总线操控。收集体系会将收集到的数据主动存入卡上的静态存储器SRAM,AS7C256-15JC中，等候采样完毕后，经过PCI总线接口芯片，PCI9052将收集的数据从SRAM传输到PCI总线上，所规划的操控逻辑均由杂乱可编程逻辑器材CPLD,Complex Programmable Logic Device来完结。其间A/D转化芯片选用ADS803E，它是TI公司出产具有高信噪比,SFR=69dB、低功耗,115Mw的12位ADS803E，自带32K大容量静态缓存等长处的A/D转化芯片。能够设置输入规模为2VP-P和5VP-P作为内置参阅电压，并有一个输入电压规模溢出标志，选用数字差错校对技能，用于尺度丈量、光谱测验与剖析、图画扫描和AD转化数据收集等。静态存储器选用AS7C256-15JC，它是Alliance Semiconductor公司出产的，最大存储拜访时间为15ns，每片的存储容量为32K×8。在初始拜访后，CPU处于闲暇、中止或扩展办法，AS7C256处于节能状况，可节能25%，而且能够经过CE和OE进行存储扩展。体系逻辑操控模块CPLD选用EPM7128SQC100-15芯片，它是Altera公司出产的。在线编程时，该芯片能够经过4个引脚的JTAG接口进行，以便简化制作程。在本文所规划数据收集体系中，CPLD的首要功用包括：时序分频器、SRAM操控逻辑、地址操控器等等。存储器数据存储的地址操控是由地址操控器完结的。数据由A/D端口写入SRAM，地址操控器依据A/D频率发生递加的SRAM地址。

三、光电编码器照明与接纳体系规划

因为单圈肯定式光电轴角编码器的接纳元件有别于传统的光电轴角编码器，它是选用线阵CCD作为接纳元件，依据上述准则选用了绿色发光二极管作为光源。其亮度可经过外接可调电阻来调理，一起能起到维护发光二极管组的效果，电路较为简略。NEC公司出产的μPD3575D是一种高活络度、低暗电流、1024像元的内置采样坚持电路和扩大电路的线阵CCD图画传感器，首要用于传真、扫描和OCR。在它内部，包括了一列1024像元的光敏二极管以及两列525位CCD电荷转移寄存器。在5V驱动,脉冲和12V电源条件下，该器材可作业。为了使CCD在光强强弱不同的状况下输出信号，本文以杂乱可编程逻辑器材CPLD为中心的一种新式的可供给多种驱动脉冲的驱动电路。MAX十PLUSⅡ开发环境下对μPD3575D的驱动电路进行规划。在MAX十PLUSⅡ环境下经过编译、校验后进行引脚确认。

四、信号收集体系

本文所选用的信号收集办法是经过CCD输出的视频信号采样，量化编码后再收集到核算机体系。然后经过A/D转化模块存入静态存储器SRAM，采样完毕后，经过PCI总线接口芯片，PCI9052将收集的数据从SRAM传输到PCI总线上，再经过核算机处理后给出终究成果。

五、数据处理体系规划

1．体系硬件电路规划。本规划选用C8051单片机，选用24LC01数据存储器，及MAX232数据接口芯片一起组成数据收集处理单元，选用SJA1000CAN和驱动操控器PCA80C250作为通讯体系。选用爱立信DC/DC电源模块作为电源部分，将电源转化成+5V作业电压。

2．软件规划。体系软件规划首要完结方位角数据收集、数据处理、数据显现和CAN通讯的功用。在软件规划中选用多级复位圈套，较大地减小了死机的概率，然后进步了整个电路体系的抗搅扰才干。该体系软件功用首要包括数据发送模块、数据显现模块、数据收集模块、数据处理模块、反常处理模块五部分。数据显现模块首要完结实时视点显现，数据处理模块首要完结纠错功用，数据收集模块首要完结二进制数据的编码译码功用，数据发送模块首要完结经过CAN总线的数据接纳和发送，反常处理模块首要完结体系呈现反常后，整个体系可软件复位。

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关键词：AD2S83；旋改动压器反应；光电编码器反应；方位闭环环

1 AD2S83芯片介绍

AD2S83运用比率盯梢转化办法将旋变格局输入信号转化为并行天然二进制数字字。这样，当转化器远离旋变器放置时，能够确保具有高抗扰度，而且支撑长引线。10、12、14或16位输出字处于三态数字逻辑状况，并经过16路输出数据线以2字节办法供给。BYTE SELECT、ENABLE和引脚确保可轻松地将数据传输至8和16位数据总线，而供给的输出则可经过外部计数器进行周期或俯仰计数。该器材还能够供给与速度成份额的模仿信号，可用于代替转速传感器；作业基准频率规模为50Hz至20，000Hz。

2 编码器作业原理

2.1 编码器输出信号

一般状况下编码器的输出波形如图2所示。当编码器动作时将发生A、B两栩脉冲信号。且A、B两相信号的波形完全相同.仅是存在90°相位差。编码器的运动方向分为正负两个方向：正方向运动时，脉冲信号A的相位超前脉冲信号B的相位90°；负方向运动脉冲信号A的相位滞后脉冲信号B的相位90°。

2.2 鉴相及四倍频计数原理

鉴相及四倍频计数原理图如图3所示，在编码器单方向运动进程中，每个周期A、B两相信号总存在四次电平状况的改动；而且A、B两相电平状况改动的次序总为：10一11一0l—00—lO；因而，在一个周期的信号中可依据A、B两相的4种电平状况的次序改动对方位脉冲进行细分计数及四倍频计数；一起，依据A、B两相电平的改动次序来判别编码器的运动方向；可得到四倍频计数脉冲与方向脉冲如图4所示。

3 旋转反应转光电编码器反应的完结

3.1 全体计划

计划的全体框图如图4所示，选用分辨率可变的旋变数字转化器AD2S83，作为旋改动压器信号的解码器，可将模仿量的旋变信号转化成1～15位的计数脉冲及方向信号。

AD2S83的分辨率能够选为10、12、14或16位，能够挑选各种运用的最优分辨率来运用AD2S83；假如AD2S83的分辨率挑选10位时，那么计数脉冲可依据需求挑选AD2S83的DB1～DB10其间任一输出，DB1～DB10的输出计数脉冲个数为2^0～2^,10-1，DB11～DB16无输出；顺次类推，当分辨率挑选16位时，计数脉冲可挑选AD2S83的DB1～DB16其间任一输出，DB1～DB16的输出计数脉冲个数为2^0～2^,16-1。

AD2S83最大计数脉冲个数为32768,滚动一圈，相当于一个8192线的光电编码器四倍频后的脉冲个数，AD2S83分辨率、速率及计数脉冲对照表如表1所示；AD2S83解码输出的计数脉冲与方向信号，用来代替光电编码器鉴相及四倍频后得到的计数脉冲与方向脉冲。

3.2 硬件电路

该硬件电路框图如图5所示，电路中AD2S83运用的分辨率为14位，盯梢转速最高达65转/秒,3，900 rpm。

AD2S83的第2、4、7引脚别离接入单端的激磁信号、余弦信号、正弦信号，作为旋改动压器反应的输入信号；AD2S83经过解码后，第41引脚VCO O/P信号，为输入旋改动压器信号的实时速度模仿电压,-8VDC～+8VDC；第37引脚DIRECTION信号，为输入旋改动压器信号的实时方向,0VDC或5VDC即代表输入旋变信号回转或顺转，用来代替光电编码器鉴相及四倍频后的方向脉冲信号；第23引脚DB14信号，为输入旋改动压器信号的实时速度脉冲信号,包括实时方位信息，用来代替光电编码器鉴相及四倍频后的计数脉冲信号。

3.3 实时编码器反应波形及速率核算

选用图5硬件电路，作为高精度伺服驱动体系的反应硬件电路，与伺服电机组成速度闭环操控体系后；在一固定的转速下，用示波器别离监测图5中的方向信号与计数脉冲信号，别离得到顺转时的方向信号及计数脉冲波形、回转时的方向信号及计数脉冲波形，如图6、图7所示。

图6、图7中，示波器1通道是计数脉冲信号；示波器2通道是方向信号，高电平为顺转，低电平为回转。用图6中的方向信号及计数脉冲信号核算实时转速，核算如下：

每一秒的脉冲个数：

4、旋转反应转光电编码器反应的含义

旋转反应转光电编码器反应，既具有了旋改动压器的长处，又具有了光电编码器的长处；其特色如下：

耐振动冲击才干强、抗搅扰才干好，具有很高的牢靠性；

抗污染才干强，能运用在各种恶劣环境中，具有防尘、防油、防敲击等特色；

活络度高、安稳性好，呼应速度快；

分辨率高，可依据设备的精度要求挑选不同分辨率。

鉴于旋变反应转光电编码器反应以上的特色；可运用于作业环境恶劣、高精度要求又高的伺服体系操控场合，比方运用于高精度及大中型数控体系、机器人操控、工业操控、转台操控、兵器火力操控、雷达操控及惯性导航范畴中。

5、 完毕语

旋变反应转光电编码器反应，只不过是伺服操控体系反应中一种办法；该种反应办法，能够依据需求挑选分辨率，以满意不同操控精度的需求；而且用该种反应办法，作为伺服驱动器的反应部分，在速度闭环、方位闭环后，能够极大的进步伺服驱动器的操控精度；实践运用该种反应办法的方位闭环伺服驱动器已经在转台操控、工业操控范畴得到了运用。

参阅文献

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关键词:数控机床 脉冲编码器 精度检测设备

1 导言

数控机床的定位精度和加工精度在很大的程度上取决于检测设备的精度。它的效果是检测位移量, 是将体系宣布的指令信号方位与实践反应方位比较较,用其差值去操控进给电动机。在数控伺服体系中,一般有两种反应体系:一种是速度反应体系,用来丈量和操控运动部件的进给速度;另一种是方位反应体系,用来丈量和操控运动部件的位移量。而实践反应方位的收集,则是由方位检测设备来完结的。这些检测设备有脉冲编码器、旋改动压器、感应同步器、光栅、挨近开关等。

2 精度检测设备原理简述

检测设备品种较多,现以肯定式脉冲编码器的触摸式四位肯定编码盘为例,简述其作业原理。图a是肯定式光电编码器的结构图。图b是一个四位二进制编码盘,涂黑部分是导电的,其他是绝缘的,码盘上有四条码道。四个码道并排装有四个电刷,电刷经电阻接到电源正极。码盘最里边的一圈是电源负极。

四位二进制编码盘

因为制作精度和设备质量或作业进程中意外要素,易于引起阅览过错。为此肯定式光电编码盘大多选用格雷码编码盘,图c为4位格雷码盘。其特色是任何两个相邻数码间只要一位是改动的, 这样即便制作和设备不太准确,发生的差错最多也仅仅最低位的一位数。还可消除非单值性差错。

3 精度检测设备

3.1脉冲编码器检测设备

脉冲编码器,是一种旋转式脉冲发生器,能把机械转角变成电脉冲。是数控机床上运用最多的角位移检测传感器。编码器除了能够丈量角位移外,还能够经过丈量光电脉冲的频率。经过改换电路也可用于速度检测,一起作为速度检测设备。

脉冲编码器可分为光电式、触摸式和电磁感应式三种。从精度和牢靠性来看,光电式较好,光电式脉冲编码器能够用于视点检测,也可用于速度检测。所以在数控机床上一般运用光电式脉冲编码器。

(1) 光电式脉冲编码器

光电式脉冲编码器可分为增量式脉冲编码器和肯定式脉冲编码器。

光电脉冲编码器是按它每转宣布的脉冲数的多少来分,有几种类型,数控机床最常用的脉冲编码器有2000脉冲/r,每转脉冲位移量/mm有2,3,4,5,8;2500脉冲/r;每转脉冲位移量/mm有5,10;3000脉冲/r,每转脉冲位移量/mm3,6,12。

增量式脉冲编码器由光源、光敏元件、透光狭缝、码盘基片、光板、通明镜、A/D转化线路及数字显现设备组成。肯定式光电编码器是一种直接编码式的丈量元件,经过读取编码盘上的图画确认轴的方位没有堆集差错。

(2) 混合式肯定值编码器

混合式肯定值编码器是把增量制码与肯定制码同做在一码盘上。圆盘的最外圈是高密度的增量制条纹, 其间间散布在4圈圆环上有4个二进制位循环码,每1/4圆由4位二进制循环码分割成16个等分方位。在圆盘最里圈仍有发一转信号的窄缝条。由循环码读出的4×16个方位/转,代表了一圈的粗计视点检测,它和沟通伺服电机4对磁极的结构相对应,可完结对沟通伺服电机的磁场方位进行有用的操控。

3.2其它检测设备

旋改动压器,是一种操控用的微电动机,将机械转角改换成与该转角呈某一函数联系的电信号,作业原理和一般变压器根本相似。结构简略, 抗搅扰才干强,作业牢靠,动作活络,对环境没有特殊要求,一般用于精度要求不高机床的粗测及中测体系。

感应同步器和旋改动压器均为电磁式检测设备,二者作业原理相同,其输出电压随被测直线位移或角位移而改动。首要部件包括定尺和滑尺,定尺和滑尺别离设备在机床床身和移动部件上。感应同步器分红直线式和旋转式两大类,别离用于长度丈量和视点丈量。

光栅首要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成,光栅传感器丈量精度高、动态丈量规模广、可进行无触摸丈量、易完结体系的主动化和数字化。

挨近开关类型有电感式、电容式、霍尔式、光电式、干簧管式等多种办法。它具有体积小、无颤动、无触头、无触摸检测等特色。

数控机床精度检测设备一般有模仿式和数字式,数字式检测设备能够直接将非电量转化为数字量,不需求A/D转化,直接用数字显现。数字式检测设备与模仿式检测设备比较长处有丈量精度和分辨率高,安稳性好,抗搅扰才干强,便于与微机接口,适合远间隔传输等。数字式检测设备能够丈量线位移,也能够丈量角位移,常用的数字方位检测设备有编码器、旋改动压器、感应同步器、光栅等。

4 结语

综上所述,方位精度检测设备非常重要,它是数控机床伺服体系的重要组成部分,其效果是检测位移和速度,发送反应信号,构成闭环或半闭环操控环节。检测体系决议了数控机床的加工精度。了解数控机床方位检测元件的作业原理,把握了数控机床的方位丈量设备的效果与特色,就能正确选用方位检测元件,然后确保数控机床的加工精度。

参阅文献:

[1] 刘祖其主编.机床电气操控与PLC[M].北京:高等教育出版社,2009.3.

[2] 廖兆荣主编.数控机床电气操控[M].北京:高等教育出版社,2005.1.

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【关键词】步进电机；步距角；闭环操控；脉冲信号

1.运用布景

在超声波清洗机的作业进程中，为了进步作业效率，减轻工人作业负荷，完结清洗进程主动化，规划了该直线运动定位体系。该体系能够完结沿直线方向的往复运动，运动进程中恣意时间，可改动运动方向及运动速度，亦可快速定位到运动规模内的特定方位。

2.硬件及结构组成

该体系硬件组成首要包括：单片机、步进电机驱动器、步进电机、光电编码器、方位传感器、柔性联轴器、滚珠丝杠组件、直线滑轨组件、履行器衔接器。

如图1所示，其间：1.步进电机，2.光电编码器，3.方位传感器，4.柔性联轴器，5.滚珠丝杠组件，6.直线滑轨组件，7.履行器衔接器。

3.操控办法及作业流程

3.1步进电机操控

选用两项四线混合步进电机，步进电机的步距角为1.8°。步进电机旋转一周所需的脉冲数为：n=360°/1.8°=200。步进电机操控信号由单片机依据不同的转速要求宣布相应频率的脉冲给步进电机驱动器，步进的及驱动器依据脉冲的频率驱动电机。电机旋转的一起带动光电编码器同步旋转，光电编码器宣布的信号反应给步进电机驱动器完结整个闭环操控。步进电机驱动器经过光电编码器反应信号与自身宣布的脉冲信号比照，可及时发现步进电机的过冲、丢步等运转过错并主动完结批改。

3.2履行器衔接器方位标定

为完结定位至运动规模内的特定方位的功用，需求沿导轨方向在运动规模内为步进电机树立一维坐标系，并为履行器衔接器地点的方位标定对应的坐标。标定办法如下：

将履行器衔接器向开端方位移动，当开端方位传感器宣布信号后，步进电机中止滚动。该方位记为开端方位，编码为0。将履行器衔接器向中止方位移动，当中止方位传感器宣布信号后，步进电机中止滚动。该方位记为中止方位，编码为光电编码器从开端方位到中止方位记载的编码数，记为N0。运用1000线光电编码器，则从开端方位运动至间隔开端方位1,单位：mm对应的步进电机脉冲数为：

3.3直线运动体系作业流程

4.总结

经过运用方位传感器和光电编码器完结了履行器衔接器运动鸿沟标定，履行器衔接器准确认位。在直线滑轨确保直线运动方向精度的根底上，运用滚珠丝杠和步进电机及光电编码器组成的闭环操控体系完结了履行器衔接器的高精度移动。此直线运动定位体系不受运动规模约束，运动规模改动仅需对体系坐标系从头标定；在横向和纵向别离安顿，亦可完结二维空间的准确认位及移动。 [科]

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关键词：

1.滚动天线视点丈量办法演化

831台在用的1号和2号ZT-1型滚动天线，是我国自行试制的榜首副大功率、高增益、宽频段、多方位短波同相水平滚动天线。

天线视点取样初期是选用与滚动天线中心支柱同步联动大齿轮带动固定方位的转化组织再带动光电码盘办法来完结。光电码盘编码办法选用BCD码,如表1，其上同轴开十圈透光孔，光源经过透光孔对光敏电阻进行照耀采样，信号经逻辑判别后送至个、十、百位0-9十层数码管显现相应数字，然后准确指示方位信息。

此办法在运用中因为机械磨损形成滚动天线中心支柱偏疼，打坏的大齿轮跳齿，致使天线实践方位与指示方位不一致；再加上取样用的光电码盘产品落后，体积较大，光源不安稳，经常呈现漏码，形成天线定位精度低。

经改造后将原采样结构改为弹性随动取样结构，战胜天线中心偏疼问题，将原光电码盘改为KOYO公司的TRD-NA系列肯定值型旋转编码器。它归于一种超小型、高速呼应、选用金属光栅、输出为无读取差错的格雷码编码器。肯定值型编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线顺次以2线、4线、8线、16 线......编列，这样，在编码器的每一个方位，经过读取每道刻线的亮、暗，取得一组从2的零次方到2的n-1次方的仅有的2进制编码,格雷码，这就称为n位肯定编码器，这样的编码器是由光电码盘的机械方位决议的，在转轴的恣意方位都可读出一个固定的与方位相对应的数字码；抗搅扰才干强，没用累积差错，体积小；电源切断后方位信息不会丢掉，它不受停电、搅扰的影响。

2.格雷码,又名循环二进制码或反射二进制码介绍

格雷码(Gray Code)是一种肯定编码办法，对应旋转视点以格雷码办法并行输出肯定方位值。格雷二进制码是为了补偿二进制码的缺点而发生的代码。因为在二进制码中当从某一个数到下一个数改动时，或许一起有2个以上的数据位发生改动，例如从十进制的3转化为4时二进制码的每一位都要变，使数字电路发生很大的尖峰电流脉冲，因为对各位读取的时序上的差异，或许形成读出过错。为了处理此问题，规划一种代码，使其在从任一数到下一数改动时，只要一个数据位改动，以避免读取过错，这样的代码即格雷二进制码，是一种过错最小化的编码办法。而且无需计数器，它大大地削减了由一个状况到下一个状况时逻辑的混杂。别的因为最大数与最小数之间也仅一个数不同，故一般又名格雷反射码或循环码。下面以四位代码为例，由格雷码与二进制码的对照表导出两种代码彼此转化的逻辑表达式,如表1：

表1

十进制数

BCD码

天然二进制数

格雷码

十进制数

BCD码

天然二进制数

格雷码

0000

0000

0000

8

1000

1000

1100

1

0001

0001

0001

9

1001

1001

1101

2

0010

0010

0011

10

1010

1111

3

0011

0011

0010

11

1011

1110

4

0100

0100

0110

12

1100

1010

5

0101

0101

0111

13

1101

1011

6

0110

0110

0101

14

1110

1001

7

0111

0111

0100

15

1111

1000

格雷码转化成天然二进制码,其法则是保存格雷码的最高位作为天然二进制码的最高位，而次高位天然二进制码为高位天然二进制码与次高位格雷码相异或，而天然二进制码的其他各位与次高位天然二进制码的求法相相似。

某二进制格雷码为 Gn-1 Gn-2...G2 G1 G0

其对应的天然二进制码为 Bn-1 Bn-2...B2 B1 B0

其间：最高位保存--- Bn-1 =Gn-1

其他各位--- Bi-1 =Gi-1异或Bi i=1,2...，n-1

3.天线视点的丈量

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关键词：数控车床 主轴编码器 数控毛病

一、主轴编码器的效果和作业原理

主轴编码器选用与主轴同步的光电脉冲发生器，经过中心轴上的齿轮1∶1地同步传动。数控车床的车螺纹加工时，为了满意切削螺距的需求，要求主轴每转一周，刀具准确地移动一个螺距,导程。体系经过主轴编码器的反应脉冲信号完结主轴旋转与进给轴的插补功用，完结主轴方位脉冲的计数与进给同步操控。此外，主轴编码器还可完结恒线速度切削操控。

光电脉冲发生器的原理如图1所示。在漏光盘上，沿圆周刻有两圈条纹，外圈为圆周等分线条，例如：1024条，作为发送脉冲用，内圈仅1条。在光栏上，刻有透光条纹A、B、C，A与B之间的间隔应确保当条纹A与漏光盘上任一条纹重合时，条纹B应与漏光盘上另一条纹的重合度错位1/4周期。在光栏的每一条纹的后边均安顿光敏三极管一只，构成一条输出通道。

图1 光电脉冲发生器的原理图

灯泡宣布的散射光线经过聚光镜聚光后成为平行光线，当漏光盘与主轴同步旋转时，因为漏光盘上的条纹与光栏上的条纹呈现重合和错位，使光敏管遭到光线亮、暗的改动，引起光敏管内电流巨细发生改动，改动的信号电流经整流扩大电路输出矩形脉冲。因为条纹A与漏光盘条纹重合时，条纹B与另一条纹错位1/4周期，因而 A、B两通道输出的波形相位也相差1/4周期。

脉冲发生器中漏光盘内圈的一条刻线与光栏上条纹C重合时输出的脉冲为同步,起步，又称零位脉冲。运用同步脉冲，数控车床可完结加工操控，也可作为主轴准停设备的准停信号。数控车床车螺纹时，运用同步脉冲作为车刀进刀点和退刀点的操控信号，以确保车削螺纹不会乱扣。

主轴编码器一般与主轴选用1∶1齿轮传动且选用同步带衔接，编码器为1024脉冲／转，经过体系4倍频电路得到4096个脉冲。其信号及衔接如图2所示。

二、主轴编码器常见毛病及处理

1.不履行螺纹加工的毛病及处理

体系作业原理：数控车床螺纹加工的作业原理是主轴旋转与Z轴进给之间的插补。当履行螺纹加工指令时，体系得到主轴方位检测设备宣布的一转信号后开端进行螺纹加工，依据主轴的方位反应脉冲进行Z轴的插补操控，即主轴转一周，Z轴进给一个螺距或一个导程。

图2 主轴方位编码器信号及接线

发生毛病的原因：

,1主轴编码器与体系之间的衔接不良。

,2主轴编码器的方位信号PA、＊PA、PB、＊PB不良或衔接电缆断开。

,3主轴编码器的一转信号PZ、＊Z不良或衔接电缆断开。

,4体系或主轴扩大器毛病。

毛病处理：关于毛病发生原因,1，可经过查看衔接电缆接口及电缆的校线查到毛病并修正。关于毛病发生原因,2，可经过体系显现设备上是否有主轴速度显现来判别，如查无主轴速度显现则为该类毛病。关于毛病发生原因,3，可经过加工指令G99,每转进给加工和G98,每分进给加工切换来判别，假如G98进给切削正常而G99进给不履行，则为该类毛病。假如以上毛病都扫除，则为体系自身毛病，即体系存储板或主板毛病。

2.加工时呈现“乱扣”的毛病及处理

体系作业原理：一般的螺纹加工要经过几回切削才干完结，每次重复切削时，开端进刀的方位有必要相同。为了确保重复切削不乱扣，数控体系在接纳主轴编码器中的一转信号后才开端螺纹切削的核算。

发生毛病原因及处理：当体系得到的一转信号不稳时，就会呈现“乱扣”现象。发生毛病的原因是主轴编码器的衔接不良、主轴编码器的一转信号或信号电缆不良、主轴编码器内部有脏东西或编码器自身不良。假如以上毛病扫除后体系还乱扣，则需求查看体系或主轴扩大器。

3.螺纹加工呈现螺距不稳毛病及处理

体系作业原理：数控车床螺纹加工时，主轴旋转与Z轴进给时进行插补操控，即主轴转一周，Z轴进给一个螺距或一个导程。

发生毛病原因如下。

,1假如发生螺距差错是随机的：发生毛病的或许原因是主轴编码器衔接不良、主轴编码器内部太脏、Z轴方位编码器不良、Z轴电动机与Z轴衔接松动。

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【关键词】STM32;步进电机;细分驱动

1.导言

跟着我国经济的快速开展，体育文娱赛事中的直升飞机以及私家飞机的需求量不断扩大。现在，我国正在试点敞开部分区域进行低空飞翔。可是，依照我国现有的城市办理水平缓设备状况来说，敞开低空飞翔必将面对不少困难。确保飞翔安全做好低空飞翔预警是敞开低空飞翔的首要的技能瓶颈。低空预警雷达的有用运用完结了低空飞翔预警，为低空范畴的敞开起到了必定的技能支撑效果。但低空预警雷达仍具有局限性，不能供给直观的图画信息。

光电技能的快速开展，使得机,车、船载光电监督盯梢体系广泛运用于制导、侦办、火控、光电对立以及体育、消防、环境监控、公共安全等范畴。光电监督盯梢体系能够供给直观、明晰的图画信息，有用的补偿了低空预警雷达的不足之处。

光电监督盯梢体系合作雷达运用，为监管部门供给空中方针的方位、间隔、高度等情报信息，运用可见光摄像机和红外热像仪传感器组合，对需求进行监控的区域进行全地利视频勘探与监督。本文首要是对低空预警光电监控盯梢体系中的伺服操控子体系进行研讨。

2.全体计划规划

2.1 操控计划

光电监督盯梢体系依据雷达勘探到方针的方位信息，算出方位电机和俯仰电机的视点值，然后转化成脉冲数。经过对脉冲的操控然后操控方位轴和俯仰轴的运动，到达实时盯梢。光电监测盯梢体系的全体框图如图1所示。

图1光电监督盯梢体系全体框图

上位PC机把经图画处理得出的坐标差错经过串口协议下载给运动操控器，运动操控器经过核算得到差错角数据，并宣布相应的方向脉冲和pwm操控脉冲信号给二维转台的步进电机驱动器，直接调整两个电机的转向和转速。由光电编码器完结体系的闭环操控，进步操控精度。二维转台原理框图如图2所示。

图2 二维转台原理框图

2.2 结构计划

转台结构首要有敞开式U型、封闭式0型和T型。U型和T型结构对称性差、结构刚度小、结构较杂乱、体积大，常用于低速摇摆工况，一般用于中结构和外结构。0型结构对称性好、结构刚度大，结构简略，体积小，常用于高速整圈旋转，一般用于中结构和内结构。

本体系的结构计划拟选用O型结构作为方位轴结构，U型结构作为俯仰轴结构。图3为转台结构图。

图3 转台结构图

3.硬件体系规划

体系硬件渠道是完结运动方针主动盯梢的重要确保，依据需求拟规划一套硬件渠道：选用STM32F103RBT6作为转台操控体系首要的硬件处理器，以及转台步进电机及其驱动器，光电编码器，光电耦合器等。依据STM32F103RBT6的转台操控功用模块如图4所示。

图4 依据STM32F10X的转台操控功用模块

3.1 STM32F103RBT6操控器

STM32F103RBT6具有的资源包括128KB FLASH、20KB SRAM、2个SPI、3个串口、一个USB、1个CAN、2个12位的ADC,16通道、RTC、DMA、4个16位定时器、51个可用的I/O脚等。步进电机经过脉冲和方向的办法进行操控，而STM32F103RBT6的定时器都能够用来发生PWM输出，STM32F103RBT6最多能够一起发生30路PWM输出，完全能够脉冲步进电机的需求。

3.2 步进电机及驱动器

步进电机是一种将电脉冲信号转化成角位移或直线运动的履行组织，当步进电机驱动器接纳到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向滚动一个固定的视点即步距角。运用STM32F103RBT6发生PWM脉冲信号和方向信号来操控驱动器，然后操控步进电机，并经过改动PWM脉冲信号频率完结步进电机的变速操控进程。经过软件操控PWM脉冲串的疏密来操控运动进程中的加减速，加密脉冲串可完结加快进程，稀少脉冲串可完结削减进程。步进电机选用细分驱动技能，细分步距角，进步定位精度。

本体系方位电机和俯仰电机均运用57HS09型两相混合式步进电机，步进电机的步距角为1.8°。为进步转台转速安稳性所选用的具有细分功用的两相混合式步进电机驱动是DM442，最大细分数为25600步数/转。操控器，步进电机及驱动器的连线图如图5所示。

3.3 光电编码器

光电编码器，是一种经过光电转化将输出轴上的机械几许位移量转化成脉冲或数字量的传感器。这是现在运用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测设备组成。在挑选光电编码器时，要考虑被测元件的精度，要使它能与被测元件的精度相匹配，一般编码器的精度要高于被测元件的精度。

图5 连线图

4.软件体系规划

功用要求、完好、牢靠的硬件体系规划是全体规划的前提条件，完善有用的软件规划才干发挥硬件资源的潜力，终究完结体系的功用要求。

主程序是操控体系的中心部分，首要完结体系的初始化,I/O口、串行通讯接口、定时器等的初始化，计数器周期寄存器初值的核算，各标志位的置位与复位，接纳光电编码器信号，中止装备，体系自检等功用。主程序完结初始化后，进入循环等候中止。中止程序完结对上位机下传数据的接纳，并依据相应的算法将接纳数据转化成方向脉冲和PWM操控脉冲。主程序操控流程如图6所示。

图6 主程序操控流程图

5.定论

经过试验室验证可知，依据STM32的伺服操控体系能够完结，到达试验要求，为样机规划供给了必定的理论和试验根底。

参阅文献

[1]史伟会.太阳主动盯梢体系研讨[D].上海：东华大学，2011.

[2]张春色.太阳能电池板二维主动盯梢体系的研讨[D].山西：太原科技大学，2013.

[3]胖莹.依据STM32的太阳盯梢操控体系的规划与研讨[D].河北：燕山大学，2012.

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【关键词】雷达伺服体系；C8051F020；步进电机

0 导言

雷达伺服操控体系用来操控天线动作，查找各个方位的方针，完结天线的主动操控的体系。操控体系是由机械传动部分和驱动操控电路组成。体系的结构组成和其它的反应体系没有本质上的差异，它是由若干元件和部件组成的具有功率扩大电路的一种主动操控体系。

该体系完结操控雷达天线的正转、回转、步进、中止，完结人机对话，还要考虑到功耗低、体积小、便于带着的特色，在运用时应该具有高牢靠性、传输误码率小，一起还要还要具有开机测验、电池电压采样，欠压报警等辅佐功用。本文是依据C8051F020单片机的规划，结合实践要求，将详细介绍该体系的硬件电路原理及软件体系构建。

1 体系全体计划规划

本计划是为了完结对雷达天线的中心视点调整以及在方位上的扫描速度和扫描规模的操控，选用准闭环操控体系，操控步进电机承受操控脉冲一步一步地旋转，避免呈现堆集差错。此计划选用Silabs公司开发的C8051F020单片机作为主操控器，NS公司推出的LMD18245作为步进电机驱动器，当单片机接纳到终端指令时，操控步进电机进行相应的动作，体系中光电编码器与步进电机同轴，光电编码器将步进电机的动作反应回单片机，然后完结对雷达天线的闭环操控。该体系经过RS232A串口进行通讯和调试。体系总框图,图1如下：

2 硬件电路规划

硬件电路首要包括主控C8051F020和驱动器LMD16245构成的操控电机电路、编码器读数经过整形电路回馈给主控的反应电路、主控和串口芯片构成的通讯和测验电路、电池电压采样电路及欠压报警电路。

主控单片机C8051F020是一款真实独立作业的片上体系，将C8051F020用于嵌入式操控体系，可很多削减器材，充沛发挥C8051F020的高速度特色，大大进步了体系的集成度。内部包括数字电路和模仿电路，在规划时应该将模仿电源和数字电源别离衔接，终究要经过磁珠,或电感衔接在一起；因为步进电机功率驱动电路作业在较大脉冲电流状况，电路中选用光电耦合器将主控单片机与步进电机阻隔，这样能够避免单片机与步进电机功率回路的共地搅扰。单片机操控信号LVTTL和光电编码器与操控电机之间的和TTL电平之间用74LV4245进行电平转化。原理图模块规划如下介绍：

2.1 光电阻隔

选用光耦集成电路TLP521完结阻隔，不需求杂乱的规划，就能到达避免搅扰的意图。因为光耦的输入端电流较大，直接运用CPU的引脚驱动会对CPU发生较大的电流冲击，所以先用74LVX4245进行驱动，然后操控光耦作业。

2.2 电平转化

CPU及电路用3.3V供电，CPU引脚直接输出的是LVTTL电平，为了与外部TTL电平兼容，而且进步驱动才干与削减搅扰，选用集成电路74LVX4245完结电平转化。

2.3 驱动电路

驱动电路选用集成电路LMD18245，最大输出电流3A，内部含16细分电路，也能够外接电路再细分，电路简略。细分功用完全是由驱动器靠准确操控电机的相电流所发生的，与电机无关。

2.4 电源转化电路,DC/DC

驱动部分电路简单遭到搅扰，与CPU部分的供电电源分隔，运用2个DC/DC集成电路发生2路5V电压，一路供给给光电编码器，并经改换供给给CPU，另一路供给给光藕和驱动电路的逻辑电平。

2.5 JTAG

片内JTAG接口可直接对对设备在终究运用体系上的产品MCU进行非侵入式,不占用片内资源、实时在体系仿真调试。该调试体系支撑调查和修正存储器及寄存器，支撑断点、单步、运转和中止指令。在运用JTAG调试时，一切模仿和数字外设都可全功用运转。

3 软件部分规划

本体系选用视点与速度准双闭环操控。视点反应是伺服的主反应回路，时实视点由光电编码器收集得到；速度反应是一个部分反应回路，前次的速度值仅仅软件的回忆值，外部没有速度传感器，所以在本文中称为准双闭环操控。在任何时间当视点与速度发生改动时，体系都有必要呼应，速度值的操控由软件设置中止周期来完结，编写程序时，特别注意中止、存储器、运算符号位的办理，进步体系的牢靠性。主流程图如图2所示。

4 定论

本文提出的依据C8051F020的雷达伺服操控体系在雷达整机样机中调试经过，并能够正常的作业。运用细分驱动器愈加准确的操控了步进电机的相电流，大大的改进了电机的振动和噪音，消除了电机的低频振动，进步了电机的输出转矩。单片机C8051F020自身便是低功耗规划，还能够经过改动体系时钟、复位源及片上外设等状况来节约功耗。

【参阅文献】

[1]http：//.cn＼datasheets＼C8051F02x.pdf[OL].

[2]http：//＼LMD18245.pdf[OL].

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关键词 步进电动机 数字侍服体系 光电编码器

中图分类号：TM383.6 文献标识码：A

The Design of Stepper Motor Digital Servo Control System

PAI Zhongmei

(Jiangsu Wuxi Technician School, Wuxi, Jiangsu 214000)

Abstract The stepper motor has simple structure, and speed control is relatively easy to implement, with high precision, can achieve high-precision open-loop positioning control. The control circuit of this operation mode is simple economic, do not need to position detection components, is a practical digital servo feed system, as long as the static and dynamic performance to meet the requirements, should first consider using this system. But in large load or high-speed, this system may be out of step or lack of precision, this paper introduces two digital servo systems which can solve these problems.

Key words stepper motor; digital servo system; optical encoder

1 反应补偿式步进电动机进给数字侍服操控体系

步进电动机的滚动能跟从每一个指令脉冲，在运转完毕时所走的总行程正好等于输出脉冲的个数乘以步距。但是，因为开环操控没有方位反应检测，导致无法知道是否丢掉了脉冲；别的，电动机的呼应速度受负载巨细的影响，所以，步进电动机的开环操控功用遭到了一些约束。因为上述原因，近年来呈现了反应补偿式步进电动机侍服体系。这种体系根本上处理了步进电动机丢掉脉冲的问题，图1所示是反应补偿式步进电动机进给侍服体系的结构框图。步进电机将所给的电脉冲信号改动成角位移或线位移，而环形分配器则按规则的办法将电脉冲信号分配给步进电机的各相励磁绕组，使各相励磁绕组在电脉冲信号的操控下作业。脉冲功率扩大器能完结电机的功率驱动、电流操控及多种维护功用。该电路与