国产精品成人网站,日韩视频二区,亚洲成人手机电影,怡红院国产

產品推薦:水表|流量計|壓力變送器|熱電偶|液位計|冷熱沖擊試驗箱|水質分析|光譜儀|試驗機|試驗箱


儀表網>技術中心>應用設計>正文

歡迎聯(lián)系我

有什么可以幫您? 在線咨詢

基于單片機的角度測量儀的設計

   2012年05月30日 17:28  
  角度測量儀是某控制系統(tǒng)中瞄準裝置的關鍵部件。在以往的控制系統(tǒng)中,多數(shù)都是僅憑設備操作人員眼睛瞄準目標,然后作出相應的控制,這樣就帶來一系列問題,如操作人員的經驗、瞄準裝置轉盤的空回都可能會嚴重會影響瞄準目標的程度,從而嚴重影響控制系統(tǒng)的精度。為了提高控制系統(tǒng)的瞄準精度,在控制系統(tǒng)的瞄準裝置中增加了角度測量儀部件,操作人員瞄準目標后的角度值能夠定量地顯示在操作面板上,幫助操作人員更加準確地瞄準目標,因此,極大地提高了控制系統(tǒng)的控制度。
  
  角度測量儀利用光電編碼器讀取角度值,采用AT89S51單片機實現(xiàn)角度值數(shù)碼顯示、角度值偏差范圍的發(fā)光二極管指示功能(有三個指示燈,分別指示:偏高、偏低、適中)。不論在操作的復雜程度上還是在測量的精度上,都是傳統(tǒng)的眼瞄方法、刻度測量及標識方法*的。
  
  作為某控制系統(tǒng)的瞄準裝置的重要技術改進,此儀器的應用大大提高了控制系統(tǒng)瞄準的精度,增加瞄準偏差范圍的可讀性,淘汰了傳統(tǒng)的用刻度測量和標識角度的方法,使該控制系統(tǒng)的整體性能得到了顯著提高。此外,該角度測量儀只要稍作改動即可廣泛用于其它工業(yè)控制系統(tǒng)中。
  
  1、硬件基本原理
  
  首先,角度測量儀利用單片機讀取光電編碼器測出的角度值,再將角度值轉換成密位值并顯示在數(shù)碼屏上(注意:密位(mil)是一種角度單位,密位100=角度6°)。單片機判斷當前角度值的偏差范圍,給出控制信號點亮相應的發(fā)光二極管指示燈。此外,角度測量儀還可以通過控制面板上的開關控制實現(xiàn)瞄準鏡照明和低溫環(huán)境下瞄準鏡自動除霜功能。單片機的主要功能是實現(xiàn)角度值數(shù)碼管顯示、角度值范圍的發(fā)光二極管指示。該系統(tǒng)的難點在于確保角度值轉換成密位值的轉換精度和系統(tǒng)在非常溫環(huán)境下的工作可靠性。
  
  硬件分為以下幾個模塊:控制面板、單片機、光電編碼器、電源、數(shù)碼顯示器、發(fā)光二極管匹配指示裝置、周視鏡與直瞄鏡照明與除霜,如圖1所示。
  
  圖1電路模塊圖
  
  1.1單片機的選用
  
  首先,根據(jù)項目的需求分析可以得知單片機要完成的主要功能是:從光電編碼器(數(shù)據(jù)總線寬度是15位)讀取角度值后,將該角度值與系統(tǒng)預設的角度值比較,判斷瞄準的角度值范圍,點亮相應的指示燈。然后將從光電編碼器讀得的角度值轉換成密位值,發(fā)送給串行LED顯示驅動器MAX7219,顯示在LED顯示器上。
  
  從以上分析可以得知,適合此需求的單片機至少應具備3個8位并行I/O端口(其中光電編碼器占用2個端口,其它占用1個端口),才能有效工作。*,產品的品質等級通常分為三級:軍用級、工業(yè)級和商用級,其中,軍用級等級zui高,商用級等級zui低。由于此工業(yè)控制設備通常在戶外作業(yè),工作環(huán)境比較惡劣,故單片機的品質的等級也是需要考慮的一個重要因素。
  
  目前,MCS-51系列單片機技術成熟,開發(fā)所用的教材和技術資料多,開發(fā)工具齊全,市場上產品種類豐富、性價比較高、購買容易,開發(fā)語言簡單易學(可以用匯編或C51),因此,該系列產品應用廣泛,經久不衰。
  
  經過綜合考慮,單片機采用ATMEL公司生產的AT89S51芯片(MCS-51系列單片機的工業(yè)級產品),兼容MCS51微控制器,4K字節(jié)FLASH存貯器支持在系統(tǒng)編程(ISP)1000次擦寫周期,128字節(jié)片內RAM,工作電壓4.0V到5.5V,全靜態(tài)時鐘0Hz到33MHz,三級程序加密,4個8位的可編程I/O端口,2/3個16位定時/計數(shù)器,6/8個中斷源,全雙工UART,低功耗支持Idle和Powerdown模式,Powerdown模式支持中斷喚醒,雙數(shù)據(jù)指針,上電復位標志。ATMEL公司生產的89系列單片機在工業(yè)、交通、儀器儀表、自動生產過程、航空、運輸、汽車、家電等領域都有著極及其廣泛的應用。所選型號為ATMEL公司的AT89S51-24PI,工業(yè)級。能適應-45℃~+80℃環(huán)境工作。
  
  單片機的I/O端口資源分配是:P0和P2口分配給光電編碼器,P1口分配給顯示驅動和匹配指示發(fā)光二極管控制以及MAX813.
  
  1.2單片機主要外圍電路的設計
  
  監(jiān)控電路:為了提高單片機在惡劣環(huán)境下的可靠性,必須采用μP監(jiān)控電路來增加單片機的穩(wěn)定性和抗*力。硬件監(jiān)控電路有以下功能:(1)上電復位:保障系統(tǒng)加電時能正確地啟動。(2)掉電復位:當電源失效或電壓降到某一電壓值以下時,產生復位信號對系統(tǒng)進行復位。(3)看門狗定時器:當處理器遇干擾,程序運行混亂產生"死鎖"時,對系統(tǒng)復位。此處采用MAXIM公司的軍用級芯片MAX813LMJA.
  
  顯示驅動電路:為了節(jié)省單片機I/O口資源,降低單片機的計算量,選用串行LED顯示驅動器MAX7219.它能控制8位共陰級LED數(shù)碼管,具有16級亮度控制、譯碼靈活,上電發(fā)光二極管全熄、只占用三根單片機I/O口線等優(yōu)點。
  
  單片機及主要外圍電路的原理如圖2所示。
  
  圖2電路原理圖
  
  1.3單片機與外圍器件的數(shù)據(jù)通信
  
  單片機與光電編碼器:因為光電編碼器獲得角度值的速度遠大于單片機的工作速度,所以,單片機可以認為光電編碼器上的數(shù)據(jù)總是處于"準備好"狀態(tài),單片機隨時可以讀取有效數(shù)據(jù),16位的角度值分成高8位和低8位兩次讀取,它們之間的數(shù)據(jù)是并行無條件傳送。
  
  單片機與MAX7219:從單片機和MAX7219的工作速度來看,CPU兩次發(fā)送數(shù)據(jù)給MAX7219的時間間隔,足以保證單片機訪問MAX7219時,MAX7219總是處于"準備好"狀態(tài)。而MAX7219又是串行LED顯示驅動器,因此,單片機與MAX7219的數(shù)據(jù)傳送是串行無條件傳送。
  
  單片機與MAX813:因為單片機向MAX813發(fā)送數(shù)據(jù)時,MAX813只等待接收單片機的初始化數(shù)據(jù)而并無其它的工作其工作速度足夠快,可以認為MAX813總是處于"準備好"狀態(tài)。因此,單片機與MAX813的數(shù)據(jù)傳送也是串行無條件傳送。
  
  2、軟件設計原理
  
  角度測量儀啟動工作后,單片機的工作過程是:系統(tǒng)啟動后,初始化外部看門狗,初始化顯示驅動芯片MAX7219,給看門狗計數(shù)器賦初值,讀取光電編碼器獲取的角度值,當角度偏差值處在某一特定范圍時,單片機發(fā)出控制信號點亮與該范圍相對應的指示燈,將當前的角度值轉換成密位值顯示在數(shù)碼屏,又重新給看門狗計數(shù)器賦初值,進入下一個工作循環(huán)。主函數(shù)的工作流程如圖3所示。
  
  圖3主函數(shù)流程圖
  
  請注意,流程圖中,帶雙線邊的矩形框表示該部分為函數(shù)。在本課題的軟件設計中,采用了C51編程語言,因為用C51編程不僅效率高,而且可讀性很強。
  
  下面給出主函數(shù)的源代碼。
  
  voidmain(void)
  
  {
  
  WDI=0;//初始化看門狗
  
  InitMax7219();//初始化MAX7219的函數(shù)
  
  while(1){
  
  WDI=1;//"喂狗"
  
  WDI=0;//"喂狗"
  
  GetAngle();//讀角度值的函數(shù)
  
  MachView();//指示燈匹配顯示的函數(shù)
  
  GetMil();//計算密位值的函數(shù)
  
  DisplayMil();//顯示密位的函數(shù)
  
  }
  
  }
  
  在主函數(shù)調用的幾個函數(shù)中,InitMax7219()的功能是初始化LED顯示驅動器MAX7219,單片機向MAX7219發(fā)送消影控制、亮度、掃描范圍、譯碼方式信息。
  
  GetAngle()的功能是從光電編碼器讀角度值,先讀高8位,再讀低8位,然后將高8位和低8位合并,zui后舍去zui低位(光電編碼器的有效數(shù)據(jù)是15位).
  
  MachView()的功能是角度偏差指示燈匹配顯示,將該角度值與系統(tǒng)預設的角度值比較,判斷瞄準的角度值是偏高、偏低還是適中。如果角度值偏高,那么單片機就發(fā)出控制命令,使偏高指示燈亮,如果偏低,則令偏低指示燈亮,否則令適中指示燈亮。
  
  值得注意的是,計算密位值的函數(shù)GetMil()的代碼編寫,要考慮角度的轉換精度,在本課題中,采用了C51中的long型變量來分別存放密位的整數(shù)和小數(shù)部分,并將角度的小數(shù)部分放大十萬倍后參加運算,保證轉換精度。
  
  DisplayMil()的功能是驅動MAX7219顯示密位。首先顯示密位,判斷此角度是否進入預設區(qū),如果是,熄滅符號燈,各位顯示"0";如果沒有,判斷角度值是否為負,如果是,顯示負號,如果是正,不顯示負號,然后將角度值顯示在LED顯示屏上。
  
  由于篇幅所限,程序的源代碼沒有給出。
  
  3、結束語
  
  為了使角度測量儀能在各種可能的惡劣環(huán)境下(如高溫、低溫、振動等環(huán)境)正常工作,在整個設計過程中,要著重考慮的問題是硬件的可靠性和軟件的可靠性。設計時的注意事項如下:(1)電源芯片的額定功率選擇要留有余量。(2)元器件選擇工業(yè)級或軍用級產品。(3)采用硬件看門狗方案,防止單片機程序鎖死。本課題設計的樣機已處于測試階段,目前已通過了常溫和多種環(huán)境試驗的測試。

免責聲明

  • 凡本網注明“來源:儀表網”的所有作品,均為浙江興旺寶明通網絡有限公司-儀表網合法擁有版權或有權使用的作品,未經本網授權不得轉載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經本網授權使用作品的,應在授權范圍內使用,并注明“來源:儀表網”。違反上述聲明者,本網將追究其相關法律責任。
  • 本網轉載并注明自其它來源(非儀表網)的作品,目的在于傳遞更多信息,并不代表本網贊同其觀點或和對其真實性負責,不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網站或個人從本網轉載時,必須保留本網注明的作品第一來源,并自負版權等法律責任。
  • 如涉及作品內容、版權等問題,請在作品發(fā)表之日起一周內與本網聯(lián)系,否則視為放棄相關權利。
聯(lián)系我們

客服熱線: 15024464426

加盟熱線: 15024464426

媒體合作: 0571-87759945

投訴熱線: 0571-87759942

關注我們
  • 下載儀表站APP

  • Ybzhan手機版

  • Ybzhan公眾號

  • Ybzhan小程序

企業(yè)未開通此功能
詳詢客服 : 0571-87759942