基于MSP430F149單片機的光電編碼器位置檢測系統設計

在實(shí)際的工業(yè)位置控制領(lǐng)域中，為了提高控制精度，準確地對控制對象進(jìn)行檢測是十分重要的。傳統的機械測量位移裝置已遠遠不能滿(mǎn)足現代生產(chǎn)的需要，而數字式傳感器光電編碼器,能將角位移量轉換為與之對應的電脈沖輸出, 主要用于機械位置和旋轉速度的檢測，具有精度高，體積小等特點(diǎn)，因此決定采用光電編碼器進(jìn)行位移檢測。

美國TI公司推出的MSP430系列16位單片機，具有低功耗，運行速度快等優(yōu)點(diǎn)，正日益得到廣泛的應用。本文將高精度MSP430單片機應用在系統中，作為整個(gè)系統的控制器，整個(gè)系統結構簡(jiǎn)單，抗干擾性強,滿(mǎn)足了鋼鐵廠(chǎng)的生產(chǎn)要求。

1、光電編碼器原理

光電編碼器是集光、機、電技術(shù)于一體的數字化傳感器，其基本原理就是在特制的碼盤(pán)上按一定規律編排光柵圖案，將這些圖案用光電頭讀取，轉變?yōu)楦叩陀行蚺帕械碾娖叫盘?。光電編碼器輸出信號為A , B , Z 3 個(gè)信號,其中A , B 為相位差90°的方波信號, Z 為過(guò)零脈沖信號。如圖1所示，光電編碼器每旋轉一周,A、B 相輸出同樣數量的脈沖, Z相輸出一個(gè)脈沖，脈沖的個(gè)數和電機旋轉角度，電機的運行距離成正比關(guān)系，因此通過(guò)計算脈沖數就能計算出電機在實(shí)際運行中所運行的距離。



A相、B相都是光電編碼器產(chǎn)生的，這兩個(gè)信號的前沿和后沿都對應著(zhù)光電碼盤(pán)的1/4節距的信息。因此在實(shí)際中為了提高光電編碼器的定位精度通常采用四倍頻方法進(jìn)行處理。鑒相就是通過(guò)分析圖1的A相，B相信號，得出電機的旋轉方向。如果A相脈沖超前B相90，說(shuō)明電機正轉，如果B相脈沖超前A相脈沖90，說(shuō)明電機反轉。本系統設計了一種四倍頻電路，其原理圖如圖2所示，相應的時(shí)序圖如圖3所示。由時(shí)序圖3可以看出，A和B信號經(jīng)四倍頻電路后，輸出信號為XA，XB兩個(gè)信號，在同一時(shí)刻，XA，XB只有一個(gè)是脈沖信號，另一個(gè)是高電平。因此，將XA，XB兩個(gè)信號連接到單片機相應的端口上，對這兩個(gè)信號分別進(jìn)行判斷、計數和計算，就可以得出相應的電機轉向和位移量。



2、系統功能

系統框圖見(jiàn)圖4。整個(gè)系統主要由差動(dòng)隔離整形，倍頻電路，鑒相計數模塊，主控芯片，通訊模塊，數顯模塊組成。光電編碼器選用SIEMENS公司的1XP8001-1型號，輸出電壓為5V。從光電碼盤(pán)輸出的A，B，A－,B－經(jīng)過(guò)差動(dòng)隔離整形模塊后能減少現場(chǎng)對信號產(chǎn)生的干擾，尤其是共模干擾，處理后的信號經(jīng)四倍頻電路后連到主控芯片，對脈沖進(jìn)行計數，處理，計算，得到被控對象的位移結果。位移結果一方面送數顯表顯示，另一方面可通過(guò)串口將位移結果送到上位機，便于在上位機中進(jìn)行統計，打印，綜合分析。