單片機(jī)三維軸角智能化測(cè)量系統(tǒng)
馬瑞卿 蘆 剛 劉昌旭
李鐘明 竇滿鋒 (西北工業(yè)大學(xué))
1 引言
甩旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)觀軸角精密測(cè)量需要解決的關(guān)鍵是將多極旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬量變成數(shù)字量。80年代后期；最國(guó)自行研制的14／12位XSZ系列旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換器達(dá)到世界水平i‘它由一塊厚膜集成器件就可完成原來(lái)二三塊雙面電路板所能完成的任務(wù)。文中所述系統(tǒng)是利用14／12XSZ與多極旋轉(zhuǎn)變壓器的精粗通道相配作為系統(tǒng)的前向通路。隨著單片機(jī)微處理器的迅速發(fā)展，使得更加精密而可靠的智能測(cè)量成為可能，本系統(tǒng)利 用8031非常強(qiáng)的位操作功能、便于擴(kuò)展、程序靈活、易于數(shù)字處理、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)三維軸角的數(shù)據(jù)分時(shí)采集、精粗組合，打印和數(shù)碼顯示，系統(tǒng)可與PC-XT串行通訊及與同位單片機(jī)并行通訊。
2 工作原理
2.1 前向通路
多極旋轉(zhuǎn)變壓器有粗精兩個(gè)通道，猶如時(shí)針與分針能精確計(jì)時(shí)一樣，一般粗通道為一對(duì)極，精通道為P對(duì)極，本系統(tǒng)選用P=32，14／12XSZ數(shù)字轉(zhuǎn)換器分別將多極旋轉(zhuǎn)變壓器的精粗通道模擬電壓輸出轉(zhuǎn)換成14／12位二進(jìn)制數(shù)字量，由于該數(shù)字轉(zhuǎn)換器采用二階伺服回路，輸出連續(xù)跟蹤輸入軸角的變化，使用時(shí)，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的4個(gè)端子分別接到轉(zhuǎn)換器D1-D4端（見(jiàn)圖1），通過(guò)其內(nèi)部
微型隔離變壓器后仍為正余弦形式的輸出，即：
式中 θ-----旋轉(zhuǎn)變壓器軸角
假定轉(zhuǎn)換器內(nèi)部可逆計(jì)數(shù)器現(xiàn)時(shí)代碼值為φ，則經(jīng)誤差放大器后有：
由內(nèi)部相敏檢波器、積分器、壓控振蕩器組成的閉環(huán)系統(tǒng)使sin(φ-θ)為0(即φ-0),
當(dāng)這個(gè)過(guò)程完成時(shí)，可逆計(jì)數(shù)器的代碼值φ就等于轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果----待測(cè)軸角θ。對(duì)于14/12XSZ，激磁頻率為400HZ,精度為+4.5”，跟蹤速度可達(dá)r/s。這樣精粗通道分別采用14xsg和I~XS2；對(duì)芋每。：維軸角經(jīng)粗精組合就可實(shí)現(xiàn)360。全角測(cè)量。以x軸為例，前向通路接線原理如圖1所示。其中計(jì)算機(jī)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，可將“忙”信號(hào)M作為一位數(shù)據(jù)，連同14／12位數(shù)據(jù)一起讀入內(nèi)存，再進(jìn)行檢測(cè)，若M為高電平，則認(rèn)為數(shù)據(jù)無(wú)效，反之8031先分別通過(guò)外圍I／O芯片．PC口的2位信號(hào)線鎖定G1和G2端，然后分時(shí)地從8155的PA、PB口讀取精通道的14位和粗通道的12位2進(jìn)制數(shù)即可。
2．2粗精組合
由于電氣誤差、變換器電路的精度以及內(nèi)部可逆計(jì)數(shù)器末位的跳變，會(huì)導(dǎo)致粗精兩通道的****有效位發(fā)生多計(jì)和少計(jì)，尤其對(duì)粗讀數(shù)，因其處于高位，末位數(shù)不允許有誤差，所以在雙讀數(shù)系統(tǒng)中不加入一定的判斷及處理，就可能產(chǎn)生這種粗大誤差。為了有效地提高系統(tǒng)測(cè)量精度，必須由單片機(jī)對(duì)粗通道的12位輸出碼進(jìn)行糾錯(cuò)和校正。一般多極旋轉(zhuǎn)變壓器粗精通道相互獨(dú)立，對(duì)于32對(duì)極的旋轉(zhuǎn)變壓器，粗通道采用12位轉(zhuǎn)換器時(shí)，測(cè)量范圍為O．08789�！�360。，而精通道采用14位轉(zhuǎn)換器時(shí)，測(cè)量范圍為0�！�11．25。粗精組合的目的是把12位粗碼與14位精碼組合成一個(gè)2進(jìn)制數(shù)。由于系統(tǒng)采用2進(jìn)制數(shù)，考慮到組合范圍應(yīng)有一定寬度，而且邏輯處理上對(duì)單片機(jī)又不是太復(fù)雜，故采用3位擴(kuò)展組合法。對(duì)于精通道，****位權(quán)值為5．625~，所以粗通道應(yīng)從權(quán)值為5。625。的第四位向高位順序數(shù)3位作為與精通遭高3位進(jìn)行組合的擴(kuò)展位，如圖2所示。
2進(jìn)制3位擴(kuò)展的差別規(guī)則為：粗一精≤3/8，不加不減；粗一精≥5/8，加1；精一粗≥5/8，減1。這里假定4/8一0．5的情況不會(huì)發(fā)生，即誤差不會(huì)等于O．5[1]，這樣可用此規(guī)律≯U出真值，如表1所示。
由精通道全部14位數(shù)和組合后的粗通道高5位數(shù)構(gòu)成一個(gè)19位2進(jìn)制數(shù)。
3系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)
3．1系統(tǒng)硬件
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