葉麗娜 韓 瑋

（陸軍軍官學(xué)院軍用儀器教研室 合肥 230031）

1 引言

自動化控制系統(tǒng)中，有許多場合需要測量角度位置、旋轉(zhuǎn)速度等。比如二維轉(zhuǎn)臺的兩個軸向角、消防水炮的身管方位角、俯仰角，這類非高速轉(zhuǎn)的設(shè)備可以利用旋轉(zhuǎn)編碼器來準(zhǔn)確測量出軸向轉(zhuǎn)角及速度的測量。

2 絕對編碼器原理及結(jié)構(gòu)

圖1 4位絕對型編碼器（自然二進(jìn)制碼）

圖2 絕對型編碼器（格雷碼）

根據(jù)絕對型編碼器對應(yīng)的N二進(jìn)制碼輸出方式又分并行輸出和串行輸出兩種。串行輸出的編碼器就是數(shù)據(jù)集中在一組電纜上傳輸，將二進(jìn)制碼一位一位地順序送出；并行輸出的編碼器就是二進(jìn)制碼在一組電纜上同時送出。并行輸出的編碼器反應(yīng)快，但連線多，傳輸距離短；串行輸出的連接線少，傳輸距離遠(yuǎn)，對于編碼器的保護(hù)和可靠性就大大提高了，一般高位數(shù)的絕對編碼器和絕對值多圈編碼器都是用串行輸出的。

圖3 16位串行絕對編碼器工作時序圖

3 串行編碼器工作原理

4 硬件配置及編程

根據(jù)編碼器的這樣的時序過程，用普通的速度較快的8位單片機(jī)即可驅(qū)動編碼器工作，采集編碼器輸出的角度信息，采集結(jié)果通過RS232發(fā)往上位機(jī)。本文采用STC12C5410單片機(jī)（20個引腳）作為控制和采集芯片，晶振為18.324MHz，分配單片機(jī)P1口的兩個引腳為輸出信號（啟動、時鐘），分配P1口一個引腳為輸入信號（數(shù)據(jù)）。例如：P1口0引腳為時鐘輸出，P1口1引腳為啟動信號輸出，P1口2引腳為數(shù)據(jù)輸入。用MAX232芯片作為與上位機(jī)RS232串行通信的接口，這樣構(gòu)成的軸向轉(zhuǎn)角測量裝置的硬件框圖如圖4所示［7～8］。

圖4 轉(zhuǎn)角測量裝置原理結(jié)構(gòu)圖

圖5 讀取16位角度量的流程圖

根據(jù)此硬件圖，編程實現(xiàn)讀取16位串行格雷碼角度量的流程如圖5所示，其中定義角度變量VAL為16位變量。程序通過設(shè)置中間變量，巧妙地將獲取的1位串行碼送給16位角度變量VAL的最低位。在啟動信號有效期間每個時鐘信號的下降沿，順序讀出16位格雷碼角度值，進(jìn)而再轉(zhuǎn)換成自然二進(jìn)制碼則完成獲取軸向轉(zhuǎn)角的過程［9～10］。

5 結(jié)語

采用上述方法實現(xiàn)的軸向轉(zhuǎn)角測量裝置的精度高于10″，將該裝置通過聯(lián)軸器將編碼器固定在消防水炮方位、俯仰角的轉(zhuǎn)軸上，使消防水炮控制系統(tǒng)構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)，感應(yīng)出消防水炮的轉(zhuǎn)角，發(fā)給上位機(jī)再驅(qū)動水炮的轉(zhuǎn)動。整個系統(tǒng)的工作過程為：上位機(jī)通過RS232串口先發(fā)出一個讀取轉(zhuǎn)角指令，轉(zhuǎn)角測量裝置收到該指令后開始工作，調(diào)用該讀取轉(zhuǎn)角函數(shù)獲得轉(zhuǎn)角信息，再發(fā)給上位機(jī)，通過這樣反饋控制使消防水炮轉(zhuǎn)角控制得更準(zhǔn)確。

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