劉沫含　喬田雨　董岳

摘 要：本文針對(duì)生活中會(huì)面對(duì)的曲線測(cè)量問(wèn)題提供一種較為簡(jiǎn)單的解決方案，采用一種較為新的思路對(duì)實(shí)際曲線進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量系統(tǒng)采用PIC單片機(jī)作為控制器，8位數(shù)碼管顯示測(cè)量結(jié)果，穩(wěn)壓模塊為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電源，光電測(cè)速碼盤與輪子對(duì)目標(biāo)量進(jìn)行測(cè)量。此測(cè)量系統(tǒng)對(duì)測(cè)量精度要求不太高的場(chǎng)合有很好的實(shí)用效果，能有效解決曲線測(cè)量難測(cè)的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：曲線測(cè)量；PIC單片機(jī)；數(shù)碼管；光電測(cè)速碼盤

1 前言

目前市面上銷售的尺寸測(cè)量系統(tǒng)往往都是對(duì)于直線的測(cè)量，精度較低的有鋼板尺、盒尺，精度高的有游標(biāo)卡尺、千分尺、光柵尺等，對(duì)于曲線測(cè)量的有做衣服用的皮尺，這些測(cè)量系統(tǒng)都無(wú)法對(duì)曲線進(jìn)行很好的測(cè)量。實(shí)際生活中，對(duì)平面上所畫的曲線進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其方法是，把細(xì)繩放在曲線上與曲線重合，再將細(xì)繩拉直對(duì)細(xì)繩進(jìn)行測(cè)量。這樣測(cè)量十分不方便、效率很低，并且由于細(xì)繩長(zhǎng)度形變、細(xì)繩安放與曲線重合不準(zhǔn)確等問(wèn)題帶來(lái)的測(cè)量誤差也很大。本文所設(shè)計(jì)的曲線測(cè)量系統(tǒng)能很好地解決這種效率低、誤差大的問(wèn)題。

2 簡(jiǎn)易測(cè)量系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)主要包括以下幾方面（圖1）：①系統(tǒng)的核心：控制器；②人機(jī)交互部分：顯示器；③測(cè)量功能實(shí)現(xiàn)：光電測(cè)速碼盤；④系統(tǒng)電源：穩(wěn)壓模塊。

3 所需器件選型

在對(duì)所需器件進(jìn)行選型時(shí)，首先對(duì)數(shù)碼管與數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行選擇。常用的數(shù)碼管有共陰和共陽(yáng)兩種，根據(jù)尺寸不同又分為很多種。此系統(tǒng)中所需的數(shù)碼管供測(cè)量人員較為近距離觀看，所以不需要尺寸非常大的數(shù)碼管，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路和電源要求不是很高。由此分析，我們選擇常用的0.56英寸共陰數(shù)碼管，數(shù)碼管內(nèi)部發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，需要5mA左右的電流，而且電流輸出不可過(guò)大，否則會(huì)燒毀發(fā)光二極管。由于單片機(jī)的I/O口送不出如此大的電流，所以數(shù)碼管與單片機(jī)連接時(shí)需要加驅(qū)動(dòng)電路，可以用上拉電阻的方法或使用專門的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片。在這里我們采用74HC573鎖存器對(duì)8位數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其輸出電流較大，電路接口簡(jiǎn)單，可借鑒使用。

其次，對(duì)光電碼盤進(jìn)行選擇。光電碼盤為光電器件，可以測(cè)量轉(zhuǎn)角的變化，為了實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)有較高的測(cè)量精度，可采用市面上精度較高的100線光電測(cè)速碼盤。

在顯示器進(jìn)行選擇后對(duì)單片機(jī)進(jìn)行選擇。系統(tǒng)采用74HC573鎖存器對(duì)8位數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，數(shù)據(jù)位一共有8位，鎖存器段選與位選控制需要2位，對(duì)光電碼盤的脈沖計(jì)數(shù)需要2位，則所需要的單片機(jī)最少要有12個(gè)普通I/O口。根據(jù)需要，本系統(tǒng)選擇了市面上開(kāi)發(fā)板常用的PIC16F877單片機(jī)，足夠滿足測(cè)量要求。

最后則是為測(cè)量系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。因?yàn)橄到y(tǒng)所需的電量不大，并且都是采用5 V電源供電，那么就可以使用9 V電池穩(wěn)壓到5 V后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供電，使用常用的且價(jià)格低廉的7805穩(wěn)壓芯片就可實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

4 整體功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)組裝采用固定尺寸、剛性較好的小車輪通過(guò)軸承與聯(lián)軸器與測(cè)速碼盤連接，軸承上裝有把手，可以供人手持并且能安放除碼盤以外的其他模塊。通過(guò)計(jì)算輪子圓周尺寸，所轉(zhuǎn)角度與單片機(jī)獲得脈沖的關(guān)系得到輪子轉(zhuǎn)角和測(cè)量結(jié)果的線性關(guān)系。在使用過(guò)程中推動(dòng)車輪在需要測(cè)量的曲線上滾動(dòng)，得到測(cè)量曲線的長(zhǎng)度，通過(guò)單片機(jī)復(fù)位按鍵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。

參考文獻(xiàn)

[1]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[2]張明峰.PIC單片機(jī)入門與實(shí)戰(zhàn)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

（作者單位：北華航天工業(yè)學(xué)院）