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)