一种微位移测量系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种微位移测量系统，其特征在于，所述系统包括型号为STM32F407VET6的微控制器以及与所述微控制器相连的电平转换模块和整形模块，所述整形模块还与光栅尺接口电路相连，其中，所述电平转换模块通过USB接口与PC机相连，所述整形模块与所述光栅尺接口电路之间通过3路正弦波信号相连。本实用新型专利技术提供的一种微位移测量系统，能够精确地测量细微的位移。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及尺度测量系统
，特别涉及一种微位移测量系统。
技术介绍
光栅计量科学技术自上世纪中期以来，已普遍应用于位移测量中，所以现代最根本最先进的精密测量技术即是光栅测量技术，该技术是基于莫尔条纹理论来进行位移高精度测量的。同时光栅测量技术的高速发展也促进位移测量技术在高精度测量、精密制造与控制领域有了迅速发展。光栅尺是一种具有高精度的位移传感器，其测量基准是高精度光栅，所以可以用其测量物体的精密位移。因为光栅尺传感器具有检测范围大，响应速度快和检测精度高等优点，所以其通常被应用在高精度数控机床和测量仪器等领域，用来精密检测角位移和线位移。当前的位移测量系统无法对细微的位移进行测量，因此亟需一种能够进行微位移测量的系统。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种微位移测量系统，能够精确地测量细微的位移。为实现上述目的，本技术提供了一种微位移测量系统，所述系统包括型号为STM32F407VET6的微控制器以及与所述微控制器相连的电平转换模块和整形模块，所述整形模块还与光栅尺接口电路相连，其中：所述电平转换模块通过USB接口与PC机相连，包括型号为CH340G的转换芯片，所述转换芯片的引脚2与所述微控制器的引脚69相连，所述转换芯片的引脚3与所述微控制器的引脚68相连，所述转换芯片的引脚5和引脚6分别与USB接口的差分数据引脚相连；所述电平转换模块还包括与所述转换芯片相连的晶振电路，所述晶振电路包括12MHz的晶振，所述晶振的两端分别与所述转换芯片的引脚7和引脚8对应相连，所述晶振的两端与地之间还分别连接有第六电容和第七电容；所述整形模块与所述光栅尺接口电路之间通过3路正弦波信号相连，所述整形模块中包括与所述3路正弦波信号分别对应的3组结构相同的滞回比较器整形电路，其中，各个滞回比较器整形电路中均包括型号为TLV3501的比较器芯片，所述比较器芯片的引脚2与对应的正弦波信号相连，所述比较器芯片的引脚6与地之间串联两个电阻，所述比较器芯片的引脚3与所述两个电阻之间的连接线相连，3组滞回比较器整形电路中的3个比较器芯片的引脚6分别与所述微控制器的引脚93、引脚92、引脚3对应相连。进一步地，所述系统还包括为所述微控制器和所述整形模块供电的供电模块，所述供电模块包括USB单元和型号为AMS1117的稳压芯片，所述USB单元包括电源引脚、地引脚、差分数据同相引脚、差分数据反相引脚和设备引脚，其中，所述电源引脚用于采集5V的电源并与所述稳压芯片的引脚3相连，所述稳压芯片的引脚3通过第一电容接地，所述稳压芯片的引脚4通过并联的第二电容和第三电容接地，所述稳压芯片的引脚4还通过串联的限流电阻和发光二极管接地。进一步地，所述系统还包括与所述微控制器相连的显示模块、矩阵键盘、存储模块以及程序烧录电路。进一步地，所述转换芯片的引脚16与直流电源相连，所述转换芯片的引脚16通过第四电容接地。进一步地，所述第六电容和第七电容的电容值均为22皮法。本技术提供的一种微位移测量系统，通过光栅尺接口电路可以输出表征莫尔条纹明暗程度的正弦波信号。输出的正弦波信号可以通过整形模块得到两路正交的方波信号，这两路正交的方波信号可以分别连接至微控制器的两个定时器通道，从而可以对两路方波的边沿进行计数，根据计数结果便可以精确地测量得到细微的位移量。测量得到的位移量可以通过电平转换模块传输至PC机中，从而可以对测量得到的位移量进行分析。附图说明图1为本技术提供的微位移测量系统的结构示意图；图2为本技术中电平转换模块的电路示意图；图3为本技术中光栅尺接口电路与整形模块的电路示意图；图4为本技术中供电模块的电路示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都应当属于本申请保护的范围。图1为本技术提供的微位移测量系统的结构示意图。图2为本技术中电平转换模块的电路示意图。图3为本技术中光栅尺接口电路与整形模块的电路示意图。请参阅图1至图3，所述系统包括型号为STM32F407VET6的微控制器100以及与所述微控制器100相连的电平转换模块200和整形模块300，所述整形模块300还与光栅尺接口电路400相连。在本实施方式中，所述微控制器100内部的定时器可以设置为正交编码模式，直接连接两路相位差为90°的方波信号，因此该定时器非常适合对增量式原理的编码器进行增减计数。在本实施方式中，可以采用光栅尺作为微距测量的传感器。增量式光栅尺作为正交编码器的一种，其可以输出两路正交的正弦波。这两路正弦波可以为A相正弦波和B相正弦波。正弦波的幅度表征着莫尔条纹的明暗程度，当主光栅和指示光栅的缝隙重合时，光源完全穿过，对应莫尔条纹的最亮处；当主光栅和指示光栅的缝隙错开时，莫尔条纹会逐渐变暗，输出的正弦波幅度也会相应减少。将两路正交正弦波输入至整形模块，可以得到两路正交方波，方波的个数表征着位移的距离。在本实施方式中，两路方波分别连接至微控制器的定时器的通道1和通道2，并且设置定时器为正交编码模式，这样微控制器内的定时计数器便开始对两路方波的边沿开始计数。每一个边沿的到来，便意味着光栅尺相对移动四分之一个光栅距。所述光栅尺接口电路还可以输出Z相信号，Z相信号可以用于标记零点位置，当光栅尺移动到零点位置时，Z相便可以输出一个脉冲信号。Z相信号可以作为微控制器的外部中断输入而且中断服务程序可以用来清空定时器的计数器。将定时器的计数器值乘以四分之一光栅距就可以准确测得位移量了，原因在于计数器每增减一个数便对应光栅尺移动四分之一个栅距。在本实施方式中，所述电平转换模块200通过USB接口(未示出)与PC机500相连，包括型号为CH340G的转换芯片U3，所述转换芯片U3的引脚2与所述微控制器100的引脚69相连，所述转换芯片U3的引脚3与所述微控制器100的引脚68相连，所述转换芯片U3的引脚5和引脚6分别与USB接口的差分数据引脚相连。所述转换芯片U3的引脚16与直流电源相连，所述转换芯片U3的引脚16通过第四电容C4接地。在本实施方式中，由于微控制器100发送的是TTL电平，所以需要所述电平转换模块200来将TTL电平转换为USB差分数据信号并实现电平信息转换。要让所述转换芯片U3工作，除了供电之外，还需要提供一个12MHz的时钟信号，所以设计了一个12MHz的晶振电路。所述晶振电路包括12MHz的晶振X1，所述晶振X1的两端分别与所述转换芯片U3的引脚7和引脚8对应相连，所述晶振X1的两端与地之间还分别连接有第六电容C6和第七电容C7，这两个电容的电容值均为22皮法。通过两个电容的充放电可以获取时钟振荡信号。所述转换芯片U3通过2.54mm间距的排针与所述微控制器100相连，通过USB接口与PC机500连接，在PC机500的设备管理器中便可以看到串口的端口号。然后便可以通过SerialPort串口类以及线程管理技术开发PC端的上位机程序。在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微位移测量系统，其特征在于，包括型号为STM32F407VET6的微控制器以及与所述微控制器相连的电平转换模块和整形模块，所述整形模块还与光栅尺接口电路相连，其中：所述电平转换模块通过USB接口与PC机相连，包括型号为CH340G的转换芯片，所述转换芯片的引脚2与所述微控制器的引脚69相连，所述转换芯片的引脚3与所述微控制器的引脚68相连，所述转换芯片的引脚5和引脚6分别与USB接口的差分数据引脚相连；所述电平转换模块还包括与所述转换芯片相连的晶振电路，所述晶振电路包括12MHz的晶振，所述晶振的两端分别与所述转换芯片的引脚7和引脚8对应相连，所述晶振的两端与地之间还分别连接有第六电容和第七电容；所述整形模块与所述光栅尺接口电路之间通过3路正弦波信号相连，所述整形模块中包括与所述3路正弦波信号分别对应的3组结构相同的滞回比较器整形电路，其中，各个滞回比较器整形电路中均包括型号为TLV3501的比较器芯片，所述比较器芯片的引脚2与对应的正弦波信号相连，所述比较器芯片的引脚6与地之间串联两个电阻，所述比较器芯片的引脚3与所述两个电阻之间的连接线相连，3组滞回比较器整形电路中的3个比较器芯片的引脚6分别与所述微控制器的引脚93、引脚92、引脚3对应相连。...

【技术特征摘要】
1.一种微位移测量系统，其特征在于，包括型号为STM32F407VET6的微控制器以及与所述微控制器相连的电平转换模块和整形模块，所述整形模块还与光栅尺接口电路相连，其中：所述电平转换模块通过USB接口与PC机相连，包括型号为CH340G的转换芯片，所述转换芯片的引脚2与所述微控制器的引脚69相连，所述转换芯片的引脚3与所述微控制器的引脚68相连，所述转换芯片的引脚5和引脚6分别与USB接口的差分数据引脚相连；所述电平转换模块还包括与所述转换芯片相连的晶振电路，所述晶振电路包括12MHz的晶振，所述晶振的两端分别与所述转换芯片的引脚7和引脚8对应相连，所述晶振的两端与地之间还分别连接有第六电容和第七电容；所述整形模块与所述光栅尺接口电路之间通过3路正弦波信号相连，所述整形模块中包括与所述3路正弦波信号分别对应的3组结构相同的滞回比较器整形电路，其中，各个滞回比较器整形电路中均包括型号为TLV3501的比较器芯片，所述比较器芯片的引脚2与对应的正弦波信号相连，所述比较器芯片的引脚6与地之间串联两个电阻，所述比较器芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秀再，朱熙铖，赵益波，乔治，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32