高精度实时位移速度测量仪制造技术

高精度实时位移速度测量仪属于位移速度装置技术领域，尤其涉及一种高精度实时位移速度测量仪。本发明专利技术提供一种高精度实时位移速度测量仪。本发明专利技术包括位移传感器、微控制器和人机接口模块，其结构要点微控制器包括信号调理电路、正交信号解码模块、核心模块和接口部分，位移传感器的输出端分别与信号调理电路的输入端、正交信号解码模块的输入端相连；正交信号解码模块、核心模块、接口部分、人机接口模块依次相连。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于位移速度装置
，尤其涉及一种高精度实时位移速度测量仪。
技术介绍
传统的位移速度测量系统，都是分立式的，一般由正交位移信号解码模块、时间基准模块、人机接口模块组成，如图11所示。上述传统的位移速度测量系统存在的缺欠是。（1）正交位移解码模块输出的仅仅是位移信号。（2）在正交位移解码模块把位移信号传递给人机接口模块时，串行总线通讯过程存在着不固定的时间差，这个差值在1～500mS。因为以上两点，在高精度的速度测量系统中，这个差值对速度的测量是有较大的影响的，作为一种高精度速度测量仪表，这个系统误差是不允许的。如果能够去掉这个时间差，将会极大的提高系统的测量精度。
技术实现思路
本专利技术就是针对上述问题，提供一种高精度实时位移速度测量仪。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，本专利技术包括位移传感器、微控制器和人机接口模块，其结构要点微控制器包括信号调理电路、正交信号解码模块、核心模块和接口部分，位移传感器的输出端分别与信号调理电路的输入端、正交信号解码模块的输入端相连。正交信号解码模块、核心模块、接口部分、人机接口模块依次相连。把正交位移解码部分和时间基准放在一个微控制器内，在获取到位移信息后，利用中断的方法读取时间基准，使位移和时间的关联达到了微秒级精度。作为一种优选方案，本专利技术所述人机接口模块采用TPS7062系列触摸屏。作为另一种优选方案，本专利技术所述正交信号解码模块采用HEF4555BT芯片U8，所述核心模块采用STM32F103RBT6芯片U2。U8的2、3脚与位移传感器的正交计数脉冲信号PA、PB端口对应相连，U8的4脚分别与CD4013芯片U5的4脚、CD4013芯片U6的10脚、U6的3脚、4013芯片U9的11脚相连。U8的5脚分别与7408芯片U13的2脚、U9的3脚、U5的10脚、U6的4脚相连。U8的6脚分别与U13的4脚、U5的11脚、U9的4脚、U9的10脚相连。U5的6脚与U13的3脚相连，U13的1脚与U6的12脚相连，U6的8脚与U13的6脚相连，U13的5脚与U5的2脚相连，U6的13脚与U9的5脚相连，U9的1脚与U9的9脚相连，U9的13脚接U2的11脚。U5的1脚接U5的9脚，U5的13脚接U6的5脚，U6的1脚接U2的14脚。作为另一种优选方案，本专利技术所述位移传感器的正交计数脉冲信号PA,PB首先进入U8的2、3脚进行译码，在输出端得到不同的状态码在4、5、6引脚输出，位移传感器正向运动输出的译码序列和反向运动输出的译码序列是不一样的，在芯片U13、U5、U6的逻辑控制下，正向信号序列会顺序锁存在U5B、U6A，最终在U6A的第一引脚输出正向计数脉冲，接入STM32F103的第14引脚。反向信号序列会顺序锁存在U9A、U9B，最终在U9B的第13引脚输出正向计数脉冲，接入STM32F103的第11引脚。STM32收到位移解码数据后，采用中断方法读取定时器的值，进行速度的计算。由位移传感器输出的正交位移信号，经过解码电路会产生2个独立的计数脉冲，这两个脉冲加在STM32的两个中断引脚上，当位移正向变化时，产生EXTI0中断，当位移反向变化时，产生EXTI1中断，在中断程序里面，立即读取时标信号。这样就形成了位移—时标的绑定关系，使测量过程中的位移与时间的对应关系达到了微秒级精度。其次，本专利技术所述信号调理电路包括NPN三极管Q3、Q4、Q5和TP521-1芯片U10、U11、U7、U12。Q3的集电极与位移传感器的PZ端口相连，Q3的发射极接地，Q3的基极分别与电阻R29一端、电阻R23一端相连，R29另一端接地，R23另一端接PIXZ端（接传感器Z相信号）。Q4的集电极与位移传感器的PB端口相连，Q4的发射极接地，Q4的基极分别与电阻R27一端、电阻R30一端相连，R30另一端接地，R27另一端接PIXB端（接传感器B相信号）。Q5的集电极与位移传感器的PA端口相连，Q5的发射极接地，Q5的基极分别与电阻R28一端、电阻R31一端相连，R31另一端接地，R28另一端接PIXA端（接传感器A相信号）。U10的输入发光二极管阳极接电源VCC，阴极通过LEDL3接OUT0端。U10的输出三极管集电极接OUTX1端（预留开关量输出1），发射极接GNDext端。U11的输入发光二极管阳极接电源VCC，阴极通过LEDL4接OUT1端。U11的输出三极管集电极接OUTX2端（预留开关量输出2），发射极接GNDext端。U7的输入发光二极管阳极接电源VCC，阴极通过LEDL2接OUT2端。U7的输出三极管集电极接OUTX3端（预留开关量输出3），发射极接GNDext端。U12的输入发光二极管阳极接电源VCC，阴极通过LEDL5接OUT3端。U12的输出三极管集电极接OUTX4端（预留开关量输出4），发射极接GNDext端。OUT0端接U2的PC0端，OUT1端接U2的PC1端，OUT2端接U2的PC2端，OUT3端接U2的PC3端。另外，本专利技术所述接口部分包括MAX485/NC芯片U1、MAX232ACPE芯片，U1的1脚分别与MAX232ACPE芯片的12脚、U2的17脚相连，U1的2、3脚与U2的2脚相连，U1的4脚分别与MAX232ACPE芯片的11脚、U2的16脚相连。U1的7脚分别与电阻R11一端、R26一端、R9一端、R13一端、R12一端相连，R11、R9另一端接地，R12另一端分别与电阻R10一端、M-端（M-端接在接线端子上，连接到HMI，485通讯信号-）相连，R10另一端接地。U1的6脚分别与电阻R18一端、R26另一端、R16一端、R13另一端、R15一端相连，R18另一端接电源VCC，R16另一端接地，R15另一端分别与电阻R17一端、M+端（M+端接在接线端子上，连接到HMI,485通讯信号+）相连，R17另一端接地。MAX232ACPE芯片的13、8引脚与Rin端（这个是备用的，该模块预留了RS232接口）相连，MAX232ACPE芯片的14脚接Tout端（这个是备用的，该模块预留了RS232接口）。InputC端（该端子输出时间脉冲，校准用，可以提供给外部测试用）与NPN三极管Q3集电极相连，Q3发射极接地，Q3基极接U2的61脚。InputB端（预留开关量输入，实际中没有连接）与NPN三极管Q2基极相连，Q2发射极接地，Q3集电极接U2的PB9脚。InputA端（预留开关量输入，实际中没有连接）与NPN三极管Q1基极相连，Q1发射极接地，Q1集电极接U2的PB5-LED1脚。本专利技术有益效果。本专利技术把正交位移解码部分和时间基准放在一个微控制器内，在获取到位移信息后，利用中断的方法读取时间基准，使位移和时间的关联达到了微秒级精度。这种测量方式，相比于传统方法有了本质性的改变，改进后的效果是。1、人机接口收到的不再是单纯的位移量和时间基准，而是紧密关联的位移+速度。2、系统具有外部可校准的时间基准。本专利技术解决了现有系统中位移和时间不同步的问题，明显提高了系统的测量精度，从本质上消除了原有测量系统中数据传输过程产生的时间差，因为合并掉了时间基准，成本明显降低。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。本专利技术保护范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
高精度实时位移速度测量仪，包括位移传感器、微控制器和人机接口模块，其特征在于微控制器包括信号调理电路、正交信号解码模块、核心模块和接口部分，位移传感器的输出端分别与信号调理电路的输入端、正交信号解码模块的输入端相连；正交信号解码模块、核心模块、接口部分、人机接口模块依次相连；把正交位移解码部分和时间基准放在一个微控制器内，在获取到位移信息后，利用中断的方法读取时间基准，使位移和时间的关联达到了微秒级精度。

【技术特征摘要】
1.高精度实时位移速度测量仪，包括位移传感器、微控制器和人机接口模块，其特征在于微控制器包括信号调理电路、正交信号解码模块、核心模块和接口部分，位移传感器的输出端分别与信号调理电路的输入端、正交信号解码模块的输入端相连；正交信号解码模块、核心模块、接口部分、人机接口模块依次相连；把正交位移解码部分和时间基准放在一个微控制器内，在获取到位移信息后，利用中断的方法读取时间基准，使位移和时间的关联达到了微秒级精度。2.根据权利要求1所述高精度实时位移速度测量仪，其特征在于所述人机接口模块采用TPS7062系列触摸屏。3.根据权利要求1所述高精度实时位移速度测量仪，其特征在于所述正交信号解码模块采用HEF4555BT芯片U8，所述核心模块采用STM32F103RBT6芯片U2；U8的2、3脚与位移传感器的正交计数脉冲信号PA、PB端口对应相连，U8的4脚分别与CD4013芯片U5的4脚、CD4013芯片U6的10脚、U6的3脚、4013芯片U9的11脚相连；U8的5脚分别与7408芯片U13的2脚、U9的3脚、U5的10脚、U6的4脚相连；U8的6脚分别与U13的4脚、U5的11脚、U9的4脚、U9的10脚相连；U5的6脚与U13的3脚相连，U13的1脚与U6的12脚相连，U6的8脚与U13的6脚相连，U13的5脚与U5的2脚相连，U6的13脚与U9的5脚相连，U9的1脚与U9的9脚相连，U9的13脚接U2的11脚；U5的1脚接U5的9脚，U5的13脚接U6的5脚，U6的1脚接U2的14脚。4.根据权利要求3所述高精度实时位移速度测量仪，其特征在于所述位移传感器的正交计数脉冲信号PA,PB首先进入U8的2、3脚进行译码，在输出端得到不同的状态码在4、5、6引脚输出，位移传感器正向运动输出的译码序列和反向运动输出的译码序列是不一样的，在芯片U13、U5、U6的逻辑控制下，正向信号序列会顺序锁存在U5B、U6A，最终在U6A的第一引脚输出正向计数脉冲，接入STM32F103的第14引脚；反向信号序列会顺序锁存在U9A、U9B，最终在U9B的第13引脚输出正向计数脉冲，接入STM32F103的第11引脚；STM32收到位移解码数据后，采用中断方法读取定时器的值，进行速度的计算；由位移传感器输出的正交位移信号，经过解码电路会产生2个独立的计数脉冲，这两个脉冲加在STM32的两个中断引脚上，当位移正向变化时，产生EXTI0中断，当位移反向变化时，产生EXTI1中断，在中断程序里面，立即读取时标信号；这样就形成了位移—时标的绑定关系，使测量过程中的位移与时间的对应关系达到了微秒级精度。5.根据权利要求3所述高精度实时位移速度测量仪，其特征在于所述信号调理电路包括NPN三极管Q3、Q4、Q5和TP521-1芯片U10、U11、U7、U12；Q3的集电极与位移传感器的PZ端口相连，Q3的发射极接地，Q3的基极分别与电阻R29一端、电阻R23一端相连，R29另一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，张贺，房田，李殿文，邓平，贾永刚，邵长春，
申请(专利权)人：辽宁省计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：辽宁;21