一种基于PSD位置传感器的角度测量设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于PSD位置传感器的角度测量设备，包括：PSD位置传感器，带动PSD位置传感器移动的导轨，接收PSD位置传感器的信息并使测量距离与转换输出电压保持线性关系的非线性补偿电路，连接于非线性补偿电路的AD转换器，连接于上述AD转换器的单片机，连接于单片机的人机交互组件，连接于单片机与导轨之间的步进电机。本实用新型专利技术使用PSD位置敏感探测器并利用激光三角法设计了一种新的角度测量系统对物体表面夹角进行测量；不仅测量方便，且测量数值精确。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PSD位置传感器的角度测量设备
本技术属于电子测量
，特别涉及物体表面夹角的电子测量

技术介绍
在工程测量领域，几何量的测量占有十分重要的地位，尤其是对各种零件的形状、尺寸的测量。只有通过精确的测量过程，在现代工业企业生产中才能制造出精密的零件，保证生产符合要求，实现零件生产的可靠性。角度测量作为科学测量的一个重要组成部分，尤其是小角度的测量在仪器精密加工、航空航天、军事发展和通讯设备等众多领域具有重要作用及意义。因此，设计一种测量精度高、应用范围广的自动角度测量系统具有重要的实际意义和参考价值。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种基于PSD位置传感器的角度测量设备，本技术使用PSD位置敏感探测器并利用激光三角法设计了一种新的角度测量系统对物体表面夹角进行测量；不仅测量方便，且测量数值精确。为了实现上述目标，本技术采用如下的技术方案：一种基于PSD位置传感器的角度测量设备，包括：PSD位置传感器，带动PSD位置传感器移动的导轨，接收PSD位置传感器的信息并使测量距离与转换输出电压保持线性关系的非线性补偿电路，连接于非线性补偿电路的AD转换器，连接于上述AD转换器的单片机，连接于单片机的人机交互组件，连接于单片机与导轨之间的步进电机。前述的一种基于PSD位置传感器的角度测量设备，非线性补偿电路组成有：将电流I1和I2转换为电压V1和V2的放大器OP1和OP2，实现加法运算的OP3，实现除法运算的OP4和乘法器M。前述的一种基于PSD位置传感器的角度测量设备，AD转换器为16位A/D转换芯片ADS7805。前述的一种基于PSD位置传感器的角度测量设备，单片机为16位MSP430F169单片机前述的一种基于PSD位置传感器的角度测量设备，人机交互组件组成有：向单片机输入控制信息的矩阵键盘，接收单片机信息的显示屏。前述的一种基于PSD位置传感器的角度测量设备，步进电机选用混合式35BYG205型步进电机。本技术的有益之处在于：本技术提供一种基于PSD位置传感器的角度测量设备，本技术使用PSD位置敏感探测器并利用激光三角法设计了一种新的角度测量系统对物体表面夹角进行测量；本技术使用MSP430F169为主控芯片，通过步进电机导轨系统带动测距模块移动不同距离，分别由PSD位置传感器测量被测面对应的距离。为了使得角度测量的精度优于现有的基于激光三角法测量技术的测量精度，本技术针对锐角和钝角不同情况，分别建立了两种不同的数学计算模型，得出在二维坐标系中被测面上若干点的坐标，利用最小二乘法拟合计算出直线方程，利用所建立的数学计算模型求出物体表面夹角大小；不仅测量方便，且测量数值比目前已有技术更加精确。附图说明图1是本技术的一种实施例的结构示意图；图2是本技术被测物体与PSD位置传感器的角度角度大于90°小于180°时的计算模型的二维坐标图；图3是本技术被测物体与PSD位置传感器的角度小于90°时的计算模型的二维坐标图；图4是本技术最小二乘法拟合线图；图5是本技术的单片机最小系统电路；图6是本技术的一维PSD等效电路；图7是本技术的非线性补偿电路；图8是本技术的ADS7805电路图；图9是本技术的步进电机控制电路图10是本技术的矩阵键盘电路；图11是本技术的运行流程图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术作具体的介绍。一种基于PSD位置传感器的角度测量设备，包括：PSD位置传感器，承载PSD位置传感器移动的导轨，接收PSD位置传感器的信息并使测量距离与转换输出电压保持线性关系的非线性补偿电路，连接于非线性补偿电路的AD转换器，连接于上述AD转换器的单片机，连接于单片机的人机交互组件，连接于单片机与导轨之间的步进电机。为了保证测量精度，测量钝角时，导轨分别紧贴图2所示的X轴正方向放置和紧贴X轴负方向放置，由步进电机带动PSD位置传感器移动测距；而测量锐角时，导轨分别紧贴图3所示的X轴正方向放置和紧贴Y轴正方向放置，由步进电机带动PSD位置传感器移动测距。人机交互组件组成有：向单片机输入控制信息的矩阵键盘，接收单片机信息的显示屏；作为一种优选，显示屏为LCD12864显示屏。硬件设计：单片机为美国德州仪器生产的16位MSP430F169单片机。MSP430F169单片机以系统低功耗运行为设计核心，采用“冯诺依曼”设计结构，将系统内RAM、ROM以及外围功能模块全部存储在一个地址空间内。该单片机的最大寻址地址为62KB，由五种低功耗模式组成其基本结构，芯片体积小，方便使用。主要由6个端口即48个I/O口，2个串行通信接口以及片内看门狗定时器组成，端口数量的增多大大方便了外围功能模块的接入，为编程使用过程提供方便。单片机最小系统电路如图5所示。激光测距电路激光测距电路包括一维PSD位置传感器电路、非线性补偿电路和AD转换电路，具体如下：一维PSD等效电路如图6所示，图中，R0表示PSD感光层等效结电阻，C表示结电容，D为理想二极管；R1、R2表示PSD的负载电阻，一般情况下两值相等；R3、R4表示入射光斑的重心距离两电极之间的等效分配电阻；I0为光生电流大小，I1、I2分别为电极1与电极2的输出电流大小。为了使测量的距离与转换输出的电压保持线性关系，需设计一个非线性补偿电路如图7所示。非线性补偿电路包含I/V转换电路、信号放大电路以及低通滤波电路。图7中，电流I1和I2经过放大器OP1和OP2实现电流/电压转换，将微弱的电流信号转换为一定大小的电压信号，便于后续运算电路的实现。设I1和I2分别对应电压V1和V2。OP3实现加法运算，OP4和乘法器M实现除法运算，这样就实现了输出电压Vo与测量距离的线性对应关系。AD转换器为16位A/D转换芯片ADS7805。ADS7805是美国BURR-BROWN公司生产的一款采用DIP双列直插式和CMOS工艺制造的一款高速A/D转换器。具有转换速度快、功耗低等优点，可在最大程度上简化电路设计、节省硬件开销，并且16位的数据读取能提高测量精度及系统稳定性。转换结果为16位数据并行输出，具有三态缓冲功能，可以很方便的与16位数据总线连接。ADS7805电路如图8所示，Vi为输入电压信号(即图7补偿电路的输出电压Vo)，单片机P2.1与P2.0控制AD时序，D0～D15分别与单片机P3、P4口连接并进行数据传输。系统需要通过步进电机带动位置传感器在滑行轨道移动进行测量，位置传感器移动长度根据步进电机的旋转角度确定。步进电机选用混合式35BYG205型步进电机，该步进电机的主要技术参数为：四相六线制步进电机、1.8°步距角、相电阻48欧姆。由于单片机的驱动能力有限，在实际应用中，需要通过ULN2003大电流驱动阵列驱动步进电机。步进电机控制电路如图9所示，单片机P2.4～P2.7分别与ULN2003A的1～4口相连。矩阵键盘电路如图10所示，在每条水平线与垂直线之间通过按键连接，这样16个按键只需要一个端口即P1口进行控制。矩阵键盘电路主要用来控制电机转动方向和工作模式选择等。软件设计：系统主程序流程图如图11所示。当系统开始工作时，单片机主控芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PSD位置传感器的角度测量设备，其特征在于，包括： PSD位置传感器，承载上述PSD位置传感器移动的导轨，接收上述PSD位置传感器的信息并使测量距离与转换输出电压保持线性关系的非线性补偿电路，连接于上述非线性补偿电路的AD转换器，连接于上述AD转换器的单片机，连接于上述单片机的人机交互组件，连接于上述单片机与导轨之间的步进电机。

【技术特征摘要】
1.一种基于PSD位置传感器的角度测量设备，其特征在于，包括：PSD位置传感器，承载上述PSD位置传感器移动的导轨，接收上述PSD位置传感器的信息并使测量距离与转换输出电压保持线性关系的非线性补偿电路，连接于上述非线性补偿电路的AD转换器，连接于上述AD转换器的单片机，连接于上述单片机的人机交互组件，连接于上述单片机与导轨之间的步进电机。2.根据权利要求1所述的一种基于PSD位置传感器的角度测量设备，其特征在于，上述非线性补偿电路组成有：将电流I1和I2转换为电压V1和V2的放大器OP1和OP2，实现加法运算的OP3，实现除法运算的OP...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秀再，孔明昊，于子涵，庄玲，黄丹丹，
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