光電軸角編碼器的細(xì)分誤差快速測(cè)量系統(tǒng)

光電軸角編碼器的細(xì)分誤差快速測(cè)量系統(tǒng)

0引言

　　電纜的應(yīng)用非常廣泛，且長(zhǎng)時(shí)間使用后經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)短路或者斷路的情況，目前我國(guó)許多行業(yè)的電纜通斷測(cè)試仍停留在手工階段，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且容易出現(xiàn)人為失誤，即使有配套的通斷測(cè)試儀，也存在測(cè)試精度不高，速度不夠快的現(xiàn)象。鑒于此本文設(shè)計(jì)了一種基于PC104的電纜通斷測(cè)試儀，新型的通斷測(cè)試儀采用先進(jìn)的PC104嵌入式系統(tǒng)作為主控計(jì)算機(jī)，其意義就在于加快通斷測(cè)試的速度，減少操作步驟，提高測(cè)試的可靠性及精度。

　　新型測(cè)試儀的應(yīng)用價(jià)值是比較明顯的，它不僅實(shí)現(xiàn)了有效的故障測(cè)試，縮短了故障排除的時(shí)間，提高了故障判斷的準(zhǔn)確度，減輕了維護(hù)工作人員的工作量，而且相比與同類(lèi)型的測(cè)試儀便攜性更好，對(duì)于測(cè)試條件艱苦的行業(yè)，本測(cè)試儀相比于現(xiàn)代國(guó)內(nèi)的其他同類(lèi)測(cè)試儀優(yōu)越性更明顯。并且新型的測(cè)試儀兼容性好，可以應(yīng)用于其他行業(yè)的電纜維修與測(cè)試，所以新型測(cè)試儀具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　1實(shí)現(xiàn)功能

　　新型的電纜通斷測(cè)試儀主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

　　1)檢測(cè)功能，能夠?qū)﹄娎|芯線進(jìn)行通斷檢測(cè)；

　　2)自檢功能，對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)采集通道和測(cè)量通道進(jìn)行系統(tǒng)自檢，檢查設(shè)備的工作狀態(tài)；

　　3)數(shù)據(jù)管理功能，具有數(shù)據(jù)報(bào)表自動(dòng)生成，數(shù)據(jù)查詢、打印、導(dǎo)出、刪除、結(jié)果判斷等功能；

　　4)USB接口轉(zhuǎn)存功能，能夠通過(guò)USB接口利用U盤(pán)安裝程序，轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)。

　　2技術(shù)指標(biāo)

　　1)通斷測(cè)量通道：256路，可擴(kuò)展；

　　2)通斷測(cè)量范圍：測(cè)量電壓5V，串聯(lián)可變電阻檔：0～5MΩ；測(cè)量誤差：0．05V；精確度：0．01％；

　　3)對(duì)外接口：外界PS／2鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串行接口、一個(gè)并行接口、兩個(gè)USB接口、自帶觸摸顯示屏；

　　4)輸入電源：AC220V(220±10％)，輸入電源功率：≥300W；

　　5)工作環(huán)境溫度：0℃～55℃。

　　3設(shè)備組成及工作原理

　　該智能測(cè)試裝置主要由人機(jī)接口電路、機(jī)箱、電源、液晶屏顯示部分、打印機(jī)、鼠標(biāo)和鍵盤(pán)等部件組成。測(cè)試儀的系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

　　用以PC104總線為基礎(chǔ)的嵌入式系統(tǒng)作為測(cè)試儀的核心控制系統(tǒng)，其中采用研華公司研制的PCM－3380作為CPU板。CPU板用來(lái)完成程序的運(yùn)行控制、地址和數(shù)據(jù)命令的接收、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并顯示等工作。I／O板采用PCM－3724，用來(lái)完成數(shù)據(jù)的輸入輸出，供電電壓為5V。數(shù)據(jù)輸入方面有48個(gè)通道，0．8V以下視為邏輯0，2V以上視為邏輯1。數(shù)據(jù)輸出方面有48個(gè)通道，0．5V以下視為邏輯0，2V以上視為邏輯1。

　　數(shù)據(jù)采集板采用PCM－3718，用來(lái)完成采樣電壓的A／D轉(zhuǎn)換，采集板有8個(gè)模擬量輸入通道，工作電壓為5V。因?yàn)闇y(cè)通斷的測(cè)試電壓不需要太高，所以不用考慮采樣電壓過(guò)大的影響。

　　繼電器矩陣起到選通被測(cè)支路的作用，該部分主要由PC104總線接口，驅(qū)動(dòng)器，繼電器開(kāi)關(guān)組等器件構(gòu)成，工作電壓為12V。它的工作過(guò)程是由PC104總線發(fā)出地址和控制數(shù)據(jù)到I／O板，I／O板收到數(shù)據(jù)后，先識(shí)別地址，然后將數(shù)據(jù)送到對(duì)應(yīng)的地址處，從而起到控制相應(yīng)的繼電器開(kāi)關(guān)動(dòng)作，選通測(cè)量支路的作用。

　　人機(jī)接口單元用來(lái)接收鍵盤(pán)，鼠標(biāo)或者觸摸屏的控制命令，完成相應(yīng)操作，并在觸摸屏上顯示相應(yīng)信息。測(cè)試儀采用WindowsXP操作系統(tǒng)，可以通過(guò)軟件設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面。

　　系統(tǒng)工作原理為：CPU板發(fā)出控制命令，通過(guò)I／O板控制繼電器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)繼電器矩陣中相應(yīng)的繼電器閉合或者斷開(kāi)，從而起到將需要測(cè)試的測(cè)試芯線接入到測(cè)試電路的目的。測(cè)試完成后，將測(cè)試電壓濾波，隔離放大后送入數(shù)據(jù)采集板進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換處理，最后將數(shù)據(jù)送回CPU板進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷并顯示。

　　4硬件設(shè)計(jì)

　　4．1通斷測(cè)試電路設(shè)計(jì)

　　通斷測(cè)試電路采用串聯(lián)測(cè)壓原理，具體電路如圖2所示。

　　測(cè)試電源采用5V，工頻50Hz的交流電源，R1是一個(gè)高精度數(shù)控可變電阻，變化范圍0～5MΩ，U0是采樣電壓，它經(jīng)過(guò)濾波，隔離放大后送入數(shù)據(jù)采集模塊，Rx是是被測(cè)電纜。不同的電纜種類(lèi)有不同的規(guī)范，根據(jù)數(shù)控電阻R1的阻值，如將R1調(diào)至50Ω，則一般測(cè)得的電壓值在4．2～5V之間可以視此電纜芯線為導(dǎo)通，0～0．8V視為斷路。

　　4．2濾波電路設(shè)計(jì)

　　濾波電路用來(lái)消除對(duì)50Hz工頻電壓信號(hào)的干擾，本測(cè)試儀采用的視無(wú)源雙T型濾波電路，具體電路如圖3所示。

　　圖中，R1，R2，R3為可變電阻，通過(guò)調(diào)節(jié)它們的阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)一定頻率電壓信號(hào)的濾波。

4．3繼電器矩陣電路設(shè)計(jì)

　　繼電器分為行控制和列控制，其工作原理為：繼電器線圈的正極采用三極管放大器進(jìn)行電流輸入驅(qū)動(dòng)，當(dāng)其邏輯輸入電壓為5V時(shí)，輸入電流為0．5mA時(shí)，則集電極的電流為β×0．5mA，其中β為三極管的放大倍數(shù)，選取適當(dāng)β的三極管，可使其最大輸出電流為1A左右，可知列驅(qū)動(dòng)電路中的繼電器能夠達(dá)到工作要求，其輸出的電流也為1A左右，因而滿足列驅(qū)動(dòng)的電流要求，實(shí)現(xiàn)了推電流的功能。繼電器線圈的負(fù)極采用ULN2004來(lái)吸收通過(guò)繼電器線圈負(fù)端的電流，ULN2004的輸入端接5V的邏輯信號(hào)電壓時(shí)，其要求輸入電壓為0．35～0．50mA，而對(duì)其輸出端，實(shí)際上它是作電流輸入用途，當(dāng)供電電壓為12V時(shí)，其工作電流在350～500mA之間。當(dāng)輸入端無(wú)電壓輸入時(shí)，輸出端和地之間處于開(kāi)路狀態(tài)，所以電流不能通過(guò)，此電路也就不能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通電流的作用，而當(dāng)輸入端加載5V的信號(hào)電壓時(shí)，只需要0．5mA的電流，就可以使輸出端和地之間導(dǎo)通，從而使電流可以順利地通過(guò)實(shí)現(xiàn)“拉”電流的功能。只有當(dāng)繼電器的行列驅(qū)動(dòng)都工作的時(shí)候，繼電器矩陣中的繼電器才會(huì)工作，對(duì)應(yīng)測(cè)試電纜的通路才會(huì)接通。繼電器工作原理如圖4所示。

　　5電纜通斷測(cè)試儀系統(tǒng)軟件

　　5．1軟件組成

　　CPU主控制器軟件平臺(tái)選用WindowsXP操作系統(tǒng)，編程語(yǔ)言采用ObjectPascal語(yǔ)言，軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境選用Delphi7．0。

　　系統(tǒng)軟件主要有顯示界面管理模塊、用戶接口管理模塊、數(shù)據(jù)文件管理模塊、測(cè)試項(xiàng)目管理模塊四大功能模塊組成。測(cè)試系統(tǒng)軟件組成如圖5所示。

　　5．2測(cè)試軟件主程序設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)的電纜通斷測(cè)試軟件系統(tǒng)，一個(gè)重要的特點(diǎn)在于它的通用性和可擴(kuò)展性，它能根據(jù)需要自動(dòng)加入不同型號(hào)電纜的測(cè)試程序。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：將需要的測(cè)試程序加入到主引導(dǎo)程序的搜索路徑下，供主引導(dǎo)程序檢索；在測(cè)試進(jìn)行前，先選擇所測(cè)的電纜型號(hào)，由程序加載需要的相應(yīng)測(cè)試程序；運(yùn)行測(cè)試程序，進(jìn)行通斷測(cè)試。測(cè)試主程序如圖6所示。

　　圖6是測(cè)試過(guò)程的軟件流程圖：

　　6試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證

　　利用該測(cè)試儀對(duì)某型號(hào)導(dǎo)彈的地面電纜進(jìn)行測(cè)試。該電纜內(nèi)有5根芯線，首先分別檢測(cè)每根芯線是否導(dǎo)通，再檢測(cè)芯線與芯線之間是否短路，根據(jù)數(shù)據(jù)采集板A／D轉(zhuǎn)換的范圍將數(shù)控電阻調(diào)至50Ω，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

　　表1是將測(cè)得數(shù)據(jù)以電壓的方式顯示，同時(shí)也可以將測(cè)得值以電阻的方式顯示。

　　7結(jié)束語(yǔ)

　　該測(cè)試儀是基于PC104總線的嵌入式控制器系統(tǒng)，具有開(kāi)放性、模塊化、易擴(kuò)展等特點(diǎn)。軟件方面可以根據(jù)用戶的不同需求進(jìn)行測(cè)試流程、測(cè)試任務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)配置。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該測(cè)試儀可以方便、快捷、準(zhǔn)確的完成電纜的通斷測(cè)試，可以大大降低工作人員的工作量，提高測(cè)試效率。該測(cè)試儀使用簡(jiǎn)單，便于攜帶，維護(hù)方便且通用性較好，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

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