單片機三維軸角智能化測量系統(tǒng)
馬瑞卿 蘆 剛 劉昌旭
李鐘明 竇滿鋒 (西北工業(yè)大學(xué))
1 引言
甩旋轉(zhuǎn)變壓器實觀軸角精密測量需要解決的關(guān)鍵是將多極旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬量變成數(shù)字量。80年代后期；最國自行研制的14／12位XSZ系列旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換器達到世界水平i‘它由一塊厚膜集成器件就可完成原來二三塊雙面電路板所能完成的任務(wù)。文中所述系統(tǒng)是利用14／12XSZ與多極旋轉(zhuǎn)變壓器的精粗通道相配作為系統(tǒng)的前向通路。隨著單片機微處理器的迅速發(fā)展，使得更加精密而可靠的智能測量成為可能，本系統(tǒng)利 用8031非常強的位操作功能、便于擴展、程序靈活、易于數(shù)字處理、體積小、價格低的特點，實現(xiàn)三維軸角的數(shù)據(jù)分時采集、精粗組合，打印和數(shù)碼顯示，系統(tǒng)可與PC-XT串行通訊及與同位單片機并行通訊。
2 工作原理
2.1 前向通路
多極旋轉(zhuǎn)變壓器有粗精兩個通道，猶如時針與分針能精確計時一樣，一般粗通道為一對極，精通道為P對極，本系統(tǒng)選用P=32，14／12XSZ數(shù)字轉(zhuǎn)換器分別將多極旋轉(zhuǎn)變壓器的精粗通道模擬電壓輸出轉(zhuǎn)換成14／12位二進制數(shù)字量，由于該數(shù)字轉(zhuǎn)換器采用二階伺服回路，輸出連續(xù)跟蹤輸入軸角的變化，使用時，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的4個端子分別接到轉(zhuǎn)換器D1-D4端（見圖1），通過其內(nèi)部
微型隔離變壓器后仍為正余弦形式的輸出，即：
式中 θ-----旋轉(zhuǎn)變壓器軸角
假定轉(zhuǎn)換器內(nèi)部可逆計數(shù)器現(xiàn)時代碼值為φ，則經(jīng)誤差放大器后有：
由內(nèi)部相敏檢波器、積分器、壓控振蕩器組成的閉環(huán)系統(tǒng)使sin(φ-θ)為0(即φ-0),
當(dāng)這個過程完成時，可逆計數(shù)器的代碼值φ就等于轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果----待測軸角θ。對于14/12XSZ，激磁頻率為400HZ,精度為+4.5”，跟蹤速度可達r/s。這樣精粗通道分別采用14xsg和I~XS2；對芋每。：維軸角經(jīng)粗精組合就可實現(xiàn)360。全角測量。以x軸為例，前向通路接線原理如圖1所示。其中計算機在讀取數(shù)據(jù)時，可將“忙”信號M作為一位數(shù)據(jù)，連同14／12位數(shù)據(jù)一起讀入內(nèi)存，再進行檢測，若M為高電平，則認為數(shù)據(jù)無效，反之8031先分別通過外圍I／O芯片．PC口的2位信號線鎖定G1和G2端，然后分時地從8155的PA、PB口讀取精通道的14位和粗通道的12位2進制數(shù)即可。
2．2粗精組合
由于電氣誤差、變換器電路的精度以及內(nèi)部可逆計數(shù)器末位的跳變，會導(dǎo)致粗精兩通道的****有效位發(fā)生多計和少計，尤其對粗讀數(shù)，因其處于高位，末位數(shù)不允許有誤差，所以在雙讀數(shù)系統(tǒng)中不加入一定的判斷及處理，就可能產(chǎn)生這種粗大誤差。為了有效地提高系統(tǒng)測量精度，必須由單片機對粗通道的12位輸出碼進行糾錯和校正。一般多極旋轉(zhuǎn)變壓器粗精通道相互獨立，對于32對極的旋轉(zhuǎn)變壓器，粗通道采用12位轉(zhuǎn)換器時，測量范圍為O．08789。～360。，而精通道采用14位轉(zhuǎn)換器時，測量范圍為0。～11．25。粗精組合的目的是把12位粗碼與14位精碼組合成一個2進制數(shù)。由于系統(tǒng)采用2進制數(shù)，考慮到組合范圍應(yīng)有一定寬度，而且邏輯處理上對單片機又不是太復(fù)雜，故采用3位擴展組合法。對于精通道，****位權(quán)值為5．625~，所以粗通道應(yīng)從權(quán)值為5。625。的第四位向高位順序數(shù)3位作為與精通遭高3位進行組合的擴展位，如圖2所示。
2進制3位擴展的差別規(guī)則為：粗一精≤3/8，不加不減；粗一精≥5/8，加1；精一粗≥5/8，減1。這里假定4/8一0．5的情況不會發(fā)生，即誤差不會等于O．5[1]，這樣可用此規(guī)律≯U出真值，如表1所示。
由精通道全部14位數(shù)和組合后的粗通道高5位數(shù)構(gòu)成一個19位2進制數(shù)。
3系統(tǒng)硬軟件設(shè)計
3．1系統(tǒng)硬件
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