一种can接口的数字化受信仪的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种CAN接口的数字化受信仪，外部的机械转角变化量传送到第二自整角机，通过SDC模块得到精通道角度数字量；外部的机械转角变化量通过减速器传送到第一自整角机，通过SDC模块得到粗通道角度数字量；粗通道角度数字量和精通道角度数字量经过单片机的粗精组合运算，得到17位的受信仪位置数字量；受信仪位置数字量经由CAN总线驱动器模块通过CAN数据总线传输至随动控制器；电源模块为SDC模块、单片机和CAN总线驱动器模块。本发明的激磁电源干扰对精度直接影响更小，保证了转换精度，减少了随动控制计算机的计算工作量。
【专利说明】一种CAN接口的数字化受信仪
【技术领域】
[0001] 本发明属于一种角度传感器产品，涉及随动系统。
【背景技术】
[0002] 随动系统普遍采用的角度位置传感器是受信仪。传统的受信仪的工作原理是通过 机械传动将外部的转角变化信号传给受信仪，在受信仪内部将机械转角变化量（或经过减 速器进行速度变换），传送到自整角机（或旋转变压器），转换成3相（相位相同幅度不同） 的交流模拟信号输出，经过信号传输电缆传给随动控制器，随动控制器通过SDC变换，将3 相交流模拟信号变换成角度数字量信号。由于单个自整角机（或旋转变压器）精度不够， 需要2个旋转变压器用不同的转速测量，然后再将这2个不同变比的角度数字量，在随动控 制计算机中进行粗精组合，得到完整的数字量角度信号，实现角度的实时测量。受信仪在工 作时需要有单相400Hz激磁电源，其原理框图如图1所示，信号流图如图3所示。
[0003] 传统的受信仪，具有以下缺点：
[0004] 1)自整角机（或旋转变压器）的激磁电源精度直接影响测角的精度，激磁电源线 路过长，容易产生干扰影响精度。
[0005] 2)输出的3相交流模拟信号，由于输出的模拟信号功率小，传送距离远，变形严 重，影响精度。
[0006] 3)通讯线路芯数多，一般方位受信仪采用粗精组合需要8芯信号线独立一条电 缆，高低受信仪需要8芯信号线独立一条电缆，其外部接线图如图5所示。
[0007] 4)需要在随动控制器内部进行粗精组合计算，增加了随动控制计算机的计算工作 量。
[0008] 5)粗精组合计算时需要粗精对零修正，增加了随动控制计算机的调试工作量。每 一个受信仪的修正数据都不同，修正数据需要存储在随动控制计算机上，更换受信仪时需 要重新调试软件数据。
[0009] 6)受信仪只实现了传感器的部分功能，精度检验验收困难，计量困难。
【发明内容】
[0010] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种CAN接口的数字化受信仪。
[0011] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括电源模块、两个自整角机、两片 SDC模块、单片机和CAN总线驱动器模块。
[0012] 外部的机械转角变化量传送到第二自整角机，得到精通道交流模拟角度信号；夕卜 部的机械转角变化量通过减速器传送到第一自整角机，得到粗通道交流模拟角度信号；第 一自整角机和第二自整角机的速比为1:32,粗通道交流模拟角度信号通过粗通道SDC模块 得到粗通道12位角度数字量，精通道交流模拟角度信号通过精通道SDC模块得到精通道12 位角度数字量；粗通道12位角度数字量和精通道12位角度数字量同时送到单片机，经过单 片机的粗精组合运算，得到17位的受信仪位置数字量；受信仪位置数字量经由CAN总线驱 动器模块通过CAN数据总线传输至随动控制器；电源模块为SDC模块、单片机和CAN总线驱 动器模块。
[0013] 所述的粗精组合运算包括以下步骤：1)粗通道12位角度数字量与精通道12位角 度数字量零位对齐；2)对粗通道12位角度数字量的末位数据P进行干扰位修正；3)将修正 后的粗通道12位角度数字量的高5位作为受信仪位置数字量的高5位，取通道12位角度 数字量为受信仪位置数字量的低12位。
[0014] 所述的电源模块、SDC模块和CAN总线驱动器模块集成到受信仪内部。
[0015] 所述的电源模块采用直流转400Hz115V激磁电源模块。
[0016] 本发明的有益效果是：
[0017] 1)取消外部激磁电源供电，改用内部独立逆变电源模块，无外部干扰对波形影响， 因此激磁电源干扰对精度直接影响更小。
[0018] 2)旋转变压器或自整角机输出的3相交流模拟信号，就近进行SDC变换，无外部干 扰对波形影响，保证了转换精度。
[0019] 3)通讯线路芯数减少，由原来的8+8 = 16芯减少到4芯，电缆由2条减少到1条， 外部接线图6所示。
[0020] 4)在随动控制计算机直接读取驱动目标的全角数字量，不需对SDC转换器进行操 作，不需要进行粗精组合、零位修正等计算，减少了随动控制计算机的计算工作量。
[0021] 5)粗精组合计算时需要的精通道零位修正量，在受信仪的部件调试时完成。每一 个受信仪都是通用的，更换受信仪时随动控制计算机不需要重新调试软件数据，直接更换 即可。减少了调试工作量，实现了受信仪的通用化。
[0022] 6)受信仪的部件功能齐全，数字化输出接口，检验验收方便，计量方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是传统受信仪的硬件原理框图；
[0024] 图2是CAN接口受信仪的硬件原理框图；
[0025] 图3是传统受信仪的信号流框图；
[0026] 图4是CAN接口受信仪的信号流框图；
[0027] 图5是传统受信仪的外部接线图；
[0028] 图6是CAN接口信仪的外部接线图；
[0029] 图7是采用自整角机方案的CAN接口受信仪原理图；
[0030] 图8是采用旋转变压器方案的CAN接口受信仪原理图；
[0031] 图9是精通道零位修正算法调试流程图；
[0032] 图10是粗精组合算纠缠错算法流程图；
[0033] 图11是随动系统实际位置角计算调试流程图；
[0034] 图12是粗精组合时各数据位对应示意图；
[0035] 图13是受信仪中位置全角量计算流程图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施 例。
[0037] 本发明采用CAN技术研发了带CAN接口数字化受信仪。本发明技术方案是把400Hz 激磁电源模块、SDC模块、CAN总线驱动器模块集成到受信仪内部，对受信仪采用直流供电， 受信仪与随动控制器之间用CAN数据总线。原理框图如图2所示，信号流图如图4所示。
[0038] CAN接口的数字化受信仪其工作原理是通过机械传动将外部的转角变化信号传递 给受信仪，在受信仪内部将机械转角变化量，传送到自整角机（或旋转变压器），转换成3相 (相位相同幅度不同）交流模拟角度信号。
[0039]由于一般随动系统使用的位置角度精度需要0. 1密位，而一个自整角机的精度目 前一般只能达到3密位，不能满足要求，所以需要有2个自整角机在不同速比上进行测量， 这里以一个固定的（范例是1:32)的速度比设置2个自整角机。第1通道外接轴经减速后 连接到自整角机轴的慢通道，行业内部称粗通道。第2通道外接轴直接与自整角机连接的 快通道，行业内部称为精通道。
[0040] 再将粗通道交流模拟角度信号接到粗通道的SDC模块得到粗通道12位角度数字 量。再将精通道交流模拟角度信号接到精通道的SDC模块得到精通道12位角度数字量。
[0041] 将粗通道12位角度数字量和精通道12位角度数字量同时送到单片机经过单片机 的粗精组合运算，得到17位的受信仪位置数字量。
[0042]由于受信仪和驱动目标的连接是用齿轮或联轴节连接，所以这个长位（17位）数 字量只是受信仪粗自整角机的位置，和驱动目标实际位置有一个相位差，这个相位差是受 信仪在向驱动目标安装时产生的，每一次安装后都不一样，驱动目标实际位置角计算需要 在驱动目标上进行，调试流程图如图11所示。粗精组合运算中各个数据位对应关系如图12 所示。
[0043] 当随动系统需要受信仪测量到的驱动目标位置数字量时，通过CAN总线向受信仪 的单片机进行询问，当受信仪的单片机听到询问命令后，进行汇报受信仪中的驱动目标位 置数字量。实现受信仪的工作过程。
[0044] 位置全角量计算流程图如图13所示。
[0045] 粗精组合运算：就是将同一个角度量的2个不同权重的短位（12位）数字量进行 叠加，得到一个长位（17位）数字量的过程，实现测量精度的提高，如图12所示。有3个步 骤：1)精通道角度数据与粗通道角度数据零位对齐：调试流程图如图9所示，在粗精组合运 算过程中，由于粗自整角机和精自整角机在机械安装时一般很难零位对齐，在粗精组合运 算时，需要对精通道数字量进行零位修正，向粗通道零位对齐，称精通道零位修正。精通道 零位修正算法，就是先测出粗自整角机到零位时，精自整角机的角度数据，在精自整角机零 位修正时，减去这个角度数据得到一个与粗自整角机零位对齐的角度数据。2)粗通道末位 数据P(P7)纠错：调试流程图如图10所示，在粗精组合运算过程中，由于粗数字量的尾位可 能是错误的干扰数据，在组合时需要进行纠错，纠错算法是对对干扰位进行修正，修正量对 应表如表1所示。3)粗精数据叠加：调试流程图如图10所示，各数据位对应关系如图12所 示，经过精通道零位修正和粗通道纠错后，就可以将数据进行叠加，叠加时取修正后的粗通 道数值q的高5位为17位全角数字量的高5位，取零位修正后的12位精通道数值y为17 位全角数字量的低12位，组合得到17位全角数字量u，得到长位（17位）数字量。
[0046] 本发明的实施例设计一块受信仪电路板，如图7和图8所示，包括直流转 400Hzll5V激磁电源模块、两片SDC模块、单片机、CAN总线驱动器模块。其单片机软件包 括：读取SDC模块的角度数字量子程序、进行角度数字量粗通道和精通道角度组合运算子 程序、角度全角零位修正运算子程序、精通道零位数据修正值子程序、通过CAN接口与随动 计算机进行通信子程序、随动计算机和调试计算机命令分析执行应答子程序、数据的自动 保存和上电自动恢复子程序。
[0047] 对传统受信仪进行改进，将传统受信仪对外信号线连接到电路板插座Jl、J2上， 从电路板引线到受信仪的对外插头J0上。进行以下6步调试：
[0048] 第一步灌软件：向受信仪的单片机灌受信仪软件。
[0049] 第二步精通道零位修正：将受信仪安装在调试台上调试。受信仪与调试计算机 用电缆连接。低速正向转动受信仪对外连接轴，用调试计算机读取粗通道和精通道SDC转 换后原始值数，当粗通道值数据转到刚变到〇时，记录精通道值x为cl;当粗通道值数据 转到刚离开〇时，记录精通道值x为c2。低速反向转动受信仪对外连接轴，读取粗通道和 精通道SDC转换后原始值数，当粗通道值数据转到刚变到0时，记录精通道值x为c3 ;当 粗通道值数据转到刚离开0时，记录精通道值x为c4。计算出精通道零位修正值C0 = (Cl+c2+C3+c4)/4 ;零位修正后精通道值y=x-CO;(x:实时读取精通道数据SDC转换原始 值），流程图如图9所不。
[0050] 第三步数据回灌：将调试计算机上得到的精通道零位修正值C0传到受信仪单片 机中，并由受信仪的单片机保存在可以掉电保持的单元中，供以后计算时使用。
[0051] 第四步纠缠组合验证：设Z1为12位粗通道原始数值p的最中间2位，即p6、p5两 位；设Z2等于12位精通道修正后数据y的最高2位，即yll、yl0两位；根据表1查出修正 量Z3,将Z3修正量加到粗通道数值，得到12位修正后的粗通道数值q。取修正后的粗通道 数值q的高5位为17位全角数字量的高5位，取零位修正后的12位精通道数值y为17位 全角数字量的低12位。得到17位全角数字量u，流程图如图10所示。受信仪部件调试完 毕。
[0052] 第五步受信仪零位修正：将受信仪安装到驱动目标上，使用调试软件对受信仪零 位校正调试。将驱动目标位置调至机械零位，读取没有零位修正的17位位置数字量u计为 C5, C5就是全受信仪零位修正值，得到驱动目标实现位置量V = (U-C5)，其中u是实时读取 没有零位修正的17位位置数字量。
[0053] 第六步数据回灌：将调试计算机上得到的全受信仪零位修正值C5传到受信仪单 片机中，并由受信仪的单片机保存在可以掉电保持的单元中，供以后计算时使用。受信仪全 部调试完毕。
[0054] 调试完毕的受信仪在使用中启用的工作软件，其流程图如图13所示。
[0055]参见图7和图8,本实施例中，需要设计的受信仪技术参数如下：
[0056] 1)转角精度：0?1密位（1密位=360/6000度）
[0057] 2)采集频率：50Hz
[0058] 3)电源要求：直流24±8VDC
[0059] 实施例1技术方案：采用自整角机方案的CAN接口受信仪
[0060] 1)系统组成与工作原理
[0061] 系统组成由减速器、粗精通道2个自整角机、受信仪电路板组成，电路原理图图如 图7所示。
[0062]受信仪电路板组成包括：直流转400Hzll5V激磁电源模块、两片SDC模块、单片机、CAN驱动器模块、直流电源模块，其原理框图如图2所示。
[0063]其单片机软件包括：读取SDC模块的角度数字量子程序、进行角度数字量粗通道 和精通道角度组合运算子程序、角度全角零位修正运算子程序、精通道零位数据修正值接 收保存读取子程序、通过CAN接口与随动计算机进行通信子程序、随动计算机和调试计算 机命令分析执行应答子程序、数据的保存和上电自动恢复子程序。
[0064] 系统原理框图如图7所示：是通过机械传动将外部的转角变化量直接传给精通道 自整角机，同时将转角变化量经过1 :32减速机传给粗通道自整角机。转角变化量转换成 3相（相位相同幅度不同）的交流信号，将交流信号接到SDC变换器变换成12位并行数字 量，单片机同时采集粗精2个通道的并行的数据量，在单片机内用软件进行粗精组合运算， 零位修正运算，得到全角量。当随动控制计算机需要全角量时，通过CAN总线进行询问，受 信仪及时应答，把全角量传给随动控制计算机。
[0065] 单片机米用SiliconLaboratories公司的51系列单片机C8051F040,片内有CAN 控制器。CAN总线驱动采用PCA82C250芯片，对外接口为CAN2. 0B协议，800K波特率。
[0066] 实施例2技术方案：采用旋转变压器方案的CAN接口受信仪
[0067]系统组成由减速器、粗精通道2个旋转变压器、受信仪电路板组成，如图8所示。[0068]受信仪电路板组成包括：直流转400Hz115V激磁电源模块、SDC模块、单片机、CAN 驱动器模块、直流电源模块，其他原理图如图8所示。
[0069]其单片机软件包括：读取SDC模块的角度数字量子程序、进行角度数字量粗通道 和精通道角度组合运算子程序、角度全角零位修正运算子程序、精通道零位数据修正值接 收保存读取子程序、通过CAN接口与随动计算机进行通信子程序、随动计算机和调试计算 机命令分析执行应答子程序、数据的保存和上电自动恢复子程序。
[0070] 系统原理框图如图8所示：是通过机械传动将外部的转角变化量直接传给精通道 旋转变压器，同时将转角变化量经过1 :32减速机传给粗通道旋转变压器。转角变化量转换 成2相（相位相同幅度不同）的交流信号，将交流信号接到SDC变换器变换成12位并行数 字量，单片机同时采集粗精2个通道的并行的数据量，在单片机内用软件进行粗精组合运 算，零位修正运算，得到全角量。当随动控制计算机需要全角量时，通过CAN总线进行询问， 受信仪及时应答，把全角量传给随动控制计算机。
[0071] 单片机米用SiliconLaboratories公司的51系列单片机C8051F040,片内有CAN 控制器。CAN总线驱动采用PCA82C250芯片，对外接口为CAN2. 0B协议，800K波特率。
[0072] 表1粗通道数值修正量查询表
[0073]
【权利要求】
1. 一种CAN接口的数字化受信仪，包括电源模块、两个自整角机、两片SDC模块、单片机 和CAN总线驱动器模块，其特征在于：外部的机械转角变化量传送到第二自整角机，得到精 通道交流模拟角度信号；外部的机械转角变化量通过减速器传送到第一自整角机，得到粗 通道交流模拟角度信号；第一自整角机和第二自整角机的速比为1:32,粗通道交流模拟角 度信号通过粗通道SDC模块得到粗通道12位角度数字量，精通道交流模拟角度信号通过精 通道SDC模块得到精通道12位角度数字量；粗通道12位角度数字量和精通道12位角度数 字量同时送到单片机，经过单片机的粗精组合运算，得到17位的受信仪位置数字量；受信 仪位置数字量经由CAN总线驱动器模块通过CAN数据总线传输至随动控制器；电源模块为 SDC模块、单片机和CAN总线驱动器模块。
2. 根据权利要求1所述的CAN接口的数字化受信仪，其特征在于：所述的粗精组合运 算包括以下步骤：1)粗通道12位角度数字量与精通道12位角度数字量零位对齐；2)对粗 通道12位角度数字量的末位数据P进行干扰位修正；3)将修正后的粗通道12位角度数字 量的高5位作为受信仪位置数字量的高5位，取通道12位角度数字量为受信仪位置数字量 的低12位。
3. 根据权利要求1所述的CAN接口的数字化受信仪，其特征在于：所述的电源模块、 SDC模块和CAN总线驱动器模块集成到受信仪内部。
4. 根据权利要求1所述的CAN接口的数字化受信仪，其特征在于：所述的电源模块采 用直流转400Hz 115V激磁电源模块。
【文档编号】G01D5/12GK104330098SQ201410553806
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】王世凯, 代普, 王德强, 王兴梅, 孔祥宣 申请人:中国兵器工业第二O二研究所