一种基于旋转变压器的通用型、交互式数显装置的制作方法

本实用新型涉及数显装置，尤其是涉及一种基于旋转变压器的通用型、交互式数显装置。

背景技术：

旋转变压器是一种电磁感应的角度传感器，分为定子和转子两部分，通常定子安装在固定体上，转子安装在转轴上，如对转子施加激励信号，定子将感应出两相的正、余弦信号。工作过程中，转轴带动转子转动，使得转子与定子产生相对旋转运动，定子感应出的两相正、余弦信号也会随着转子的转动而发生有规律的变化，通过监测、解算这两路信号来实现角度测量的目的。

目前，国内工业类角度测量场合主要应用的是圆光栅及旋转编码器。由于圆光栅及旋转编码器内部的传感元件为玻璃基体，而旋转变压器的基体材质为金属，因此它能承受强烈的振动冲击，故而可广泛应用在环境恶劣的工业场合及军工系统。

由于旋转变压器定子感应出的信号为模拟信号，因而需要对其进行解码才能输出数字信号被后续电子设备接收，现阶段针对旋转变压器的解码器通常将旋转变压器感应出的与当前转角值成比例的电信号解算为RS422信号，以供后续电子设备接收。

但在一些应用场合下，不仅仅要得到当前的数字化的角度信息，同时还需要实时显示角度值，并可以通过一个人机交互键盘对当前转角值进行清零、显示切换及任意置数等操作，由于目前尚未有这种基于旋转变压器的可交互式操作的数显装置，这极大地限制了旋转变压器的应用场合。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于旋转变压器的通用型、交互式数显装置，通过设计旋转变压器的解码电路、键盘及显示电路实现对旋转变压器角度数显的交互式功能，同时在常规的RS422的基础上再扩展RS485总线接口，配备了这种数显装置的旋转变压器测角系统其应用领域将得到大幅拓宽，具有非常重要的意义。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种基于旋转变压器的通用型、交互式数显装置，包括机箱、解码板、前面板、键盘、数码显示板、外部接线插座、传感接线插座、机箱撑脚等。

键盘、数码显示板、外部接线插座、传感接线插座被安置在机箱的前面板上，机箱撑脚被固定在机箱的下底部，解码板内置在机箱箱体内。

解码板共有28个外引信号端子，其中5-1、6-1、7-1、8-1、9-1、10-1 这6个端子通过机箱前面板上的传感接线插座与旋转变压器相连，用于驱动旋转变压器工作同时接收旋转变压器的感应输出信号。

解码板上31-1、32-1端子通过机箱前面板上的外部接线插座与外部电源相连，用于接收外部系统的24V供电。

解码板上25-1、26-1、27-1、28-1端子作为RS422通讯输出引线通过机箱前面板上的外部接线插座引出。

解码板上29-1、30-1端子作为RS485通讯输出引线通过机箱前面板上的外部接线插座引出。

解码板上11-1、12-1、13-1、14-1、15-1、16-1、17-1、18-1、19-1端子与外部键盘相连接。

解码板上20-1、21-1、22-1、23-1、24-1端子与数码显示板相连接。

键盘为5×4矩阵键盘，键盘上有数字键0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 以及清零、复位、切换、置数、取消、确定这些功能按键，当数显装置正常工作时，数码显示板会显示当前角度值，此时可按下清零键对当前角度值进行清零；按下复位键可恢复清零前的角度值；按下切换键可令角度值的显示方式在度.XXXX(XXXX代表度的四位小数位)与度/分/秒之间进行切换；按下置数键则可依次对当前角度值逐位置数，置数完成后按确定键即可生效；若在置数过程中按错了键则可按取消键重置。

数显装置内部解码板的硬件单元是以STM32系列单片机为核心主控单元，同时外围扩展了电源单元、传感处理单元、显示单元、键盘处理单元、通信单元，基于STM32的单片机解码板能通过传感处理单元施加激励信号驱动旋转变压器转子，同时能接收旋转变压器定子输出的感应信号并对其解码成数字信号再发送给主控单元，主控单元可根据键盘处理单元的命令将数字化的角度数据进行显示、通信。

传感处理单元选用的是美国ADI公司的AD2S1210,AD2S1210通过芯片内部的振荡器可输出正弦信号驱动旋转变压器转子工作，随后旋转变压器定子输出的感应信号可输入到AD2S1210中去进行解码得到数字化的角度值。

电源单元的功能是将系统输入的+24V电压转换±12V、5V，随后再将5V转换为+3.3V、+1.2V，其中24V电压转±12V电压选用的是美国TI公司的DCP022415 电源转换芯片,24V电压转+5V电压选用的是美国TI公司的DCP022405电源转换芯片，5V电压转+3.3V、+1.2V电压选择的是美国TI公司的TPS70345电源转换芯片。

通信单元的功能是将角度数据以一定的接口协议传送出去，在此选择 max490、max485分别输出RS422、RS485格式信号。

显示单元选择MAX7219作为驱动显示芯片，MAX7219是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器，它连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示。

附图说明

图1为旋转变压器示意图。

图2为解码板示意图。

图3为交互式键盘示意图。

图4为数码显示板示意图。

图5为外部接线端子示意图。

图6为传感接线端子示意图。

图7为数显装置总体示意图。；

图8为数显装置的硬件功能单元示意图。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。

一种基于旋转变压器的通用型、交互式数显装置，包括机箱39、解码板 33、前面板38、键盘34、数码显示板35、外部接线插座36，传感接线插座37，机箱撑脚40。

键盘34、数码显示板35、外部接线插座36，传感接线插座37被安置在机箱39的前面板38上，机箱撑脚40被固定在机箱39的下底部，解码板33内置在机箱39箱体内。

解码板33共有28个外引信号端子，其中5-1、6-1、7-1、8-1、9-1、10-1 这些信号端子通过导线分别与传感接线插座37的5-2、6-2、7-2、8-2、9-2、 10-2端子相连，传感接线插座37的5-2、6-2、7-2、8-2、9-2、10-2端子又分别与旋转变压器的5-3、6-3、7-3、8-3、9-3、10-3引出线互联。

解码板33上的11-1、12-1、13-1、14-1、15-1、16-1、17-1、18-1、19-1 分别与键盘34引出线11-2、12-2、13-2、14-2、15-2、16-2、17-2、18-2、 19-2互联，键盘34类别为5×4矩阵，共9根引线。

解码板33上的20-1、21-1、22-1、23-1、24-1分别与数码显示板35引出线20-2、21-2、22-2、23-2、24-2互联，其中20-1、21-1、22-1、23-1、 24-1的信号分别为5V、地、数码信号线1、数码信号线2、数码信号线3。

解码板33上的25-1、26-1、27-1、28-1、29-1、30-1、31-1、32-1分别与外部接线插座36的25-2、26-2、27-2、28-2、29-2、30-2、31-2、32-2针脚互联，其中25-2、26-2、27-2、28-2、29-2、30-2、31-2、32-2引脚分别为R422+、R422-、T422+、T422-、RS485+、RS485-、电源+、电源-。

旋转变压器定子1安装在固定端，转子2安装在旋转轴上，定子1内侧壁上的感应绕组3与转子2外侧壁的感应绕组4相对感应，当对转子2的激励输入端5-3、6-3施加激励信号，则定子1的引出线7-3与8-3将会感应出一对差分信号，定子1的引出线9-3与10-3也会感应出一对差分信号，这两对差分信号会随着旋转轴的机械转角值的变化而变化。

通过给外部接线插座36的31-2、32-2针脚通入+24V与地信号，数显装置将开始工作，它通过传感接线插座的5-2、6-2对旋转变压器的转子2施加激励信号，激励信号的频率为400Hz～10KHz，旋转变压器定子1将感应出同频率的交流信号，由7-3、8-3、9-3、10-3引线引出，分为两对差分信号，7-3、 8-3、9-3、10-3这两对差分信号通过传感接线端子37送入机箱39内的解码板 33，解码板33对旋转变压器输出信号进行解码，随后将其发送到数码显示板 35上进行显示，并通过外部接线插座36将信号以RS422或RS485的格式发送出去。

键盘34为5×4矩阵键盘，键盘34上有数字键0、1、2、3、4、5、6、7、 8、9以及清零、复位、切换、置数、取消、确定这些功能按键，当数显装置正常工作时，数码显示板35会显示当前角度值，此时可按下清零键对当前角度值进行清零；按下复位键恢复清零前的角度值；按下切换键可令角度值的显示方式在度.XXXX(XXXX代表度的四位小数位)与度/分/秒之间进行切换；按下置数则可依次对当前角度值逐位置数，置数完成后按确定键即可生效；若在置数过程中按错了键则可按取消键重置。

数显装置内部解码板33的硬件单元是以STM32系列单片机为核心主控单元，同时外围扩展了电源单元、传感处理单元、显示单元、键盘处理单元、通信单元，基于STM32的单片机解码板33能通过传感处理单元施加激励信号驱动旋转变压器转子2，同时能接收旋转变压器定子1输出的感应信号并对其解码成数字信号再发送给主控单元，主控单元可根据键盘处理单元的命令将数字化的角度数据进行显示、通信。

传感处理单元选用的是美国ADI公司的AD2S1210,AD2S1210通过芯片内部的振荡器可输出正弦信号驱动旋转变压器转子工作，随后旋转变压器输出的感应信号可输入到AD2S1210中去进行解码得到数字化的角度值。

电源单元的功能是将系统输入的24V电压转换±12V、5V，随后再将5V转换为+3.3V、+1.2V，其中24V电压转±12V电压选用的是美国TI公司的DCP022415 电源转换芯片,24V电压转+5V电压选用的是美国TI公司的DCP022405电源转换芯片，5V电压转+3.3V、+1.2V电压选择的是美国TI公司的TPS70345电源转换芯片。

通信单元的功能是将角度数据以一定的接口协议传送出去，在此选择 max490、max485分别输出RS422、RS485格式信号。

显示单元选择MAX7219作为驱动显示芯片，MAX7219是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器，它连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示。