一种兼容多种传感器的测角板卡的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种兼容多种传感器的测角板卡，属于测控领域。CPU与激磁/解算电路、光栅和光电编码器相连；激磁/解算电路根据CPU1的信号，产生所需频率的激磁信号，激磁/解算电路将激磁信号传给感应同步器和旋转变压器。旋转变压器将采集的角度信号返回激磁/解算电路，经激磁/解算电路解算之后返回CPU。感应同步器将采集的角度信号输出给放大电路进行放大，放大后的信号进入滤波电路，滤波后的信号进入A/D电路，转换后的信号返回到CPU，经过CPU的解码后即能够得到角度。很好的兼容了感应同步器、光栅、旋转变压器、光电编码器这四种测角设备，极大的降低了研发成本和研发周期，提高了工作效率。
【专利说明】一种兼容多种传感器的测角板卡
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种兼容多种传感器的测角板卡，属于测控领域。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，伺服系统在各个领域扮演着越来越重要的角色。测角设备作为伺服系统的一个重要组成部分，直接决定着伺服系统的好坏。
[0003]目前的测角设备主要有感应同步器、光栅、旋转变压器、光电编码器，各种设备各有优缺点。
[0004]感应同步器具有检测精度比较高、抗干扰性强、寿命长、维护方便、成本低、工艺性好等优点，广泛应用于数控机床及各类机床数显改造。但由于感应同步器的检测精度比较高，故对制作和安装有一定的要求，如制作和安装不满足要求，则会影响检测灵敏度和检测精度。
[0005]光栅电路简单，解算方便，可以用平均读数原理来减小由分度误差和安装偏心误差引起的读数误差，因此其准确度高、稳定可靠。但其价格昂贵，精度相同的光栅和感应同步器，前者的价格比后者高几倍甚至十几倍。
[0006]光电编码器具有精度高(可用倍频电路进一步提高精度)、构造简单、成本较低、既适合测角也适合测速、无接触测量、可靠性高、寿命长等优点，但开机后先要寻零、在脉冲传输过程中干扰产生累计误差、需要计数器、速度受到一定限制。
[0007]旋转变压器结构简单，坚固耐用，维护方便，非接触式结构，抗干扰能力好，具有很高的可靠性，高速性能优秀，可配置到60000rpm的电机上，具有防尘、防油、防敲击等特点。缺点是低速响应不理想，低速性能稍差；精度不高。
[0008]综上所述，不同测角仪器各有其优缺点。在具体项目中，根据不同的精度要求、现场环境、研制周期、项目经费等等因素，可能会选择不同的测角仪器，如果每次都要重新设计电路板，将是一件很繁琐的事情，而且会极大影响工作效率，增加研发成本。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是为了解决不同的测角仪器需要更换不同的板卡的问题，提供一种兼容多种传感器的测角板卡，该测角板卡可以兼容感应同步器、光栅、旋转变压器、光电编码器。
[0010]本发明的目的是通过下述技术方案实现的:
[0011]一种兼容多种传感器的测角板卡，包括CPU，数据总线，QEP/CAP模块，激磁/解算电路，放大电路，滤波电路，Α/D电路，感应同步器，旋转变压器，光栅，光电编码器，PCI总线接 口，RS232 接 口，RS422 接口，SPI 接口。
[0012]CPU:选取运算速度快、集成度高、外设资源丰富的C2000系列DSP芯片，CPU将作为板卡的核心部分，起到解算角度的作用。
[0013]滤波电路:采用RC低通滤波，可根据激磁信号的频率调整R、C的值，达到最佳的滤波效果，截止频率f=l/2 RC。
[0014]激磁/解算电路:为感应同步器和旋转变压器提供所需的激磁信号，并且可以对旋转变压器返回的角度信息进行解算。
[0015]PCI总线接口，RS232接口，RS422接口，SPI接口:为用户提供的角度输出接口。CPU解算得到角度值后，用户可根据具体需要，选择不同的接口读取角度值。
[0016]连接关系:CPU与激磁/解算电路、光栅和光电编码器相连；CPU同时向外提供4种接口:PCI总线接口，RS232接口，RS422接口，SPI接口。激磁/解算电路根据CPUl的信号，产生所需频率的激磁信号，激磁/解算电路将激磁信号传给感应同步器和旋转变压器。旋转变压器将采集的角度信号返回激磁/解算电路，经激磁/解算电路解算之后返回CPU。感应同步器将采集的角度信号输出给放大电路进行放大，放大后的信号进入滤波电路，滤波后的信号进入Α/D电路，转换后的信号返回到CPU，经过CPU的解码后即能够得到角度。
[0017]激磁/解算电路包括:AD2S1200激磁芯片，NE5532放大芯片，LM12CLK大功率运算放大器；CPU通过给AD2S1200芯片的31引脚FSl和32引脚FS2配置不同的值，可以为芯片设置不同的频率；AD2S1200芯片从34引脚EXC和35引脚EXC*，输出两路激磁信号。24引脚CP0,25引脚A和26引脚B可以接收并解算编码器信号。从AD2S1200芯片34引脚EXC和35引脚EXC*出来的两路激磁信号，通过两片NE5532放大芯片，将激磁信号放大，放大后的信号进入LM12CLK大功率运算放大器，进一步放大至所需要电压。此时，两路激磁信号输出给感应同步器或者旋转变压器。如图2所示。
[0018]Α/D 电路包括 AD780 芯片，AD976 芯片，SN74LVT16373 锁存器；AD780 芯片为 AD976芯片提供基准电压。感应同步器的两路模拟输出信号进入AD976芯片，AD976芯片将模拟信号转换为数字信号，然后数字信号进入SN74LVT16373锁存器，再由CPU读取后进行角度解算。如图3所示。
[0019]工作过程:`[0020]I)感应同步器
[0021 ] CPU将控制信号传递给AD2S1200芯片的FSl和FS2引脚，CPU通过控制FSl和FS2引脚的高低电平，来设置激磁信号的频率。激磁/解算电路将激磁信号输出给感应同步器；
[0022]感应同步器的两路输出信号为:
【权利要求】
1.一种兼容多种传感器的测角板卡，其特征在于:包括CPU(l)，数据总线(2)，QEP/CAP模块(3)，激磁/解算电路(4)，放大电路(5)，滤波电路(6)，Α/D电路(7)，感应同步器(8)，旋转变压器(9)，光栅(10)，光电编码器(11)，PCI总线接口(12)，RS232接口(13)，RS422接口(14)，SPI接口(15);CPU (I)与激磁/解算电路(4)、光栅(10)和光电编码器(11)相连；CPU (I)同时向外提供4种接口 =PCI总线接口(12)，RS232接口(13)，RS422接口(14)，SPI接口(15);激磁/解算电路(4)根据CPU (I)的信号，产生所需频率的激磁信号，激磁/解算电路(4)将激磁信号传给感应同步器(8)和旋转变压器(9);旋转变压器(9)将采集的角度信号返回激磁/解算电路(4)，经激磁/解算电路(4)解算之后返回CPUl ;感应同步器(8)将采集的角度信号输出给放大电路(5)进行放大，放大后的信号进入滤波电路(6)，滤波后的信号进入Α/D电路(7)，转换后的信号返回到CPU1，经过CPU的解码后即能够得到角度。
2.如权利要求1所述的一种兼容多种传感器的测角板卡，其特征在于:所述激磁/解算电路(4)包括:AD2S1200激磁芯片(16)，NE5532放大芯片(17)，LM12CLK大功率运算放大器(18) ;CPU通过给AD2S1200芯片的31引脚FSl和32引脚FS2配置不同的值，可以为芯片设置不同的频率；AD2S1200芯片从34引脚EXC和35引脚EXC*，输出两路激磁信号；24引脚CPO,25引脚A和26引脚B可以接收并解算编码器信号；从AD2S1200芯片34引脚EXC和35引脚EXC*出来的两路激磁信号，通过两片NE5532放大芯片，将激磁信号放大，放大后的信号进入LM12CLK大功率运算放大器，进一步放大至所需要电压；此时，两路激磁信号输出给感应同步器或者旋转变压器。
3.如权利要求1所述的一种兼容多种传感器的测角板卡，其特征在于:所述Α/D电路(7)包括 AD780 芯片(19)，AD976 芯片(20)，SN74LVT16373 锁存器(21);AD780 芯片为 AD976芯片提供基准电压。感应同步器的两路模拟输出信号进入AD976芯片，AD976芯片将模拟信号转换为数字信号，然后数字信号进入SN74LVT16373锁存器，再由CPU读取后进行角度解算。
4.如权利要求1所述的一种兼容多种传感器的测角板卡，其特征在于:所述CPU选取运算速度快、集成度高、外设资源丰富的C2000系列DSP芯片，CPU将作为板卡的核心部分，起到解算角度的作用。
5.如权利要求1所述的一种兼容多种传感器的测角板卡，其特征在于:所述滤波电路采用RC低通滤波，可根据激磁信号的频率调整R、C的值，达到最佳的滤波效果，截止频率f=l/2 ir RC。
6.如权利要求1所述的一种兼容多种传感器的测角板卡，其特征在于:所述PCI总线接口( 12)，RS232接口( 13)，RS422接口( 14)，SPI接口( 15)，为用户提供4种标准工业总线接口 ；CPU解算得到角度值后，用户可根据具体需要，选择不同的接口读取角度值。
【文档编号】G01B21/22GK103557830SQ201310524818
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】陈振, 丁泓成, 栾若轩, 刘向东 申请人:北京理工大学