专利名称:微机遥测垂线坐标仪的制作方法
本发明属于遥测垂线座标仪器。
在已有技术中，遥测垂线座标仪是由包含探测器，电子控制装置的一次仪表以及包含线驱动器，微型终端，数据采集器的二次仪表所组成。由步进电机拖动的线性机构带动光电开关探测器进行探测，分别从两对光电开关得到垂线在两个正交轴线(X和Y)上的到位信号。信号电平通过以微处理器为主的电子控制装置向二次仪表发送数据，二次仪表将数据处理后进行显示同时监控整机工作。
在已有技术中，微处理器配用串行接口，故每个探测器均要配置一个主要由微处理器组成的电子控制装置，加上二次仪表的三大部件(线驱动器，微型终端，数据采集器)，造成整个仪器电路复杂，成本高，体积大，操作难，也增加了不可靠的因素。
本发明的目的是减少上述电子控制装置的数量，也就是减少微处理器及其它电子元件的使用数量，仅用一个配用並行输出接口的单板计算机来控制所有的探测器，並将步进电机驱动器，可逆计数器，显示器与上述单板计算机组装在一个机箱内，达到简化整个仪器系统的电路及其结构，降低成本，提高可靠性。
本发明的技术解决方案如图1所示，启动单板计算机〔10〕的控制程序，输出接口〔11〕输出一信号，打开选通器〔6〕的控制门，使某一垂线探测器处于工作状态。同时，Y座标脉冲发生器控制门〔3〕也被打开，脉冲发生器开始输出脉冲信号，经过环形分配器〔4〕，得到多相的节拍脉冲，送入步进电机驱动电路〔5〕进行放大，当步进电机驱动电路〔5〕与选通器〔6〕同时有输出时，步进电机线性机构〔2〕工作，带动装有光电开关的探测头进行探测。同时，可逆计数器〔7〕开始计算送往步进电机的脉冲数，並以十进制的形式在数字显示〔8〕上读出。脉冲发生器及控制门〔3〕还同时通过输入接口〔9〕向单板计算机〔10〕输出脉冲，单板计算机开始监测整个系统工作。
当Y座标轴上的光电开关〔1〕探测到垂线时，产生一个到位电信号，通过步进电机线性机构〔2〕，关闭脉冲发生器及控制门〔3〕，使步进电机停止转动，探测头停止工作。可逆计数器〔7〕停止计数。同时，该到位信号通过输入接口〔9〕进入单板计算机〔10〕，启动打印机〔12〕的程序，将垂线的Y座标值打印下来。手动切换开关〔13〕的作用是当计算机发生故障时，可以用手动控制测量的过程进行。
垂线的X座标值测量过程的控制原理与Y座标相同。
图1中虚线框内的光电开关〔1〕，步进电机线性机构〔2〕，选通器〔6〕组装在一个壳体内成为一次仪表，单板计算机〔10〕，打印机〔12〕，输入输出接口〔9〕〔11〕，脉冲发生器及控制门〔3〕，环形分配器〔4〕，步进电机驱动电路〔5〕，可逆计数器〔7〕，数字显示〔8〕，手动切换开关〔13〕组装在一个机壳内成为二次仪表，一次仪表与二次仪表之间即从输出接口〔11〕到选通器〔6〕之间用通信电缆连接。
本发明的优点在于减少了电子控制装置的数量，所有的探测器只用一个单板计算机控制，並简化了二次仪表的电路结构，降低了成本，提高了可靠性，同时还具有体积小，操作简便的优点。
图1为整机电路方框图。
图2为光电开关〔1〕的电路图。
图3为步进电机线性机构〔2〕的简图。
图4为脉冲发生器及控制门〔3〕的电路图。
图5为环形分配器〔4〕，步进电机驱动电路〔5〕的电路图。
图6为可逆计数器〔7〕，数字显示〔8〕的电路图。
图7为输入接口〔9〕的电路图。
图8为输出接口〔11〕，手动切换开关〔13〕的电路图。
图9为选通器〔6〕的电路图。
图10为单板计算机〔10〕的方框图。
附图2－9描述了本发明的一个实施例。
参看图2，它是光电开关〔1〕的电路图。当被测垂线遮住红外发光二极管时，T1输出一个高电平信号，经单电源运算放大器8FC7放大后，通过限流电阻R5，使T2导通，继电器Jg的合，Jg的触点电压通过线性机构上的限位开关送到脉冲发生器控制门和输入接口。计算机检测到这个信号后，一是启动打印程序自动记录，二是使光电开关探测头退出到位状态，退回另位后等待进行下一次探测。
图3为步进电机线性机构简图。Y向步进电机(3)按接收到的脉冲数产生角位移，丝杆螺母线性机构(8)将角位移转变为直线位移，驱动光电探测头(2)移动，探测到垂线(1)后，产生到位信号，控制Y步进电机停止。Y另位开关(4)及终点开关(7)作为行程控制用。
(5)为X向步进电机，(6)为X零位开关，(9)为X终点开关。
图4是脉冲发生器及控制门电路，由门4、门5、R18、C6、电位器W组成脉冲发生器。两个控制端一个由继电器J1控制，另一个由J3控制。两个与非门以及R20－R23组成开关消振器。脉冲发生器输出的方波经由门6、门7、门8、及R16、R17组成的整形电路整形后，从门9进入三相六拍环形分配器CH250。参看图5，经分配后的脉冲信号分成A、B、C三相输出，由T4、T5、R29组成的达林顿放大器将环形分配器送来的信号放大，供给步进电机的对应绕组。发光二极管和电阻组成相位显示电路。
步进电机的正反转，可逆计数器的加减，由继电器J2控制。触发脉冲经R23、C8滤波、经门11一门13整形器整形后，送入可逆计数器C181的CP＋或CP－和分配器的C2、C2端。
图6为可逆计数器和数字显示电路图。由C181和CH4511、7个电阻、一个LDD580R显示器组成一位十进数字显示计数器。同样的数字显示计数器有四位，可显示99.99mm。
输入接口电路以GD10光电耦合器为主构成。参看图7，从脉冲发生器及控制门〔3〕送出的脉冲经R32、R35、发光二极管5GL、GD10进行光电隔离，所得脉冲信号经门17整形，输送给单板计算机的PIO输入口，控制Y座标的探测过程。相同的另两个光电隔离电路，一路控制X座标的探测过程，一路控制中断信号的电平转换，启动计算机的中断程序。
输出接口由可编程並行接口PIOⅠ、PIOⅡ、达林顿放大器集成块5G1413，发光二极管以及电阻R41－R48、R56－R62组成。参看图8，来自单板计算机〔10〕並行接口PIOⅠ的信号经切换开关，进入5G1413放大后，直接驱动继电器工作。共有6个继电器，J1、J2、J3为Y座标探测控制继电器，J4、J5、J6为X座标探测控制继电器。
来自PIOⅡ的地址码信号，经5G1413放大后，送到选通器〔6〕的门1，参看图9，与门1、R8－R12、C1－C5以及2个非门组成选通器。当输入编码信号符合时，门1输出信号，T3导通，继电器Js吸合，接通步进电机的绕组开关，探测器工作。
图10为单板计算机方框图。计算机使用的中央处理单元CPu的型号为Z80，CPu输出的地址信号经过缓冲器〔14〕后输出，该地址母线缓冲器的型号为74LS244，CPu的数据信号由型号为74LS245构成的双向缓冲器〔20〕驱动，CPu输出的控制信号经过缓冲器〔21〕后输出。该缓冲器的型号为74LS244。〔15〕是存储器和各个输入，输出的接口。〔16〕是8K可编程序只读存贮器，它们的型号为2716，用来存储各种常数，计算和控制程序。〔17〕是8K的读写存储器，它们的型号为6116。这些存储器均通过地址母线和数据母线与计算机相连。〔18〕〔19〕为可编程並行接口，型号为Z80－PIO，作为计算机与选通器〔6〕及输出接口〔11〕连接的缓冲存储器。〔22〕为晶振电路，它的输出作为时钟信号输出给CPu。
权利要求
1.一种微机遥测垂线座标仪，它是由光电开关[1]，步进电机线性机构[2]，选通器[6]，步进电机驱动电路[5]，环形分配器[4]，脉冲发生器及控制门[3]，数字显示[8]，可逆计数器[7]，输入接口[9]，输出接口[11]，单板计算机[10]，打印机[12]，手动切换开关[13]组成，本发明的特征在于a)步进电机线性机构[2]分别与光电开关[1]以及选通器[6]相连接。b)步进电机驱动电路[5]分别与上述的步进电机线性机构[2]以及环形分配器[4]相连接。c)脉冲发生器及控制门[3]分别与上述的步进电机线性机构[2]，环形分配器[4]以及输入接口[9]相连接。d)可逆计数器[7]分别与上述脉冲发生器及控制门[3]以及数字显示[8]相连接。e)输出接口[11]分别与上述的脉冲发生器及控制门[3]，选通器[6]以及手动切换开关[13]相连接。f)单板计算机[10]分别与上述的输入接口[9]，输出接口[11]以及打印机[12]相连接。
2.根据权利要求
1所述的输出接口〔11〕和选通器〔6〕的电路其特征是由可编程並行接口，功率放大器，由1至8个非门，一个与门和功率放大电路、继电器组成的选通器以及通信电缆成电气连接构成。
专利摘要
微机遥测垂线坐标仪，属于垂线坐标测量仪器。它主要由光电开关，步进电机线性机构、驱动电路，环形分配器，脉冲发生器及控制门，数字显示，输入输出接口电路，单板计算机，打印机组成。主要用于测定水坝、高层建筑物的挠度变形，连续地记录一条铅垂线在两个正交轴线(X和Y)上的位置，测量精度为±0.05mm，巡测点数可达数百个。
文档编号G01B21/00GK86201403SQ86201403
公开日1987年6月3日 申请日期1986年5月13日
发明者罗训森 申请人:福建省水电仪器技术开发公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan