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PILZ編碼器電子學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
為克服傳統(tǒng)的PILZ編碼器電路處理方案中存在的諸多弊端,如分立元件多、調(diào)整電位器多、集成度低及由于光電信號電流值的離散性比較大而造成的信號精度損失等,提出基于高速信號處理器TMS320F2812為處理內(nèi)核的PILZ編碼器電子學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),該設(shè)計(jì)具有小型化、智能化、簡單化的新型電路處理方案。

PILZ編碼器電子學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
在地面、空中、太空、海面、水下,激光雷達(dá)的應(yīng)用十分廣泛,并涉及到多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。提出了采用PILZ編碼器作為激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)的位置傳感器,研究了PILZ編碼器的工作特點(diǎn),設(shè)計(jì)了測量電路,并對增量式PILZ編碼器的線性度和重復(fù)精度進(jìn)行了測試、標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該增量式PILZ編碼器線性度達(dá)99.97%,重復(fù)精度可以達(dá)到18″,可以提供給激光雷達(dá)系統(tǒng)精確的位置信息。為實(shí)現(xiàn)PILZ編碼器動(dòng)態(tài)特性檢測中,動(dòng)態(tài)誤差數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與PC電腦的高速、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸,利用高速USB芯片CY7C68013和FPGA芯片設(shè)計(jì)了高速的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。首先,系統(tǒng)采用CY7C68013芯片作為USB總線傳輸模塊,并利用FPGA芯片對CY7C68013芯片進(jìn)行控制,使USB芯片工作在Slave FIFO模式下,完成與上位機(jī)電腦數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收;然后,利用在PC中利用VC++編寫軟件,完成對CY7C68013芯片的數(shù)據(jù)傳送、接收和固件程序的燒寫,并將接收到的數(shù)據(jù)顯示和打印出來。系統(tǒng)具有傳輸速度快、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、使用方便等優(yōu)點(diǎn),可以用在其他數(shù)據(jù)傳輸中。經(jīng)過實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)在PILZ編碼器誤差數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸中,能夠高速、實(shí)時(shí)的完成數(shù)據(jù)的傳輸工作,可以在PC軟件中顯示采集到的PILZ編碼器數(shù)據(jù),滿足PILZ編碼器誤差數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用要求。研究一種基于數(shù)字信號處理器(DSP)和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)增量式光電PILZ編碼器精度提高的方法。首先分別對低精度(500puls/r)和高精度(2 500puls/r)的增量式光電PILZ編碼器的原始輸出信號進(jìn)行濾波和電平轉(zhuǎn)換處理,然后將低精度光電PILZ編碼器和DSP輸出的采樣脈沖信號輸入到FP-GA中,通過數(shù)字時(shí)間轉(zhuǎn)換(TDC)方法測出2個(gè)脈沖信號之間的時(shí)間差值(誤差為0.67ns),將時(shí)間差值利用數(shù)據(jù)總線實(shí)時(shí)送入到DSP中進(jìn)行算法處理,得出采樣處的位置,并與輸入到DSP中的高精度光電PILZ編碼器位置進(jìn)行比較,分析表明精度提高了5倍。為提高小型光電PILZ編碼器精度,設(shè)計(jì)了精碼莫爾條紋信號細(xì)分誤差校正方法。首先建立存在直流分量、幅值誤差、波形畸變的精碼光電信號的波形方程,然后利用牛頓迭代法將兩路精碼細(xì)分信號校正至標(biāo)準(zhǔn)的正弦和余弦信號,zui后建立兩路信號間的正交性誤差模型,通過zui小二乘法求解出正交性誤差校正參數(shù)。運(yùn)用的細(xì)分誤差校正法對某16位小型式光電PILZ編碼器進(jìn)行誤差校正處理,經(jīng)測試,細(xì)分誤差峰峰值由校正前的160″減小到校正后的48″。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:研究的誤差校正方法可以有效地減小細(xì)分誤差、提高PILZ編碼器精度,對于研制小型化、高精度光電PILZ編碼器具有重要意義。

PILZ編碼器電子學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
新方案的設(shè)計(jì)確保了信號處理的實(shí)時(shí)性,PILZ編碼器數(shù)據(jù)處理時(shí)間約為50us;能夠進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理工作,如信號幅值的檢測,碼道的檢查,進(jìn)位錯(cuò)誤檢查,信號參數(shù)的快速計(jì)算;能夠與PC機(jī)進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)交換;實(shí)現(xiàn)精碼信號的放大參數(shù)、幅值參數(shù),粗碼信號的鑒幅電平的自動(dòng)調(diào)整,便于日后的維護(hù),方便用戶定期對PILZ編碼器進(jìn)行自維護(hù)工作。