基于绝对编码器的角度测量装置的设计与实现＊

叶丽娜 韩 玮

（陆军军官学院军用仪器教研室 合肥 230031）

1 引言

自动化控制系统中，有许多场合需要测量角度位置、旋转速度等。比如二维转台的两个轴向角、消防水炮的身管方位角、俯仰角，这类非高速转的设备可以利用旋转编码器来准确测量出轴向转角及速度的测量。

2 绝对编码器原理及结构

图1 4位绝对型编码器（自然二进制码）

图2 绝对型编码器（格雷码）

根据绝对型编码器对应的N二进制码输出方式又分并行输出和串行输出两种。串行输出的编码器就是数据集中在一组电缆上传输，将二进制码一位一位地顺序送出；并行输出的编码器就是二进制码在一组电缆上同时送出。并行输出的编码器反应快，但连线多，传输距离短；串行输出的连接线少，传输距离远，对于编码器的保护和可靠性就大大提高了，一般高位数的绝对编码器和绝对值多圈编码器都是用串行输出的。

图3 16位串行绝对编码器工作时序图

3 串行编码器工作原理

4 硬件配置及编程

根据编码器的这样的时序过程，用普通的速度较快的8位单片机即可驱动编码器工作，采集编码器输出的角度信息，采集结果通过RS232发往上位机。本文采用STC12C5410单片机（20个引脚）作为控制和采集芯片，晶振为18.324MHz，分配单片机P1口的两个引脚为输出信号（启动、时钟），分配P1口一个引脚为输入信号（数据）。例如：P1口0引脚为时钟输出，P1口1引脚为启动信号输出，P1口2引脚为数据输入。用MAX232芯片作为与上位机RS232串行通信的接口，这样构成的轴向转角测量装置的硬件框图如图4所示［7～8］。

图4 转角测量装置原理结构图

图5 读取16位角度量的流程图

根据此硬件图，编程实现读取16位串行格雷码角度量的流程如图5所示，其中定义角度变量VAL为16位变量。程序通过设置中间变量，巧妙地将获取的1位串行码送给16位角度变量VAL的最低位。在启动信号有效期间每个时钟信号的下降沿，顺序读出16位格雷码角度值，进而再转换成自然二进制码则完成获取轴向转角的过程［9～10］。

5 结语

采用上述方法实现的轴向转角测量装置的精度高于10″，将该装置通过联轴器将编码器固定在消防水炮方位、俯仰角的转轴上，使消防水炮控制系统构成一个闭环系统，感应出消防水炮的转角，发给上位机再驱动水炮的转动。整个系统的工作过程为：上位机通过RS232串口先发出一个读取转角指令，转角测量装置收到该指令后开始工作，调用该读取转角函数获得转角信息，再发给上位机，通过这样反馈控制使消防水炮转角控制得更准确。

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