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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(hào)電流值的離散性比較大而造成的信號(hào)精度損失等,提出基于高速信號(hào)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(jiǎn)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(cè)量電路,并對(duì)增量式PILZ編碼器的線性度和重復(fù)精度進(jìn)行了測(cè)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(cè)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(duì)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(xiě)軟件,完成對(duì)CY7C68013芯片的數(shù)據(jù)傳送、接收和固件程序的燒寫(xiě),并將接收到的數(shù)據(jù)顯示和打印出來(lái)。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(guò)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(mǎn)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(hào)處理器(DSP)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)增量式光電PILZ編碼器精度提高的方法。首先分別對(duì)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(hào)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(hào)輸入到FP-GA中,通過(guò)數(shù)字時(shí)間轉(zhuǎn)換(TDC)方法測(cè)出2個(gè)脈沖信號(hào)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(hào)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(hào)的波形方程,然后利用牛頓迭代法將兩路精碼細(xì)分信號(hào)校正至標(biāo)準(zhǔn)的正弦和余弦信號(hào),zui后建立兩路信號(hào)間的正交性誤差模型,通過(guò)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(duì)某16位小型式光電PILZ編碼器進(jìn)行誤差校正處理,經(jīng)測(cè)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(duì)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(hào)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(hào)幅值的檢測(cè),碼道的檢查,進(jìn)位錯(cuò)誤檢查,信號(hào)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(hào)的放大參數(shù)、幅值參數(shù),粗碼信號(hào)的鑒幅電平的自動(dòng)調(diào)整,便于日后的維護(hù),方便用戶(hù)定期對(duì)PILZ編碼器進(jìn)行自維護(hù)工作。