智能矩阵式光电编码器速度加速度测量方法研究
光栅编码器
一、光栅位移传感器
二、感应同步器 三、磁栅位移传感器
一、光栅位移传感器
1、光栅的构造：
3 2 1
4
1.标尺光栅 2.指示光栅 3.光电元件 4.光源
一、光栅位移传感器
2、工作原理
把两块栅距W相等的光栅平行安装，且让它们的刻痕之间 有较小的夹角θ时，这时光栅上会出现若干条明暗相间的条 纹，这种条纹称莫尔条纹，它们沿着与光栅条纹几乎垂直的 方向排列，如图所示。
指示光栅 标尺光栅 d f d f d W θ
W/2
d f d f d
d
W/2
B
d
一、光栅位移传感器
莫尔条纹具有如下特点： 1.莫尔条纹的位移与光栅的移动成比例。光栅每 移动过一个栅距W，莫尔条纹就移动过一个条
纹间距B
2.莫尔条纹具有位移放大作用。莫尔条纹的间距 B与两光栅条纹夹角之间关系为
第二章 检测与传感器
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
概述 线位移检测传感器 角位移检测传感器 速度、加速度传感器 测力传感器 传感器的正确选择和使用 检测信号的采集与处理
2.1 概述
一、定义及分类：
1、定义：传感器是将力、温度、位移、速 度等量转换成电信号的元件。“传感器技 术是机电一体化的第一基础” 2、分类 物理传感器 按能量变换的功能分：
H
yFS
二、传感器的基本特性
(4).重复性 传感器在同一条件下，被测输入量按同一方向作全 量程连续多次重复测量时，所得输出——输入曲线的 不一致程度，称重复性。重复性误差用满量程输出的 百分数表示，即
Rm 100% 近似计算 γR yFS
编码器原理
2009-02-27 19:15增量式旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加（正方向）或减少（负方向）。
在接合数字电路特别是单片机后，增量式旋转编码器在角度测量和角速度测量较绝对式旋转编码器更具有廉价和简易的优势。
下面对增量式旋转编码器的内部工作原理（附图）A,B两点对应两个光敏接受管，A,B两点间距为 S2 ,角度码盘的光栅间距分别为S0和S1。
当角度码盘以某个速度匀速转动时，那么可知输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值相同，同理角度码盘以其他的速度匀速转动时，输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值仍相同。
如果角度码盘做变速运动，把它看成为多个运动周期（在下面定义）的组合，那么每个运动周期中输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值仍相同。
通过输出波形图可知每个运动周期的时序为我们把当前的A,B输出值保存起来，与下一个A,B输出值做比较，就可以轻易的得出角度码盘的运动方向，如果光栅格S0等于S1时，也就是S0和S1弧度夹角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度码盘运动位移角度为S0弧度夹角的1/2，除以所消毫的时间，就得到此次角度码盘运动位移角速度。
S0等于S1时，且S2等于S0的1/2时，1/4个运动周期就可以得到运动方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1个运动周期才可以得到运动方向位和位移角度了。
我们常用的鼠标也是这个原理哦。
根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。
根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。
1.1增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90º，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。
轮速编码器的参数-概述说明以及解释
轮速编码器的参数-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述轮速编码器作为一种常用的测量设备，被广泛应用在各种领域，例如机械、物流、汽车等。
它是一种用来测量轮子转动速度的装置，通过检测轮子的旋转来输出相应的电信号，从而获得轮子的转速信息。
通常情况下，轮速编码器由光电传感器和编码盘构成，当轮子旋转时，编码盘上的编码位会遮挡或透过光电传感器，从而产生电信号。
本文将重点讨论轮速编码器的参数及其作用。
通过对这些参数的介绍和分析，可以更加深入地了解轮速编码器的性能和应用。
同时，本文还将总结轮速编码器参数的重要性，并展望轮速编码器参数研究的未来发展。
在接下来的章节中，我们将详细介绍轮速编码器的定义和原理，并逐一介绍其各个参数及其作用。
希望读者通过本文的阅读，能够对轮速编码器的参数有一个更加全面的了解，并能够在实际应用中正确选择和使用轮速编码器。
通过研究轮速编码器的参数，我们可以更好地理解和运用这一测量设备，为各个领域的应用提供更加准确和可靠的数据支持。
同时，也为轮速编码器参数的研究和优化提供了新的思路和方向。
接下来，我们将详细介绍轮速编码器的定义和原理，以及其各个参数及其作用。
文章结构部分的内容可以按照以下方式进行编写：文章结构部分的目的是介绍本篇长文的整体结构，以帮助读者更好地理解文章内容和组织。
本文按照以下结构进行论述：1. 引言1.1 概述：介绍轮速编码器在现代技术中的应用背景和意义。
1.2 文章结构：概括性介绍本文的结构和各个部分的内容安排。
1.3 目的：明确本文旨在探讨轮速编码器的参数及其作用，以及对其未来发展的展望。
2. 正文2.1 轮速编码器的定义和原理：详细介绍轮速编码器是什么以及其工作原理。
2.2 轮速编码器的参数及其作用：深入探讨轮速编码器的各项参数，如分辨率、采样率、精度等，并解释它们在实际应用中的重要性和作用。
3. 结论3.1 总结轮速编码器的参数及其重要性：对前文中介绍的各个轮速编码器参数及其作用进行综合总结。
测量扭摆转动角度和角速度的方法及原理
测量扭摆转动角度和角速度的方法及原理提问：那么，对于动力过剩的B车，是否可以通过测量反电动势的方法，不用编码器获得电机的转速呢？提问：卓大大，三轮车可以用编码器测速吗？还是只能用光电编码盘？？提问：亲爱的卓大大，给你问声好，这个新车模的迷你编码器好贵呀！215一个啥时候有空能否挥一挥你飘逸的手法，写一个推文，把一些好的测速方法讲讲。
我们自己掏钱买东西好贵哟，我是很热爱这个比赛的孩子！你看新F车模和C车模给的安装孔都是那种小型迷你编码器的安装形式，一般的大的都放不下去。
现在又想做车又想搞事情又想节约钱，哎，是真的烦呀。
各式各样的直流电机上面三个问题虽然不是在同一天提到的，反映了同学们对于反馈控制中测量环节的重视。
需要在众多方案中选择一个性价比最好的方案。
2、基本原理角速度度测量时空间物体运动（平动、转动）参数测量的重要一方面，是衡量和控制电机运动的最重要的参数。
根据角度、角速度、角加速度之间的微分关系，任何能够测量角度、角加速的方法都可以用于测量角速度。
角度、角速度、角加速度之间的关系下面介绍几种常用的测量角度速度的方法原理。
一、使用角度传感器测速A. 光电码盘：这种形式采用在电机同轴，或者传动轴上安装同步转动的码盘，利用光电管检测码盘转动，输出与转动角度成正比的脉冲个数。
有增量式和绝对式码盘之分。
常用到的是将码盘与光电检测传感器集成在一起的传感器，可以直接连接单片机IO口或者定时器端口。
光电编码角度传感器增量式角度码盘输出信号包括有两路A，B两路正交的脉冲信号和零位Z信号，通过单片机的正交编码定时器可以方便进行正反转向角度测量。
对于智能车竞速比赛，通常只有正向速度，所以也可以仅仅使用一路脉冲信号完成速度测量。
具体测量硬件和软件内容以后会另文介绍。
B. 霍尔传感器这种角度传感器分为两大类，一类使用开关型霍尔传感器，直接测量电机同轴的永磁铁的极对数，输出相应的开关脉冲。
另外一类是使用模拟型霍尔元器件测量电机同轴永磁铁的磁场方向角度。
速度、加速度及振动检测l
（二）压电式加速度传感器
• S是弹簧，M是质块，B是基座，P是压电元件，R是夹持环。 • 在加速度计感受振动时，由弹簧压紧在压电元件上的重金
属质量块随之振动，其方向与振动加速度方向相反，产生 一惯性力，其大小由F=ma决定。惯性力作用在压电元件产 生电荷，电荷量正比于惯性力，亦即与被测加速度成正比， 经测量电路转换为电压信号输出。
转速测量-光电码盘
• A、B两个输出信号成90°相位差，而信号Z对每转一周只输出一个脉冲，作为 决定转角的原点。
• 反射式光电传感器：在被测 转轴上设有反射记号，由光 源发出的光线通过透镜和半 透膜入射到被测转轴上。转 轴转动时，反射记号对投射 光点的反射率发生变化。反 射率变大时，反射光线经透 镜投射到光敏元件上即发出 一个脉冲信号；反射率变小 时，光敏元件无信号。在一 定时间内对信号计数便可测 出转轴的转速值。
（2）加速度积分法和位移微分法
• 利用速度与加速度、位移的微分和积分关系，测得运动体的运动速度， 在振动测量中常用方法。
（3）线速度和角速度相互转换法
基于同一运动体上线位移和角位移在有固定关系原理。
(4）利用各种速度传感器，
• 将速度信号变换为电信号、光信号等易测信号。速度传感器法是最常 用的一种方法。多普勒测速仪、磁电速度传感器等。
在读标尺和曲线图时产生的人为误差，便于用 计算机处理。 最简单的数字式传感器是编码器(ADE) 角度数字编码器（码盘）或直线位移编码器（码尺） 原理分类：电触式、电容式、感应式和光电式等
（2）数字式转速传感器
• 在电子计数器采样时间内对转速传感器输出的电脉冲信
号进行计数，利用标准时间控制计数器闸门。当计数器
• 振动是自然界中常见的物理现象，振动试验和监测是研究和解决工程实际技 术问题的重要手段。如机械设备振动、土木结构振动、运输工具振动、武器、 爆炸引起的冲击振动等。
编码器的使用方法及注意事项
编码器的使用方法及注意事项（最新版4篇）目录（篇1）I.编码器的定义和作用II.编码器的种类和使用方法III.编码器的使用注意事项IV.总结正文（篇1）编码器是一种将模拟信号转换为数字信号的设备，广泛应用于工业自动化、物联网、智能家居等领域。
以下是编码器的使用方法及注意事项：一、编码器的定义和作用编码器是一种将模拟信号转换为数字信号的设备，其主要作用是实现对物理量的测量和控制。
常见的编码器有光电编码器、磁编码器、超声编码器等。
二、编码器的种类和使用方法1.光电编码器：光电编码器是一种利用光电效应将旋转角度转换为数字信号的设备。
使用光电编码器时，需要将传感器固定在旋转部件上，并将编码盘固定在旋转轴上。
通过读取传感器输出的数字信号，可以实现对旋转角度的测量和控制。
2.磁编码器：磁编码器是一种利用磁感应原理将旋转角度转换为数字信号的设备。
使用磁编码器时，需要将传感器固定在旋转部件上，并将编码盘固定在旋转轴上。
通过读取传感器输出的数字信号，可以实现对旋转角度的测量和控制。
3.超声编码器：超声编码器是一种利用超声波原理将旋转角度转换为数字信号的设备。
使用超声编码器时，需要将传感器固定在旋转部件上，并将超声波发生器和接收器分别安装在旋转轴和旋转部件上。
通过读取传感器输出的数字信号，可以实现对旋转角度的测量和控制。
三、编码器的使用注意事项1.确保编码器与被测物体之间的距离和角度正确，避免误差。
2.在使用光电编码器时，需要注意传感器的清洁和维护，避免灰尘和油污对测量精度的影响。
目录（篇2）I.编码器的定义和作用II.编码器的使用方法III.编码器的注意事项正文（篇2）I.编码器的定义和作用编码器是一种将模拟信号转换为数字信号的设备，常用于测量和监控设备的运行状态。
编码器可以将设备的速度、位置、旋转方向等参数转换成数字信号，从而实现对设备的自动化控制。
II.编码器的使用方法1.确认编码器的连接方式：编码器通常采用串口或网络接口与控制系统连接。
电梯编码器的工作原理及作用
电梯编码器的工作原理及作用一、工作原理1.旋转编码器：旋转编码器位于电梯的驱动轴上，并与电梯的驱动电机相连接。
它通过测量电机旋转的角度，从而确定电梯的位置。
旋转编码器通常由一个光电编码盘和一个光电传感器组成。
光电编码盘上刻有一系列斑点，光电传感器用于检测这些斑点的变化，从而测量电机的旋转角度。
2.线性编码器：线性编码器位于电梯的升降轿厢上，并与升降机轨道相连。
它通过测量轿厢的位移，从而确定电梯的位置。
线性编码器通常由一个光电编码尺和一个光电传感器组成。
光电编码尺是一条带有一系列斑点的刻度尺，光电传感器用于检测光电编码尺上斑点的变化，从而测量轿厢的位移。
旋转编码器和线性编码器通过信号处理电路将位置信息转化为数字信号，并通过电梯控制系统进行处理。
二、作用1.位置测量：电梯编码器可以准确测量电梯的位置，包括停止时的绝对位置和行驶时的相对位置。
这对于电梯控制系统来说非常重要，可以确保电梯能够精确地停靠在乘客所需的楼层，并避免超出允许的行程范围。
2.速度监测：电梯编码器可以监测电梯的运行速度，并将其转化为电信号。
这对于电梯控制系统来说同样非常重要，可以监测电梯的加速度和减速度，确保电梯的运行平稳，并符合安全标准。
3.安全保护：电梯编码器可以实时监测电梯的位置和速度信息，当检测到异常或超出限制范围时，可以通过与电梯控制系统的联动，触发相应的安全保护措施，例如刹车和紧急停止，确保乘客和电梯的安全。
4.故障诊断：电梯编码器可以通过检测电梯的位置和速度信息，帮助维修人员快速诊断电梯故障，并进行及时的维修和保养。
这可以最大程度地减少电梯的停工时间，提高电梯的可用性和可靠性。
总结：电梯编码器是一种用于测量电梯位置和速度的装置。
它通过旋转编码器和线性编码器的组合，可以精确测量电梯的位置，并将其转化为数字信号。
电梯编码器在电梯系统中起到关键的作用，包括位置测量、速度监测、安全保护和故障诊断等方面。
它可以确保电梯的运行安全、平稳和可靠，并提高电梯的可用性和维修效率。
增量编码器的工作原理
增量编码器的工作原理一、引言增量编码器是一种用于测量旋转运动或线性运动的传感器。
它通过测量旋转轴或线性轴的位移来输出相应的脉冲信号，从而实现对物体位置、速度和加速度等参数的测量。
本文将介绍增量编码器的工作原理及其应用。
二、基本原理增量编码器主要由光电传感器、光栅盘和信号处理电路组成。
其中，光栅盘是由透明和不透明条纹交替组成的圆盘，它与旋转轴相连，并随着旋转轴一起旋转。
光电传感器则安装在固定位置上，通过检测光栅盘上透明和不透明条纹的变化来输出相应的脉冲信号。
当光栅盘旋转时，光电传感器会接收到一系列脉冲信号。
这些信号包括两种类型：A相和B相信号。
A相信号表示光栅盘上透明条纹与某个固定参考点之间的距离；B相信号则表示光栅盘上不透明条纹与该参考点之间的距离。
因此，在一个完整的旋转周期内，A相和B相信号会分别输出一定数量的脉冲信号。
三、工作原理增量编码器的工作原理可以分为两个阶段：位移检测和信号处理。
1. 位移检测当光栅盘旋转时，光电传感器会接收到一系列脉冲信号。
这些信号包括两种类型：A相和B相信号。
A相信号表示光栅盘上透明条纹与某个固定参考点之间的距离；B相信号则表示光栅盘上不透明条纹与该参考点之间的距离。
因此，在一个完整的旋转周期内，A相和B相信号会分别输出一定数量的脉冲信号。
2. 信号处理增量编码器输出的脉冲信号需要进行进一步处理才能得到有用的信息。
主要有以下两种方法：（1）计数法计数法是最简单、最常用的处理方法。
它通过对A相和B相脉冲数进行计数，并将其差值作为物体位移量来计算。
例如，当物体向右移动时，A相脉冲数比B相脉冲数多，因此差值为正；当物体向左移动时，则差值为负。
这种方法的优点是简单易用，但其精度受到脉冲数的限制。
（2）微分法微分法是一种更为精确的处理方法。
它通过对A相和B相脉冲数进行微分，得到物体位移量的变化率，并将其积分得到物体位移量。
例如，当物体向右移动时，A相脉冲数增加速度比B相脉冲数增加速度快，因此微分值为正；当物体向左移动时，则微分值为负。
库伯勒编码器技术手册
库伯勒编码器技术手册库伯勒编码器是数字电子设备中常用的一种传感器，用于将旋转或线性运动转换为数字信号。
本手册旨在介绍库伯勒编码器的原理、种类、应用以及安装和调试方法。
I. 原理及分类库伯勒编码器基于光电、电磁或霍尔效应等原理工作。
其中最常见的类型为光电编码器和磁性编码器。
1. 光电编码器光电编码器通过光电传感器和光栅来测量运动。
光栅通常由透明和不透明的标记组成，光电传感器则可以检测到光栅上光线的变化，进而转换为电信号。
光电编码器具有高分辨率、精确度高等优点。
2. 磁性编码器磁性编码器利用磁性材料和传感器来测量运动。
通常由精密的磁性标记和霍尔传感器组成。
磁性编码器具有较高的稳定性和耐用性，适用于恶劣环境条件下的应用。
II. 应用领域库伯勒编码器广泛应用于各个领域，例如：1. 机械加工库伯勒编码器用于CNC机床、车床和磨床等机械加工设备中，用于控制运动的精度和速度。
通过与数控系统的配合，可以实现高精度加工。
2. 机器人技术库伯勒编码器在机器人技术中发挥着重要作用。
它可以精确检测机器人的关节角度和位置，从而实现精确的运动和控制。
3. 自动化系统在自动化系统中，库伯勒编码器用于测量和控制各种设备的位置、速度和加速度。
例如，常用于电梯、输送带、自动门等系统中，确保安全和效率。
4. 医疗设备库伯勒编码器应用于医疗设备中，例如手术机器人、医学成像设备等。
它可以提供精确的位置和运动信息，帮助医生进行精细操作或诊断。
III. 安装与调试正确的安装和调试对于库伯勒编码器的正常运行至关重要。
以下是一些建议和步骤：1. 安装确保库伯勒编码器与被测量的运动装置正确连接，避免摩擦和松动。
根据具体类型选择合适的安装方式，例如夹紧安装、板式安装等。
2. 供电与信号连接库伯勒编码器通常需要外部供电，并通过信号线与控制系统连接。
确保供电电压和信号电平的匹配，并正确连接接线端子。
3. 调试在启动之前进行调试是必要的。
使用示波器或编码器测试设备，检查输出信号的稳定性和准确性。
光栅编码器
Z3 Z2
转子上有两个输出绕组
——正弦输出绕组和余弦输出绕组，
这两个绕组的轴线也互成90°，一般 将其中一个绕组（如Z1、Z2）短接。
第31页，此课件共41页哦
一、旋转变压器
2. 原理
旋转变压器在结构上与两相绕组式异步电机相似，
由定子和转子组成。当以一定频率（频率通常为
400Hz、500Hz、1000Hz及5000Hz等几种）的激
如前所述，磁头有两组信号输出，将高频载波滤掉后则
得到相位差为π/2的两组信号
U
1
U
0
sin
2
x
U
2
U
0
cos
2
x
两组磁头相对于磁尺每移动一个节距发出一个
正（余）弦信号，经信号处理后可进行位置检测。
这种方法的检测线路比较简单，但分辨率受到录磁
节距λ的限制，若要提高分辨率就必须采用较复杂的 信频电路，所以不常采用。
算、温度补偿等电路集成一体具有多种功能——实现了 横向和纵向的多功能。
第10页，此课件共41页哦
三、传感器的发展方向 3. 传感器的智能化 “电五官”与“电脑”的相结合，就是传感器的智能
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第３７卷第１期 ２０１４年２月 长春理工大学学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．１
Ｆｅｂ．２０１４
智能矩阵式光电编码器速度加速度测量方法研究 郭鹤 ，陈建冬 ，曹国华 （１．长春理工大学机电工程学院，长春１３００２２；２．吉林大学仪器科学与电气工程学院，长春１３００２１）
摘要：针对智能型矩阵式绝对光电轴角编码器，以ＭＣＳ５１单片机（ＳＴＣ８９Ｃ５２）为核心单片机，设计了一种编码器速 度、加速度测量仪。根据智能矩阵式光电编码器的输出要求，采用双４８５通信结构，解决了远距离传输问题的同时，实现 了全双工工作状态。通过实时采集并处理编码器输出数据，实现其速度、加速度实时准确快速测量。最后经多次实验证 明，设计的测量仪器运行准确、快速，能够应用于实际测量中。 关键词：测量系统；双４８５通信结构；实时数据处理 中图分类号：ＴＨ８２４ 文献标识码ｉ Ａ 文章编号：１６７２—９８７０（２０１４）Ｏ１—０Ｏ４１一Ｏ４
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｍａｔｒｉｘ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｎｃｏｄｅｒ
ＧＵＯ Ｈｅ ，ＣＨＥＮ Ｊｉａｎｄｏｎｇ２，ＣＡＯ Ｇｕｏｈｕａ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍａｔｒｉｘ ａｂｓｏｌｕｔｅ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｈａｆｔ ｅｎｃｏｄｅｒ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｗｈｉｃｈ ａ ＭＣＳ５１ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ（ＳＴＣ８９Ｃ５２）ｉｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｎｃｏｄｅｒ，ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｄｏｕｂｌｅ ４８５ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｌｏｎｇ－ｄｉｓｔａｎｃｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｓ ｓｏｌｖｅｄ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｔｈｅ ｆｕｌｌ ｄｕｐｌｅｘ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｂｙ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｅｎｃｏｄｅｒ ｏｕｔｐｕｔ ｄａｔａ，ｔｈｅ ｆａｓｔ ｓｐｅｅｄ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｍａｄｅ ｔｏ ｃｏｍｅ ｔｒｕｅ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｄｉｎｓ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ａｎｄ ｆａｓｔ．ａｎｄ ｉｔ Ｃａｎ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｄｏｕｂｌｅ ４８５ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅ
光电轴角编码器是一种以高精度计量圆光栅作 为检测元件并集光、机、电于一体的数字测角传感 器，它采用光电转换技术，可将机械轴的角位置信息 转换成相应的数字代码输出，因而可实现对角度、速 度和其它机械物理量的测量 。光电编码器具有体 积小、价格低、精度高、响应速度快、性能稳定等优 点，应用更为广泛－ｚ ，但光电编码器测量系统经常由 于无法远距离传输，算法过于复杂、占用内存多、运 算时间长，多记或少记脉冲而导致运行、计算出错。 为此，本文设计了一种矩阵式绝对光电编码器实时 收稿日期： 基金项目： 作者简介： 通讯作者： 速度加速度测量仪，经试验验证该系统运行速度快、 计算准确、出错几率小，符合所针对编码器的各项测 量要求，能够用于实际测量。
１ 系统工作原理及硬件设计 测量仪以ＭＣＳ５１单片机（ＳＴＣ８９Ｃ５２）为核心 单片机 ，根据智能矩阵式光电编码器的输出要求， 采用４８５串行通信方式进行接收，波特率为 ５７６００ｂｐｓ，采用２２．１１８４Ｍ晶振，并用４８５转２３２通信 模块将数据传给上位机，系统原理图如图ｌ所示。
２０１３－０９－２２ 吉林省科技厅创新基金（ＳＣ２０ｌ１Ｏ４Ｏ７３Ｘ） 郭鹤（１９８９－），女，硕士研究生，Ｅ—ｍａｉｌ：４４１０５９６８４＠ｑｑ．ｃｏｍ 曹国华（１９６５一），男，博士，教授，博士生导师，Ｅ—ｍａｉｌ：ｃａｏｇｕｏｈｕａ＠ｃｕｓｔ．ｔｏｍ ４２ 长春理工大学学报（自然科学版） 厂］ 瞄ｚ凰
Ｉ ｆ‘— 图１系统原理图 系统采用双４８５通信结构解决了远距离传输问 题的同时，实现了全双工工作状态。４８５转２３２电路 原理图如图２所示。
２测量系统软件设计 采用Ｋｅｉｌ ｕＶｉｓｉｏｎ４开发了测量仪软件，主程序 设计采用汇编语言 ，计算结果均为十六进制数。 该软件运算速度快，准确性高。主程序框图如图３所 示。设位移为Ｓ（ｒ），时间为ｔ（ｓ），速度为ｃｏ（ｒ／ｒａｉｎ）， 加速度为 （ｒａｄ／ｓ ），测量仪软件计算原理如下：
（ｒ／ｍｉｎ）： （１） Ｚ１
（ｒａｄ／ｓ２）＝ （２）
设主程序寄存器中实际位移数据为，ｌ，计数器 中时间数据为ｒ，晶振为Ｘ（ＭＨＺ）； ｓ（ｒ）＝２／２ 。 （３） （ ）＝ｒ／（Ｘ￣１０。） （４） 其中５２４２８８为Ｏｘ８００００的十进制表示。
３测速仪性能与功能实现 本速度加速度测量仪采用的是改进的测频速度 加速度测量法。测频法是指将转速传感器取来的信 号送人频率计数器，在给定的标准时间间隔内读出 脉冲数，然后计算出转速值。由于其误差来源主要 是多记一个脉冲或少记一个脉冲（不考虑晶振误
差），在低转速情况下这种计数带来的误差对转速测 量的结果影响很大。然而本速度加速度测量仪通过 软件矫正与补偿，消除了这种误差，使测量范围能够 达到最低测量ｌｒ／ｍｉｎ。软件中计时器、寄存器切换、 取补码、饱和处理等子程序，在保证测量仪测量功能 的同时，保证了测量的准确性和快速性。
ｌ存储位移数据 ● 匝
’ 计算位移差
＜ 季 一 ｌ速度单位换算Ｉ 计算速度 ｊ计算速度差Ｉ ＿／
计算加速度 ０ 一 发送位移速度加速度代码 ｒ．
０ 判断奇偶数接数次，设置位移数 据存储寄存器
图３主程序框图 ３．１测频法误差消除 本速度加速度测量仪采用的基本算法原理是测 频算法 ，测频算法的缺点在于计算低转速时，程序
图２ ４８５转２３２电路图 Ｕ５ ＶＣＣ ＧＮＤ ２ Ｖｒｒ Ｒ）（１）１一
ＧＮＤ ３～
——４＋
ＧＮＤ 第１期 郭鹤，等：智能矩阵式光电编码器速度加速度测量方法研究 ４３ 多记一个脉冲或少记一个脉冲（不考虑晶振误差）， 会对测量结果有很大影响。而本测量仪主程序中增 加了计时器子程序，在测频法的基础上，衍生出了一 种新的测速法，灵活运用了速度等于位移除以时间 这一定理，在准确记录位移数据的同时，精确记录了 编码器发送位移数据的时间间隔，从而保证了速度 加速度测量仪在测编码器低转速时的准确性。计时 器从主程序接到位移数据开始计时，到接到下一个 位移数据时，储存数据，清零并继续计时。主程序通 过检测计时器所记位移数据时间间隔是否超过正常 情况下时间间隔（２ｍｓ），而判断是否少记脉冲。在 少记一个脉冲的情况下，加速度计算时所需的时间， 将取对应时间间隔的平均数用： ，，９、 （叫２一 】）Ｘ２Ｘ２７ｃ ／＿、 ａ（ｒａｄ／ｓ。 Ｊ １，厶Ｔ ’ ＾Ｕｕ 其中 为少记一个脉冲时的时间间隔。 ３．２寄存器自动切换 该子程序中使用的位移和时间存储寄存器都是 固定两组，这两组寄存器根据奇数或偶数次接数的 规律循环使用。做位移差计算时，后接数据为被减 数，先接数据为减数。为了保证每次接收的数据能 够储存在正确的寄存器中，主程序中用工作寄存器 Ｒ７作为判断奇数偶数次接收数据的标志。以位移 寄存器自动切换为例，其程序片段如下： ＣＪＮＥ Ｒ７，＃００Ｈ，ＬＡＳＴＴＯＦ２ Ｍ０Ｖ Ｒ０，＃４３Ｈ ；Ｒ７＝０为偶数次接数 Ｍ０Ｖ Ｒ１，＃４２Ｈ ；设置偶数次接数寄存器 Ｍ０Ｖ Ｒ７，＃Ｏ２Ｈ ；重置标志位 ＡＪＭＰ ＳＥＴＡＬＬ ；转至重置各标志位子程序 ＬＡＳＴＴＯＦ２： ；Ｒ７＝１为奇数次接数 ＭＯＶ Ｒ０，＃４０Ｈ ；设置奇数次接数寄存器 Ｍ０Ｖ Ｒ１．＃４５Ｈ 本速度加速度测量仪采用两组寄存器轮流循环 使用的结构，大大节省了数据存储的空间的同时，提 高了测量仪的测量速度。 ３．３反转测速的实现 测量仪通过判断接收位移数据之差的符号，判 断编码器是否反转，当位移差为正则为正转，为“负” 则为反转。处理“负数”数据的方法有两种：第一，改 变减法子程序中两组寄存器的减数与被减数关系； 第二，对减法之后的“负”位移差做补码。本程序中 存储位移数据的寄存器是固定的两组，并通过判断 接收数据的奇偶次数来确定减数与被减数关系，这 两组寄存器一直处于循环使用的状态，如果采用第
一种办法化“负”为正，不仅会打乱两组寄存器整个 程序中的循环规律，也会使程序中的一些判断失去 功效，而且会增加主程序篇幅，降低测量仪测量速 度。因此主程序采用的是第二种取补码的方式对 “负数”进行处理，其计算原理为补码等于反码加 一。
主程序中三字节数据取补码程序框图如图４。
莉
Ｒ１为地址的单字节数据取
取反后字节带进位位加１ 取反后字节带进位位加０
否
数据存入原寄存器Ｒ１减一 图４取补码程序框图 测量仪在处理反转转速及减速加速度时采用取 补码的方式，不仅保证了主程序中寄存器自动切换 的有序进行，还缩短了程序篇幅，提高了测量仪的测 量速度。
３．４过圈状态判断与测速 本测量仪针对的编码器的分辨率为２ ，其能测 得最大转速是３０００ｒ／ｍｉｎ，发送位移数据的时间间隔 固定约为２ｍｓ，因此在编码器所测转速为其能够测 量最大转速时，该编码器发送相邻两个位移数据之 差最大为：