单片机三维轴角智能化测量系统

马瑞卿  芦  刚  刘昌旭

李钟明   窦满锋    (西北工业大学)

1  引言

    甩旋转变压器实观轴角精密测量需要解决的关键是将多极旋转变压器的模拟量变成数字量。80年代后期；最国自行研制的14／12位XSZ系列旋转变压器一数字转换器达到世界水平i‘它由一块厚膜集成器件就可完成原来二三块双面电路板所能完成的任务。文中所述系统是利用14／12XSZ与多极旋转变压器的精粗通道相配作为系统的前向通路。随着单片机微处理器的迅速发展，使得更加精密而可靠的智能测量成为可能，本系统利  用8031非常强的位操作功能、便于扩展、程序灵活、易于数字处理、体积小、价格低的特点，实现三维轴角的数据分时采集、精粗组合，打印和数码显示，系统可与PC-XT串行通讯及与同位单片机并行通讯。

2  工作原理

2.1 前向通路

    多极旋转变压器有粗精两个通道，犹如时针与分针能精确计时一样，一般粗通道为一对极，精通道为P对极，本系统选用P=32，14／12XSZ数字转换器分别将多极旋转变压器的精粗通道模拟电压输出转换成14／12位二进制数字量，由于该数字转换器采用二阶伺服回路，输出连续跟踪输入轴角的变化，使用时，旋转变压器输出的4个端子分别接到转换器D1-D4端（见图1），通过其内部

微型隔离变压器后仍为正余弦形式的输出，即：

式中  θ-----旋转变压器轴角

     假定转换器内部可逆计数器现时代码值为φ，则经误差放大器后有：

    由内部相敏检波器、积分器、压控振荡器组成的闭环系统使sin(φ-θ)为0(即φ-0),

当这个过程完成时，可逆计数器的代码值φ就等于转换器的转换结果----待测轴角θ。对于14/12XSZ，激磁频率为400HZ,精度为+4.5”，跟踪速度可达r/s。这样精粗通道分别采用14xsg和I~XS2；对芋每。：维轴角经粗精组合就可实现360。全角测量。以x轴为例，前向通路接线原理如图1所示。其中计算机在读取数据时，可将“忙”信号M作为一位数据，连同14／12位数据一起读入内存，再进行检测，若M为高电平，则认为数据无效，反之8031先分别通过外围I／O芯片．PC口的2位信号线锁定G1和G2端，然后分时地从8155的PA、PB口读取精通道的14位和粗通道的12位2进制数即可。

2．2粗精组合

    由于电气误差、变换器电路的精度以及内部可逆计数器末位的跳变，会导致粗精两通道的****有效位发生多计和少计，尤其对粗读数，因其处于高位，末位数不允许有误差，所以在双读数系统中不加入一定的判断及处理，就可能产生这种粗大误差。为了有效地提高系统测量精度，必须由单片机对粗通道的12位输出码进行纠错和校正。一般多极旋转变压器粗精通道相互独立，对于32对极的旋转变压器，粗通道采用12位转换器时，测量范围为O．08789。～360。，而精通道采用14位转换器时，测量范围为0。～11．25。粗精组合的目的是把12位粗码与14位精码组合成一个2进制数。由于系统采用2进制数，考虑到组合范围应有一定宽度，而且逻辑处理上对单片机又不是太复杂，故采用3位扩展组合法。对于精通道，****位权值为5．625~，所以粗通道应从权值为5。625。的第四位向高位顺序数3位作为与精通遭高3位进行组合的扩展位，如图2所示。

  2进制3位扩展的差别规则为：粗一精≤3/8，不加不减；粗一精≥5/8，加1；精一粗≥5/8，减1。这里假定4/8一0．5的情况不会发生，即误差不会等于O．5[1]，这样可用此规律≯U出真值，如表1所示。

    由精通道全部14位数和组合后的粗通道高5位数构成一个19位2进制数。

3系统硬软件设计

3．1系统硬件

 &