一種can接口的數(shù)字化受信儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種CAN接口的數(shù)字化受信儀，外部的機械轉(zhuǎn)角變化量傳送到第二自整角機，通過SDC模塊得到精通道角度數(shù)字量；外部的機械轉(zhuǎn)角變化量通過減速器傳送到第一自整角機，通過SDC模塊得到粗通道角度數(shù)字量；粗通道角度數(shù)字量和精通道角度數(shù)字量經(jīng)過單片機的粗精組合運算，得到17位的受信儀位置數(shù)字量；受信儀位置數(shù)字量經(jīng)由CAN總線驅(qū)動器模塊通過CAN數(shù)據(jù)總線傳輸至隨動控制器；電源模塊為SDC模塊、單片機和CAN總線驅(qū)動器模塊。本發(fā)明的激磁電源干擾對精度直接影響更小，保證了轉(zhuǎn)換精度，減少了隨動控制計算機的計算工作量。
【專利說明】一種CAN接口的數(shù)字化受信儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種角度傳感器產(chǎn)品，涉及隨動系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨動系統(tǒng)普遍采用的角度位置傳感器是受信儀。傳統(tǒng)的受信儀的工作原理是通過 機械傳動將外部的轉(zhuǎn)角變化信號傳給受信儀，在受信儀內(nèi)部將機械轉(zhuǎn)角變化量（或經(jīng)過減 速器進行速度變換），傳送到自整角機（或旋轉(zhuǎn)變壓器），轉(zhuǎn)換成3相（相位相同幅度不同） 的交流模擬信號輸出，經(jīng)過信號傳輸電纜傳給隨動控制器，隨動控制器通過SDC變換，將3 相交流模擬信號變換成角度數(shù)字量信號。由于單個自整角機（或旋轉(zhuǎn)變壓器）精度不夠， 需要2個旋轉(zhuǎn)變壓器用不同的轉(zhuǎn)速測量，然后再將這2個不同變比的角度數(shù)字量，在隨動控 制計算機中進行粗精組合，得到完整的數(shù)字量角度信號，實現(xiàn)角度的實時測量。受信儀在工 作時需要有單相400Hz激磁電源，其原理框圖如圖1所示，信號流圖如圖3所示。
[0003] 傳統(tǒng)的受信儀，具有以下缺點：
[0004] 1)自整角機（或旋轉(zhuǎn)變壓器）的激磁電源精度直接影響測角的精度，激磁電源線 路過長，容易產(chǎn)生干擾影響精度。
[0005] 2)輸出的3相交流模擬信號，由于輸出的模擬信號功率小，傳送距離遠，變形嚴 重，影響精度。
[0006] 3)通訊線路芯數(shù)多，一般方位受信儀采用粗精組合需要8芯信號線獨立一條電 纜，高低受信儀需要8芯信號線獨立一條電纜，其外部接線圖如圖5所示。
[0007] 4)需要在隨動控制器內(nèi)部進行粗精組合計算，增加了隨動控制計算機的計算工作 量。
[0008] 5)粗精組合計算時需要粗精對零修正，增加了隨動控制計算機的調(diào)試工作量。每 一個受信儀的修正數(shù)據(jù)都不同，修正數(shù)據(jù)需要存儲在隨動控制計算機上，更換受信儀時需 要重新調(diào)試軟件數(shù)據(jù)。
[0009] 6)受信儀只實現(xiàn)了傳感器的部分功能，精度檢驗驗收困難，計量困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種CAN接口的數(shù)字化受信儀。
[0011] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：包括電源模塊、兩個自整角機、兩片 SDC模塊、單片機和CAN總線驅(qū)動器模塊。
[0012] 外部的機械轉(zhuǎn)角變化量傳送到第二自整角機，得到精通道交流模擬角度信號；夕卜 部的機械轉(zhuǎn)角變化量通過減速器傳送到第一自整角機，得到粗通道交流模擬角度信號；第 一自整角機和第二自整角機的速比為1:32,粗通道交流模擬角度信號通過粗通道SDC模塊 得到粗通道12位角度數(shù)字量，精通道交流模擬角度信號通過精通道SDC模塊得到精通道12 位角度數(shù)字量；粗通道12位角度數(shù)字量和精通道12位角度數(shù)字量同時送到單片機，經(jīng)過單 片機的粗精組合運算，得到17位的受信儀位置數(shù)字量；受信儀位置數(shù)字量經(jīng)由CAN總線驅(qū) 動器模塊通過CAN數(shù)據(jù)總線傳輸至隨動控制器；電源模塊為SDC模塊、單片機和CAN總線驅(qū) 動器模塊。
[0013] 所述的粗精組合運算包括以下步驟：1)粗通道12位角度數(shù)字量與精通道12位角 度數(shù)字量零位對齊；2)對粗通道12位角度數(shù)字量的末位數(shù)據(jù)P進行干擾位修正；3)將修正 后的粗通道12位角度數(shù)字量的高5位作為受信儀位置數(shù)字量的高5位，取通道12位角度 數(shù)字量為受信儀位置數(shù)字量的低12位。
[0014] 所述的電源模塊、SDC模塊和CAN總線驅(qū)動器模塊集成到受信儀內(nèi)部。
[0015] 所述的電源模塊采用直流轉(zhuǎn)400Hz115V激磁電源模塊。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：
[0017] 1)取消外部激磁電源供電，改用內(nèi)部獨立逆變電源模塊，無外部干擾對波形影響， 因此激磁電源干擾對精度直接影響更小。
[0018] 2)旋轉(zhuǎn)變壓器或自整角機輸出的3相交流模擬信號，就近進行SDC變換，無外部干 擾對波形影響，保證了轉(zhuǎn)換精度。
[0019] 3)通訊線路芯數(shù)減少，由原來的8+8 = 16芯減少到4芯，電纜由2條減少到1條， 外部接線圖6所示。
[0020] 4)在隨動控制計算機直接讀取驅(qū)動目標的全角數(shù)字量，不需對SDC轉(zhuǎn)換器進行操 作，不需要進行粗精組合、零位修正等計算，減少了隨動控制計算機的計算工作量。
[0021] 5)粗精組合計算時需要的精通道零位修正量，在受信儀的部件調(diào)試時完成。每一 個受信儀都是通用的，更換受信儀時隨動控制計算機不需要重新調(diào)試軟件數(shù)據(jù)，直接更換 即可。減少了調(diào)試工作量，實現(xiàn)了受信儀的通用化。
[0022] 6)受信儀的部件功能齊全，數(shù)字化輸出接口，檢驗驗收方便，計量方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是傳統(tǒng)受信儀的硬件原理框圖；
[0024] 圖2是CAN接口受信儀的硬件原理框圖；
[0025] 圖3是傳統(tǒng)受信儀的信號流框圖；
[0026] 圖4是CAN接口受信儀的信號流框圖；
[0027] 圖5是傳統(tǒng)受信儀的外部接線圖；
[0028] 圖6是CAN接口信儀的外部接線圖；
[0029] 圖7是采用自整角機方案的CAN接口受信儀原理圖；
[0030] 圖8是采用旋轉(zhuǎn)變壓器方案的CAN接口受信儀原理圖；
[0031] 圖9是精通道零位修正算法調(diào)試流程圖；
[0032] 圖10是粗精組合算糾纏錯算法流程圖；
[0033] 圖11是隨動系統(tǒng)實際位置角計算調(diào)試流程圖；
[0034] 圖12是粗精組合時各數(shù)據(jù)位對應(yīng)示意圖；
[0035] 圖13是受信儀中位置全角量計算流程圖。

【具體實施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施 例。
[0037] 本發(fā)明采用CAN技術(shù)研發(fā)了帶CAN接口數(shù)字化受信儀。本發(fā)明技術(shù)方案是把400Hz 激磁電源模塊、SDC模塊、CAN總線驅(qū)動器模塊集成到受信儀內(nèi)部，對受信儀采用直流供電， 受信儀與隨動控制器之間用CAN數(shù)據(jù)總線。原理框圖如圖2所示，信號流圖如圖4所示。
[0038] CAN接口的數(shù)字化受信儀其工作原理是通過機械傳動將外部的轉(zhuǎn)角變化信號傳遞 給受信儀，在受信儀內(nèi)部將機械轉(zhuǎn)角變化量，傳送到自整角機（或旋轉(zhuǎn)變壓器），轉(zhuǎn)換成3相 (相位相同幅度不同）交流模擬角度信號。
[0039]由于一般隨動系統(tǒng)使用的位置角度精度需要0. 1密位，而一個自整角機的精度目 前一般只能達到3密位，不能滿足要求，所以需要有2個自整角機在不同速比上進行測量， 這里以一個固定的（范例是1:32)的速度比設(shè)置2個自整角機。第1通道外接軸經(jīng)減速后 連接到自整角機軸的慢通道，行業(yè)內(nèi)部稱粗通道。第2通道外接軸直接與自整角機連接的 快通道，行業(yè)內(nèi)部稱為精通道。
[0040] 再將粗通道交流模擬角度信號接到粗通道的SDC模塊得到粗通道12位角度數(shù)字 量。再將精通道交流模擬角度信號接到精通道的SDC模塊得到精通道12位角度數(shù)字量。
[0041] 將粗通道12位角度數(shù)字量和精通道12位角度數(shù)字量同時送到單片機經(jīng)過單片機 的粗精組合運算，得到17位的受信儀位置數(shù)字量。
[0042]由于受信儀和驅(qū)動目標的連接是用齒輪或聯(lián)軸節(jié)連接，所以這個長位（17位）數(shù) 字量只是受信儀粗自整角機的位置，和驅(qū)動目標實際位置有一個相位差，這個相位差是受 信儀在向驅(qū)動目標安裝時產(chǎn)生的，每一次安裝后都不一樣，驅(qū)動目標實際位置角計算需要 在驅(qū)動目標上進行，調(diào)試流程圖如圖11所示。粗精組合運算中各個數(shù)據(jù)位對應(yīng)關(guān)系如圖12 所示。
[0043] 當(dāng)隨動系統(tǒng)需要受信儀測量到的驅(qū)動目標位置數(shù)字量時，通過CAN總線向受信儀 的單片機進行詢問，當(dāng)受信儀的單片機聽到詢問命令后，進行匯報受信儀中的驅(qū)動目標位 置數(shù)字量。實現(xiàn)受信儀的工作過程。
[0044] 位置全角量計算流程圖如圖13所示。
[0045] 粗精組合運算：就是將同一個角度量的2個不同權(quán)重的短位（12位）數(shù)字量進行 疊加，得到一個長位（17位）數(shù)字量的過程，實現(xiàn)測量精度的提高，如圖12所示。有3個步 驟：1)精通道角度數(shù)據(jù)與粗通道角度數(shù)據(jù)零位對齊：調(diào)試流程圖如圖9所示，在粗精組合運 算過程中，由于粗自整角機和精自整角機在機械安裝時一般很難零位對齊，在粗精組合運 算時，需要對精通道數(shù)字量進行零位修正，向粗通道零位對齊，稱精通道零位修正。精通道 零位修正算法，就是先測出粗自整角機到零位時，精自整角機的角度數(shù)據(jù)，在精自整角機零 位修正時，減去這個角度數(shù)據(jù)得到一個與粗自整角機零位對齊的角度數(shù)據(jù)。2)粗通道末位 數(shù)據(jù)P(P7)糾錯：調(diào)試流程圖如圖10所示，在粗精組合運算過程中，由于粗數(shù)字量的尾位可 能是錯誤的干擾數(shù)據(jù)，在組合時需要進行糾錯，糾錯算法是對對干擾位進行修正，修正量對 應(yīng)表如表1所示。3)粗精數(shù)據(jù)疊加：調(diào)試流程圖如圖10所示，各數(shù)據(jù)位對應(yīng)關(guān)系如圖12所 示，經(jīng)過精通道零位修正和粗通道糾錯后，就可以將數(shù)據(jù)進行疊加，疊加時取修正后的粗通 道數(shù)值q的高5位為17位全角數(shù)字量的高5位，取零位修正后的12位精通道數(shù)值y為17 位全角數(shù)字量的低12位，組合得到17位全角數(shù)字量u，得到長位（17位）數(shù)字量。
[0046] 本發(fā)明的實施例設(shè)計一塊受信儀電路板，如圖7和圖8所示，包括直流轉(zhuǎn) 400Hzll5V激磁電源模塊、兩片SDC模塊、單片機、CAN總線驅(qū)動器模塊。其單片機軟件包 括：讀取SDC模塊的角度數(shù)字量子程序、進行角度數(shù)字量粗通道和精通道角度組合運算子 程序、角度全角零位修正運算子程序、精通道零位數(shù)據(jù)修正值子程序、通過CAN接口與隨動 計算機進行通信子程序、隨動計算機和調(diào)試計算機命令分析執(zhí)行應(yīng)答子程序、數(shù)據(jù)的自動 保存和上電自動恢復(fù)子程序。
[0047] 對傳統(tǒng)受信儀進行改進，將傳統(tǒng)受信儀對外信號線連接到電路板插座Jl、J2上， 從電路板引線到受信儀的對外插頭J0上。進行以下6步調(diào)試：
[0048] 第一步灌軟件：向受信儀的單片機灌受信儀軟件。
[0049] 第二步精通道零位修正：將受信儀安裝在調(diào)試臺上調(diào)試。受信儀與調(diào)試計算機 用電纜連接。低速正向轉(zhuǎn)動受信儀對外連接軸，用調(diào)試計算機讀取粗通道和精通道SDC轉(zhuǎn) 換后原始值數(shù)，當(dāng)粗通道值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到剛變到〇時，記錄精通道值x為cl;當(dāng)粗通道值數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)到剛離開〇時，記錄精通道值x為c2。低速反向轉(zhuǎn)動受信儀對外連接軸，讀取粗通道和 精通道SDC轉(zhuǎn)換后原始值數(shù)，當(dāng)粗通道值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到剛變到0時，記錄精通道值x為c3 ;當(dāng) 粗通道值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到剛離開0時，記錄精通道值x為c4。計算出精通道零位修正值C0 = (Cl+c2+C3+c4)/4 ;零位修正后精通道值y=x-CO;(x:實時讀取精通道數(shù)據(jù)SDC轉(zhuǎn)換原始 值），流程圖如圖9所不。
[0050] 第三步數(shù)據(jù)回灌：將調(diào)試計算機上得到的精通道零位修正值C0傳到受信儀單片 機中，并由受信儀的單片機保存在可以掉電保持的單元中，供以后計算時使用。
[0051] 第四步糾纏組合驗證：設(shè)Z1為12位粗通道原始數(shù)值p的最中間2位，即p6、p5兩 位；設(shè)Z2等于12位精通道修正后數(shù)據(jù)y的最高2位，即yll、yl0兩位；根據(jù)表1查出修正 量Z3,將Z3修正量加到粗通道數(shù)值，得到12位修正后的粗通道數(shù)值q。取修正后的粗通道 數(shù)值q的高5位為17位全角數(shù)字量的高5位，取零位修正后的12位精通道數(shù)值y為17位 全角數(shù)字量的低12位。得到17位全角數(shù)字量u，流程圖如圖10所示。受信儀部件調(diào)試完 畢。
[0052] 第五步受信儀零位修正：將受信儀安裝到驅(qū)動目標上，使用調(diào)試軟件對受信儀零 位校正調(diào)試。將驅(qū)動目標位置調(diào)至機械零位，讀取沒有零位修正的17位位置數(shù)字量u計為 C5, C5就是全受信儀零位修正值，得到驅(qū)動目標實現(xiàn)位置量V = (U-C5)，其中u是實時讀取 沒有零位修正的17位位置數(shù)字量。
[0053] 第六步數(shù)據(jù)回灌：將調(diào)試計算機上得到的全受信儀零位修正值C5傳到受信儀單 片機中，并由受信儀的單片機保存在可以掉電保持的單元中，供以后計算時使用。受信儀全 部調(diào)試完畢。
[0054] 調(diào)試完畢的受信儀在使用中啟用的工作軟件，其流程圖如圖13所示。
[0055]參見圖7和圖8,本實施例中，需要設(shè)計的受信儀技術(shù)參數(shù)如下：
[0056] 1)轉(zhuǎn)角精度：0?1密位（1密位=360/6000度）
[0057] 2)采集頻率：50Hz
[0058] 3)電源要求：直流24±8VDC
[0059] 實施例1技術(shù)方案：采用自整角機方案的CAN接口受信儀
[0060] 1)系統(tǒng)組成與工作原理
[0061] 系統(tǒng)組成由減速器、粗精通道2個自整角機、受信儀電路板組成，電路原理圖圖如 圖7所示。
[0062]受信儀電路板組成包括：直流轉(zhuǎn)400Hzll5V激磁電源模塊、兩片SDC模塊、單片機、CAN驅(qū)動器模塊、直流電源模塊，其原理框圖如圖2所示。
[0063]其單片機軟件包括：讀取SDC模塊的角度數(shù)字量子程序、進行角度數(shù)字量粗通道 和精通道角度組合運算子程序、角度全角零位修正運算子程序、精通道零位數(shù)據(jù)修正值接 收保存讀取子程序、通過CAN接口與隨動計算機進行通信子程序、隨動計算機和調(diào)試計算 機命令分析執(zhí)行應(yīng)答子程序、數(shù)據(jù)的保存和上電自動恢復(fù)子程序。
[0064] 系統(tǒng)原理框圖如圖7所示：是通過機械傳動將外部的轉(zhuǎn)角變化量直接傳給精通道 自整角機，同時將轉(zhuǎn)角變化量經(jīng)過1 :32減速機傳給粗通道自整角機。轉(zhuǎn)角變化量轉(zhuǎn)換成 3相（相位相同幅度不同）的交流信號，將交流信號接到SDC變換器變換成12位并行數(shù)字 量，單片機同時采集粗精2個通道的并行的數(shù)據(jù)量，在單片機內(nèi)用軟件進行粗精組合運算， 零位修正運算，得到全角量。當(dāng)隨動控制計算機需要全角量時，通過CAN總線進行詢問，受 信儀及時應(yīng)答，把全角量傳給隨動控制計算機。
[0065] 單片機米用SiliconLaboratories公司的51系列單片機C8051F040,片內(nèi)有CAN 控制器。CAN總線驅(qū)動采用PCA82C250芯片，對外接口為CAN2. 0B協(xié)議，800K波特率。
[0066] 實施例2技術(shù)方案：采用旋轉(zhuǎn)變壓器方案的CAN接口受信儀
[0067]系統(tǒng)組成由減速器、粗精通道2個旋轉(zhuǎn)變壓器、受信儀電路板組成，如圖8所示。[0068]受信儀電路板組成包括：直流轉(zhuǎn)400Hz115V激磁電源模塊、SDC模塊、單片機、CAN 驅(qū)動器模塊、直流電源模塊，其他原理圖如圖8所示。
[0069]其單片機軟件包括：讀取SDC模塊的角度數(shù)字量子程序、進行角度數(shù)字量粗通道 和精通道角度組合運算子程序、角度全角零位修正運算子程序、精通道零位數(shù)據(jù)修正值接 收保存讀取子程序、通過CAN接口與隨動計算機進行通信子程序、隨動計算機和調(diào)試計算 機命令分析執(zhí)行應(yīng)答子程序、數(shù)據(jù)的保存和上電自動恢復(fù)子程序。
[0070] 系統(tǒng)原理框圖如圖8所示：是通過機械傳動將外部的轉(zhuǎn)角變化量直接傳給精通道 旋轉(zhuǎn)變壓器，同時將轉(zhuǎn)角變化量經(jīng)過1 :32減速機傳給粗通道旋轉(zhuǎn)變壓器。轉(zhuǎn)角變化量轉(zhuǎn)換 成2相（相位相同幅度不同）的交流信號，將交流信號接到SDC變換器變換成12位并行數(shù) 字量，單片機同時采集粗精2個通道的并行的數(shù)據(jù)量，在單片機內(nèi)用軟件進行粗精組合運 算，零位修正運算，得到全角量。當(dāng)隨動控制計算機需要全角量時，通過CAN總線進行詢問， 受信儀及時應(yīng)答，把全角量傳給隨動控制計算機。
[0071] 單片機米用SiliconLaboratories公司的51系列單片機C8051F040,片內(nèi)有CAN 控制器。CAN總線驅(qū)動采用PCA82C250芯片，對外接口為CAN2. 0B協(xié)議，800K波特率。
[0072] 表1粗通道數(shù)值修正量查詢表
[0073]

【權(quán)利要求】
1. 一種CAN接口的數(shù)字化受信儀，包括電源模塊、兩個自整角機、兩片SDC模塊、單片機 和CAN總線驅(qū)動器模塊，其特征在于：外部的機械轉(zhuǎn)角變化量傳送到第二自整角機，得到精 通道交流模擬角度信號；外部的機械轉(zhuǎn)角變化量通過減速器傳送到第一自整角機，得到粗 通道交流模擬角度信號；第一自整角機和第二自整角機的速比為1:32,粗通道交流模擬角 度信號通過粗通道SDC模塊得到粗通道12位角度數(shù)字量，精通道交流模擬角度信號通過精 通道SDC模塊得到精通道12位角度數(shù)字量；粗通道12位角度數(shù)字量和精通道12位角度數(shù) 字量同時送到單片機，經(jīng)過單片機的粗精組合運算，得到17位的受信儀位置數(shù)字量；受信 儀位置數(shù)字量經(jīng)由CAN總線驅(qū)動器模塊通過CAN數(shù)據(jù)總線傳輸至隨動控制器；電源模塊為 SDC模塊、單片機和CAN總線驅(qū)動器模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CAN接口的數(shù)字化受信儀，其特征在于：所述的粗精組合運 算包括以下步驟：1)粗通道12位角度數(shù)字量與精通道12位角度數(shù)字量零位對齊；2)對粗 通道12位角度數(shù)字量的末位數(shù)據(jù)P進行干擾位修正；3)將修正后的粗通道12位角度數(shù)字 量的高5位作為受信儀位置數(shù)字量的高5位，取通道12位角度數(shù)字量為受信儀位置數(shù)字量 的低12位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CAN接口的數(shù)字化受信儀，其特征在于：所述的電源模塊、 SDC模塊和CAN總線驅(qū)動器模塊集成到受信儀內(nèi)部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CAN接口的數(shù)字化受信儀，其特征在于：所述的電源模塊采 用直流轉(zhuǎn)400Hz 115V激磁電源模塊。
【文檔編號】G01D5/12GK104330098SQ201410553806
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】王世凱, 代普, 王德強, 王興梅, 孔祥宣 申請人:中國兵器工業(yè)第二O二研究所