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一种简单实用的测角码盘设计方案
摘要：介绍一种制作简单、价格便宜、应用面广的测角码盘设计方案；并以码盘信号的产生、处理和传输为主线，详细说明工作原理，进而再次证明其简单便宜的突出优点。关键词：测角码盘 编码胶片 状态编码
测控系统中，经常用到采集各种角度参数或对转动机构进行测速的角度传感器。目前，市场上一些具有成熟技术的角度传感器有自增角机、电位器、码盘、霍尔元件和齿轮计数器等。这些产品中，有的精度很高，但价格昂贵，有的价格便宜，但结构复杂，往往难于同时满足结构简单、价格便宜的要求。本文介绍一种光电码盘设计方案，硬件结构非常简单、成本价格十分便宜，而且稳定性好、使用寿命长，又能满足多数情况下的精度要求。
1 工作原理
1.1 原始信号的产生
（1）信号产生原理
图1是码盘产生原始信号的原理示意图。
本码盘用于采集信号的器件是一对发光管和接收管，每个管内有两套收发装置。其功能实现过程为：在发光管和接收管之间放一圆形黑白相间且宽度相同的编码胶片，使三者分别处于相互平行的平面内，将发光管和接收管中心对正，并使编码胶片可以绕其轴心旋转。上电后，发光管会连续不断地发射信号，但由于胶片是黑白相同的，所以当黑色部分正对发光管时，发光管发出的信号将被阻挡，使接收管接收不到信号；而当白色部分正对发光管时，发光管发出的信号将透过胶片射到接收管上。这样，在接收端就得到两路连续变化的正弦波。
（2）方向判别原理
图2为原理示意图。
编码胶片宽度是收发装置距离的两倍，两收发装置位置关系应满足B=(0.7n+0.35)+A，图中n=0。
同理，当胶片向右转动时，A、B信号变化恰好相反。这样，通过A、B信号不同的变化规律实现对方向的判别。
1.2 信号处理
图3是码盘信号处理电路图。
该电路的主要任务是将产生的原始模拟信号转换为数字信号，即模数转换。由传感器产生的0V为振荡中心的正弦波信号，经跟随器处理后转换为以+2.5V为振荡中心的正弦波信号。通过调节电位器，使其波形达到最佳状态，然后，经过大器将正弦波信号放大10倍。此时，由于放大的拉伸作用，被钳位在0～5V之间的信号已具有非常陡的上升沿和下降沿，最后经施密特触发器整形后，以方波形式输给单片机。其波形关系如图4所示。
1.3 信号控制及传输
图5为控制传输电路图。
这部分主要通过软件编程实现对信号的处理。硬件结构包括信号处理芯片AT89C205
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