基于EPA的光栅位移测量系统原理及设计方案

　　4．2电源电路

　　在进行整个控制系统设计时，如果电源系统过于复杂和冗余，不仅会对其他部分电路产生电磁干扰，而且经济效益也不好，所以设计中所有芯片都选择的是5V、3．3V或者1．8V供电电压。这样，电源设计时只要用3片LM2596和一些电容、电感、二极管等就可以将24V电压直接转化为所需电压，电路设计不仅容易，也非常经济，电源电路如图6所示。具体使用时可以根据需要选择LM2596－5V、LM2596－3．3V、LM2596－1．8V的芯片。要获得+1．8V和+5V时用图6(a)的接法，要获得+3．3V时，用图6(b)的接法。

　　4．3人机接口和声光报警电路

　　为限制位移执行机构在规定的范围内运动，必须用软件设置限位开关，每一边界有一限位开关。当撞到限位开关时，通过DS80C410从输出端口P5．2输出一个“1”电平，经电阻分压后，7920A的控制端MT得到约+1．5V的电压，于是从其乐曲信号输出端OUT输出华尔兹乐曲信号，经过放大电路M51182L放大后，驱动扬声器发出相应的报警乐曲声，音量的大小可以通过调整10kΩ电位器来实现。同时接通发光二极管，红灯报警，同时控制电机停止运转。具体电路如图7所示。

　　4．4工业以太网接口电路

　　工业以太网接口电路是由微控制器DS80C410、以太网收发器LXT972ALC、网络隔离变压器S558－5999－T7、RJ45接头和双胶线等组成。以太网接口电路的作用，一方面是将工业现场的观测数据上传到以太网络上，便于相关的管理部门或个人进行决策管理；另一方面是将工业以太网的数据及操作命令传送到工业现场，管理现场的测量系统进行实时有效的工作。当只进行现场测量工作，而不需要进行以太网通信时，可以由微控制器DS80C410直接控制整个现场设备。所以测量系统既具有单系统现场测量的可操作性，又具有网络化测量的便捷性的优点。整个工业以太网接口电路略。

　　5提高测量分辨率及精度的措施

　　5．1温度对测量精度的影响及补偿

　　由于热胀冷缩的作用，光栅刻线的间距会随温度而变化，这势必会影响测量的精度。在温度变化较大而对精度的要求又比较高的场合，必须对温度进行补偿。对于相同的材料和相同的结构形式，其温度引起形变的特性是相同的。补偿的步骤是设定环境温度在20℃时光栅的输出为没有温度误差的标准输出，在20℃附近选择一系列等间隔温度点，经过若干温度的正(反)行程，在这些温度点上测出栅尺的总体形变值，得出温度形变相关数据。利用这些数据进行特性曲线的拟合，拟合曲线即可进行对温度误差的修正。拟合的曲线的多项式选择二阶或三阶就足够了，形式为：

　　ε＝a3t3+a2t2+azt+a0(2)

　　式中ε为光栅尺的形变，t为温度，ai为待定系数。拟合方法采用最小二乘法，求得的拟合多项式即表示了温度与光栅形变的近似关系。进行补偿时有两种办法：一是将曲线的系数存于非易失性存储器中，修正时直接计算以上多项式；另一种是将以上曲线做成表格，补偿时，查表并插值。

　　5．2提高系统抗干扰能力

　　光栅传感器在具有振动的环境下进行测量时，经常遇到干扰。在A相或B相的边缘处，即在电平跳变处，由于微小的振动，会在边缘处出现无数的小尖峰，使计数器误触发影响了计数精度。为此可以采用定时／计数器的飞读或利用对脉冲有效性判断等方法来提高系统的测量精度。