CN102435219A - 一种航天相机调焦编码器调试测控系统 - Google Patents

Abstract

一种航天相机调焦编码器调试测控系统，属于光电测量技术领域中涉及的调试测控系统。要解决的技术问题是：提供一种航天相机调焦编码器调试测控系统。技术方案包括：信号处理电路、供电电源、装有软件程序的便携式计算机；其中信号处理电路中包括可调电位器组、放大器电路、LED二进制显示灯排、微控制器。编码器机械头部输出的光电流信号与可调电位器组相连；可调电位器组的输出与放大器电路连接；放大器电路的各路输出与微控制器相连；微控制器的并行输出口与LED二进制显示灯排相连，串行输出与装有软件程序的便携式计算机相连；供电电源与信号处理电路相连。该系统有数据、图形显示、存贮与仿真功能。

Description

一种航天相机调焦编码器调试测控系统

技术领域

本发明属于光电测量技术领域中涉及的一种航天相机调焦编码器调试测控系统。

背景技术

为了使航天相机的体积、重量尽可能小，要求对相机上的每一个零部件进行轻量化设计，用于测量相机焦距的绝对式光电编码器也不例外。

随着电子元器件的飞速发展，目前很多民用、工业用光电编码器已做成机电一体的形式且外形尺寸也很小。然而，航天产品对可靠性要求极为苛刻。因此，电子元器件的选择范围较窄，如果将编码器做成机电一体，势必尺寸较大，不能满足相机调焦机构的要求。为此，在设计上我们采用机电分开，将尺寸小的编码器光机头部放在相机主体上，而尺寸较大的处理电路部分(与相机的其它控制单元电路一起)放在相机外的电控机箱内。这给编码器的调试、检测、安装等带来一定的困难。

航天产品每进行一步都有严格的过程控制，不允许将隐患带入下一工序。编码器光、机、电加工制做周期不同，很难做到机、电同时联调。即便是同时完成加工制做，试想携带着一个硕大的电控机箱完成编码器的调试、检测、安装，也是极不方便的。另外，如果编码器光机头部有问题，会对电子学处理部分产生影响，因此，这种做法也是不安全的。为了编码器的可靠性，及早发现存在的问题，确保隐患不进入下一个环节，其调试、检查、测试方法都在不断的改进、更新。所谓调焦编码器调试测控系统，就是要实现对绝对式光电编码器在机电安装联调过程中，对信号幅值、相位、直流电平各参数进行调试控制的系统。

与本发明最为接近的已有技术，是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所开发的一种编码器测试系统，如附图1所示。包括：信号处理电路1、示波器2、供电电源3；其中信号处理电路1中包括可调电位器组4、放大器电路5、精码AD转换电路6、粗码整形锁存电路7、微控制器8、LED二进制显示灯排9。

编码器机械头部输出的光电流信号与可调电位器组4相连；可调电位器组4的输出与放大器电路5连接；放大器电路5的各路输出分别与示波器2、精码AD转换电路6、粗码整形锁存电路7相连；精码AD转换电路6、粗码整形锁存电路7的输出都与微控制器8相连；微控制器8的输出与LED二进制显示灯排9相连；供电电源3与信号处理电路1相连，为其内部所有电路供电。

打开供电电源3，给编码器机械头部与信号处理电路1供电；由电位器组4将编码器机械头输出的多路光电流信号转换成电压信号，并调整信号幅值，然后输出给放大器电路5进行信号放大，示波器2监测放大器电路5的所有输出信号，观察各路信号(精码、粗码)的幅值、相位关系、直流电平是否满足要求，如果不满足则调整电位器阻值，直至符合使用要求；经放大器电路5放大后的信号，其中的精码信号部分经过精码AD转换电路6后送入微控制器8，粗码信号部分经整形锁存电路7后送入微控制器8；微控制器8将采集到的精、粗码数据进行精/粗码校正、精/粗码连接、数据转换等处理后，输出给LED二进制显示灯排9进行显示。

装联编码器主要分以下几个过程：

1调试

指编码器的粗调。转动编码器轴，调整可调电位器组4的阻值，同时用示波器2观察放大器电路5输出的各路信号参数、波形、图形是否满足要求。最后用LED发光二极管显示灯排9检查校正、进位是正常。以上工作是在编码器专用装调间完成的。

2检测

指编码器的精调。转动编码器轴，编码器输出光电流信号至可调电位器组4，精细调整精码信号的可调电位器，用示波器2监示精码放大器电路4输出的信号，使精码信号的幅值、直流电平应满足要求。用示波器2的一路探头监测精码0°信号，另一路监测各粗码信号，用李莎育图形显示精-粗关系，调整粗码信号的可调电位器，使编码器每个粗码信号满足要求。然后，可进行编码器精度检测。以上工作在编码器检测室完成。

3安装

通过各种例行实验和检测后，最终将编码器安装在相机的调焦机构上。由于轴系的不同心，有可能会使编码器信号产生畸变。用示波器2监测放大器电路5输出的各路(精码、粗码)信号的幅值、相位关系、直流电平是否在允许范围内。安装工作在相机装调车间完成。

现有技术虽然操作简单，数据直观，但是也存在一定不足：

a)功能少，数据、图形不能存贮，即便用记忆示波器存贮了波形，也要导入计算机查看；

b)对于非专业人员，二进制显示灯排的读取不如度、分、秒直观；

c)不能仿真；

d)无法进行功能扩展。

发明内容

为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于改进、更新已有技术满足航天产品的需求。

本发明要解决的的技术问题是：提供一种航天相机调焦编码器调试测控系统。解决技术问题的技术方案如图2所示。包括：信号处理电路10、供电电源11、装有软件程序的便携式计算机12；其中信号处理电路10中包括可调电位器组13、放大器电路14、LED二进制显示灯排15、微控制器16。

编码器机械头部输出的光电流信号与可调电位器组13相连；可调电位器组13的输出与放大器电路14连接；放大器电路14的各路输出与微控制器16相连；微控制器16的并行输出口与LED二进制显示灯排15相连，串行输出USB口与装有软件程序的便携式计算机12的USB口相连，软件程序流程图如图3所示；供电电源11与信号处理电路10相连，为其供电。

工作原理说明：

电源11上电，给编码器头部与信号处理电路10供电。信号处理电路10中的电位器组13将编码器机械头部输出的多路光电流信号(精码4路，粗码9路)转换成电压信号并调整信号幅值，然后输出给放大器电路14进行信号放大，放大后的信号经过AD转换后送入微控制器16，与已有技术不同，放大后的粗码信号通过AD读入微控制器，省去了粗码整形、锁存电路，节省了电路的尺寸；由装有软件程序的便携式计算机12通过USB接口向信号处理电路10中的微控制器16发送各种命令(数据、波形、图形)，微控制器16根据不同的命令通过内部AD转换器采集放大器电路14输出的各路编码器信号，并通过内部USB接口将采集到的数据回传给装有软件程序的便携式计算机12。便携式计算机12根据命令和接收的数据通过软件程序组合成不同的显示方式：二进制、度分秒、误码……。如果系统没有便携式计算机12或当便携式计算机12不发送命令处于空闲状态时，微控制器16将自行采集编码器数据，并将采集到的精、粗码数据，进行精/粗码校正、精/粗码连接、数据转换等处理后，输出给LED二进制显示灯排15进行显示。

本发明的积极效果主要有：

①保持了原有功能；

②增加了度、分、秒显示功能；

③数据、波形、图形显示与存贮。在调试、检测、安装、实验时，可调出

以前的数据、波形、图形进行比对，发现差异立刻分析，及早发现隐患；

④仿真控制；

⑤对于非专业人员，看二进制显示灯排进位、退位较难发现错码。通过软件编程，由计算机判读进位、退位是否正常；

⑥显示信息量大。可以同时显示二进制、度分秒、波形或图形；

方便其它功能扩展。在体积未增加的情况下，功能大大增强。

附图说明

图1为已有技术的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3是本发明中仿真控制、调试软件程序流程示意图。

具体实施方式

本发明按图2所示的结构实施。

其中：

可调电位器组13采用BOUNS3296，编码器四路精码信号用四个电位器和九路粗码信号用九个电位器，共十三个，作用是将编码器的光电流信号转换成电压信号；

放大器电路14为美国国家半导体公司生产的LM124；

LED二进制显示灯排15中采用普通发光二极管；

电源11采用AGILENT E3633A；

微控制器16采用Silicon Laboratories生产的C8051F340单片机，片上带有20路10位模/数转换器，采集速率可达200KSPS，本系统共用其中的13路。由于编码器旋转速度不高；其输出信号最高频率＜1KHz，对于波形与图形显示，一般都是采集编码器信号中的两路信号，因此满足采样定理要求。USB接口为C8051F340单片机片上自带的USB，与USB 2.0兼容，全速可达12Mbps。

便携式计算机12采用通用的笔记本计算机。

Claims (1)

1.一种航天相机调焦编码器调试测控系统，包括供电电源(11)、LED二进制显示灯排(15)；其特征在于还包括信号处理电路(10)、装有软件程序的便携式计算机(12)；其中信号处理电路(10)中包括可调电位器组(13)、放大器电路(14)、微控制器(16)；编码器机械头部输出的光电流信号与可调电位器组(13)相连；可调电位器组(13)的输出与放大器电路(14)连接；放大器电路(14)的各路输出与微控制器(16)相连；微控制器(16)的并行输出口与LED二进制显示灯排(15)相连，串行输出USB口与装有软件程序的便携式计算机(12)的USB口相连；供电电源(11)与信号处理电路(10)相连，为其供电。

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