CN206974408U - 低成本轴角传感器模拟器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低成本轴角传感器模拟器，包括上位机、通信模块、液晶显示器、微处理器、数/模转换模块、信号调理模块I、磁编码器信号接口、信号调理模块II、乘法器、旋转变压器信号接口、信号发生模块、信号调理模块III、电平转换模块和光电编码器信号接口，微处理器分别与液晶显示器、数/模转换模块、信号发生模块和电平转换模块电连接，数/模转换模块分别与信号调理模块I和信号调理模块II电连接，信号调理模块I与磁编码器信号接口电连接，信号发生模块与信号调理模块III电连接，信号调理模块II和信号调理模块III分别与乘法器电连接，乘法器与旋转变压器信号接口电连接，电平转换模块与光电编码器信号接口电连接；上位机通过通信模块与微处理器进行通信。本实用新型成本低，精度高，方便科研人员衡量轴角解调算法的性能优劣。

Description

低成本轴角传感器模拟器

技术领域

本实用新型涉及智能仪表技术领域，具体涉及一种低成本轴角传感器模拟器。

背景技术

轴角测量一直是工业控制领域需要解决的关键问题之一。目前，通常采用轴角传感器进行轴角测量，常用的轴角传感器有光电编码器、旋转变压器和磁编码器。针对从轴角传感器输出信号获取高精度轴角信息的问题，许多专家学者提出了琳琅满目的算法。然而，衡量这些算法性能的优劣，需要基准的轴角信号。目前产生基准轴角信号的方式有两种，一通过高性能可编程信号发生器产生，操作方便，但是价格昂贵；二是利用高精度光谱检测获取轴角真值，精度高，但是价格更加昂贵。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种轴角传感器模拟器，成本低，精度高，方便科研人员衡量轴角解调算法的性能优劣。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：低成本轴角传感器模拟器，包括上位机、通信模块、液晶显示器、微处理器、数/模转换模块、信号调理模块I、磁编码器信号接口、信号调理模块II、乘法器、旋转变压器信号接口、信号发生模块、信号调理模块III、电平转换模块和光电编码器信号接口，微处理器分别与液晶显示器、数/模转换模块、信号发生模块和电平转换模块电连接，数/模转换模块分别与信号调理模块I和信号调理模块II电连接，信号调理模块I与磁编码器信号接口电连接，信号发生模块与信号调理模块III电连接，信号调理模块II和信号调理模块III分别与乘法器电连接，乘法器与旋转变压器信号接口电连接，电平转换模块与光电编码器信号接口电连接；上位机通过通信模块与微处理器进行通信。

优选地，所述微处理器采用ATMEL公司ARM9处理器SAM91X25。

优选地，所述数/模转换模块采用16位并行数/模转换芯片DA7664。

优选地，所述信号调理模块I、所述信号调理模块II和所述信号调理模块III均为同相比例放大电路，所选用运放型号为TLC2274C。

优选地，所述信号发生模块采用DDS芯片AD9832。

优选地，所述乘法器采用AD734模拟乘法器。

优选地，所述电平转换模块采用光电耦合器。

优选地，所述液晶显示器采用TFT液晶显示器。

优选地，所述通信模块采用RS232串口通信。

本实用新型的积极效果在于：

(1)本实用新型的低成本轴角传感器模拟器输出信号针对轴角传感器输出信号形式而设计，可输出光电编码器、磁编码器和旋转变压器信号，覆盖面广，涵盖了当前主流轴角传感器；

(2)本实用新型的低成本轴角传感器模拟器通过上位机对输出信号速度形式进行配置，更进一步的可配置为静止、匀速、匀加速和自定义速度四种速度形式，使用灵活；

(3)本实用新型采用微处理器作为系统核心，外围器件为通用器件，成本低，精度高，方便科研人员衡量轴角解调算法的性能优劣。

附图说明

图1为本实用新型的模块结构示意图；

图2为本实用新型的流程图；

图3为信号调理模块I的电路结构图；

图4为信号调理模块II的电路结构图；

图5为信号调理模块III的电路结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1所示，本实用新型的低成本轴角传感器模拟器，包括上位机、通信模块、液晶显示器、微处理器、数/模转换模块、信号调理模块I、磁编码器信号接口、信号调理模块II、乘法器、旋转变压器信号接口、信号发生模块、信号调理模块III、电平转换模块和光电编码器信号接口，微处理器分别与液晶显示器、数/模转换模块、信号发生模块和电平转换模块电连接，数/模转换模块分别与信号调理模块I和信号调理模块II电连接，信号调理模块I与磁编码器信号接口电连接，信号发生模块与信号调理模块III电连接，信号调理模块II和信号调理模块III分别与乘法器电连接，乘法器与旋转变压器信号接口电连接，电平转换模块与光电编码器信号接口电连接；上位机通过通信模块与微处理器进行通信。

其中，上位机内配置有管理系统，管理系统为计算机管理软件，用以配置轴角传感器的速度模式、起始速度、终止速度、速度角频率和载波频率，这是本领域技术人员根据现有技术容易实现的。上位机通过通信模块与微处理器完成数据交互，模拟器当前运行参数同时在液晶显示器上显示；微处理器为系统核心，采用ATMEL公司ARM9处理器SAM91X25，微处理器根据上位机中管理系统的配置产生旋转变压器包络信号数字值；磁编码器信号数字值和逻辑电平为3.3V的光电编码器输出信号；旋转变压器包络信号数字值和磁编码器信号的数字值经数/模转换模块转换输出旋转变压器包络信号模拟值和磁编码器信号模拟值；磁编码器信号模拟值和旋转变压器包络信号模拟值分别经信号调理模块I和信号调理模块II调理输出旋转变压器包络信号和磁编码器信号；磁编码器信号通过磁编码器信号接口直接供用户使用。微处理器根据上位机的配置，对信号发生模块进行配置，使信号发生模块产生旋转变压器载波信号模拟值；信号调理模块III调理对信号发生模块输出的旋转变压器载波信号模拟值进行幅值调理，输出旋转变压器载波信号；乘法器将信号调理模块II输出的旋转变压器包络信号与信号调理模块III输出的旋转变压器载波信号相乘，输出旋转变压器信号；旋转变压器信号通过旋转变压器信号接口直接供用户使用；微处理器输出的逻辑电平为3.3V的光电编码器输出信号经电平转换模块电平转换，输出光电编码器信号，光电编码器信号通过光电编码器信号接口直接供用户使用。

上位机中的管理系统由Labview编写而成，可通过下拉式菜单选择轴角传感器类型和速度形式；选择为旋转变压器时，可配置旋转变压器载波频率；速度形式有静止、匀速、匀加速和自定义速度四种形式；静止时可设置固定角度；匀速时可设置匀速速度；匀加速时可设置起始速度、加速度和截止速度；自定义速度时可编写输入速度函数，支持平方、开方和LOG运算。

本实用新型的微处理器是系统的核心，根据上位机的配置产生旋转变压器包络信号数字值，磁编码器信号数字值和逻辑电平为3.3V的光电编码器输出信号；本实施例中采用ATMEL ARM9处理器SAM91X25实现。

本实用新型的通信模块用以实现上位机和微处理器的数据交互，本实施例中采用RS232串口进行通信。

本实用新型的液晶显示器显示当前的配置信息及实时速度和角度，本实施例中采用TFT液晶显示器。

本实用新型的数/模转换模块对微处理器输出的旋转变压器包络信号数字值和磁编码器信号的数字值进行数模转换输出旋转变压器包络信号模拟值和磁编码器信号模拟值，本实施例中采用16位并行数/模转换芯片DA7664。

本实用新型的信号调理模块I为同相比例放大电路，对磁编码器信号模拟值放大输出磁编码器信号，本实施例中放大电路选用运放型号为TLC2274C，如图3所示为信号调理模块I的电路结构图，其中VOUTC和VOUTD为数/模转换模块的输出信号，XVOUTC和XVOUTD为信号调理电路I的输出信号，输入到磁编码器信号接口。

本实用新型的信号调理模块II为同相比例放大电路，对旋转变压器包络信号模拟值放大输出旋转变压器包络信号，本实施例中放大电路选用运放型号为TLC2274C，如图4所示为信号调理模块II的电路结构图，其中VOUTA和VOUTB为数/模转换模块的输出信号，XVOUTC和XVOUTD为信号调理电路II的输出信号，输入到乘法器。

本实用新型信号调理模块III为同相比例放大电路，调理对信号发生模块输出的旋转变压器载波信号模拟值进行幅值放大，输出旋转变压器载波信号，本实施例中放大电路选用运放型号为TLC2274C，如图4所示为信号调理模块III的电路结构图，其中Carrier S为信号发生模块的输出信号，Carrier IN为信号调理电路III的输出信号，输入到乘法器。

信号调理模块I、信号调理模块II和信号调理电路III的电路结构简单、实用。

本实用新型的微处理器根据上位机的配置，对信号发生模块进行配置，使信号发生模块产生旋转变压器载波信号模拟值，本实施例中信号发生模块为DDS芯片AD9832。

本实用新型的乘法器将信号调理模块II输出的旋转变压器包络信号与信号调理模块3(9)输出的旋转变压器载波信号相乘，输出旋转变压器信号，本实施例中乘法器为模拟乘法器，型号为AD734。

本实用新型电平转换模块将微处理器输出的逻辑电平为3.3V的光电编码器由3.3v转换至5V，输出光电编码器信号，本实施例中电平转换模块为光电耦合器。

微处理器为本实用新型核心，微处理器内的程序由通过C语言编写，程序流程如图2，具体流程如下：

S1：系统上电，初始化处理器时钟和外设；

S2：判断是否有有效的上位机配置传递至微处理器，若没有则等待，若有则进入流程S3；

S3：保存配置，进入流程S4；

S4：根据接收到的配置，计算当前时刻角速度和角位置信息；

S5：判断是否配置为光电编码器轴角传感器，若为光电编码器传感器进入流程S6，否则进入流程S7；

S6：根据角速度信息，利用微处理器定时器功能，输出光电编码器A，B，Z信号，然后进入流程S12；

S7：判断是否配置为旋转变压器轴角传感器，若为旋转变压器传感器进入流程S8，否则进入流程S9；

S8：配置旋转变压器励磁信号，然后进入流程S10；

S10：启动数/模转换，输出旋转变压器包络信号，然后进入流程S12；

S9：判断是否配置为磁编码器轴角传感器，若为磁编码器传感器进入流程S11，否则为无效配置，进入流程S2等待有效配置；

S11：输出磁编码器信号，然后进入流程S12；

S11：再一次判断是否收到上位机新的配置，若收到则进入流程S4，重新配置输出信号形式，否则维持现有配置进入流程S4，计算下一时刻角速度和角位置值。

本实用新型的一种低成本轴角传感器模拟器，采用微处理器为核心，针对轴角传感器输出信号形式，有的放矢，实用灵活，成本低，为从事轴角传感器角速度角位置信号解调的科研人员提供了一种便携的标准仪器，采用管理系统配置系统参数，方便直观。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.低成本轴角传感器模拟器，其特征在于：包括上位机、通信模块、液晶显示器、微处理器、数/模转换模块、信号调理模块I、磁编码器信号接口、信号调理模块II、乘法器、旋转变压器信号接口、信号发生模块、信号调理模块III、电平转换模块和光电编码器信号接口，微处理器分别与液晶显示器、数/模转换模块、信号发生模块和电平转换模块电连接，数/模转换模块分别与信号调理模块I和信号调理模块II电连接，信号调理模块I与磁编码器信号接口电连接，信号发生模块与信号调理模块III电连接，信号调理模块II和信号调理模块III分别与乘法器电连接，乘法器与旋转变压器信号接口电连接，电平转换模块与光电编码器信号接口电连接；上位机通过通信模块与微处理器进行通信。

2.根据权利要求1所述的低成本轴角传感器模拟器，其特征在于：所述微处理器采用ATMEL公司ARM9处理器SAM91X25。

3.根据权利要求1所述的低成本轴角传感器模拟器，其特征在于：所述数/模转换模块采用16位并行数/模转换芯片DA7664。

4.根据权利要求1所述的低成本轴角传感器模拟器，其特征在于：所述信号调理模块I、所述信号调理模块II和所述信号调理模块III均为同相比例放大电路，所选用运放型号为TLC2274C。

5.根据权利要求1所述的低成本轴角传感器模拟器，其特征在于：所述信号发生模块采用DDS芯片AD9832。

6.根据权利要求1所述的低成本轴角传感器模拟器，其特征在于：所述乘法器采用AD734模拟乘法器。

7.根据权利要求1所述的低成本轴角传感器模拟器，其特征在于：所述电平转换模块采用光电耦合器。

8.根据权利要求1所述的低成本轴角传感器模拟器，其特征在于：所述液晶显示器采用TFT液晶显示器。

9.根据权利要求1所述的低成本轴角传感器模拟器，其特征在于：所述通信模块采用RS232串口通信。