專利名稱：帶can通信的三坐標檢測量數(shù)顯裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種三坐標數(shù)顯檢測裝置，尤其涉及一種帶CAN通信的三坐標檢測量數(shù)顯裝置。
背景技術：
20世紀60年代以來，工業(yè)生產(chǎn)有了很大的發(fā)展，各種復雜零件的研制和生產(chǎn)需要先進的坐標檢測技術與儀器，三坐標測量顯示廣泛地應用于機械制造、汽車、電子和航空航天等工業(yè)中，世界上生產(chǎn)坐標顯示檢測儀器的廠商已超過50家，品種規(guī)格已達300種以上。 隨著科學技術及現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，對三坐標顯示檢測裝置提出了更高的速度和精度要求，傳統(tǒng)的概念中為了保證測量精度，測量速度不宜過高，隨著生產(chǎn)節(jié)奏不斷加快，用戶要求保證測量精度的同時，在高速狀態(tài)下能實現(xiàn)三坐標高精度顯示檢測，并希望三坐標顯示檢測模塊靈活地適應生產(chǎn)需求，能允許模塊化地集成其他傳感器、監(jiān)控系統(tǒng)，以進行重新配置、修改、擴充和改裝，而不必重新設計三坐標顯示檢測裝置硬件和軟件。現(xiàn)有的三坐標數(shù)顯檢測裝置，主要是由位移傳感器、計數(shù)器、譯碼器及顯示器等分離元器件組裝電路組成， 元器件數(shù)量眾多，因結構復雜、抗干擾能力差、坐標跟蹤速度低、坐標分辨率低，缺乏工業(yè)總線通信能力，不利于功能擴展和升級，適用范圍受到限制。隨著電子器件的集成化、小型化、智能化程度的不斷提高，三坐標數(shù)顯檢測裝置主要向著精度更高、尺寸更小、互換性更好、綜合功能更強、數(shù)字網(wǎng)絡化的方向發(fā)展，期望在提高其精度和跟蹤速度的同時，開發(fā)出結構簡單、成本低廉、網(wǎng)絡能力強的新型高精度數(shù)顯檢測裝置和方法。國際上，現(xiàn)場總線控制技術發(fā)展迅速，我國以智能儀表為代表的現(xiàn)場總線控制技術起步不久，傳統(tǒng)的模擬儀表常采用RS-232或RS-485物理總線實現(xiàn)控制通信連接，但在實時性、可靠性等方面存在不足，目前國內(nèi)尚未形成統(tǒng)一的總線標準，只能引進和消化吸收國外多種總線標準，CAN (Control Area Network)總線作為現(xiàn)場總線的一種，最初為汽車應用而由德國BOSCH公司設計研發(fā)，同其他總線相比具有較高的可靠性和性能價格比， 應用領域已從前期的汽車領域向過程工業(yè)、機械工業(yè)、數(shù)控機床、樓宇自動化、醫(yī)療設備、嵌入式網(wǎng)絡設備、家用電氣及數(shù)字智能儀表等領域擴展，適合于三坐標值數(shù)顯檢測應用方向?，F(xiàn)有的三坐標數(shù)顯檢測裝置，主要是由位移傳感器、計數(shù)器、譯碼器及顯示器等分離元器件組裝電路組成，元器件數(shù)量眾多，因結構復雜、抗干擾能力差、坐標跟蹤速度低、坐標分辨率低，缺乏工業(yè)總線通信能力，不利于功能擴展和升級，適用范圍受到限制。
發(fā)明內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，本實用新型提供一種帶CAN通信的三坐標檢測量
數(shù)顯裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案是一種帶CAN通信的三坐標檢測量數(shù)顯裝置，包括微控制器、CAN通信電路模塊、濾波整形電路模塊、鑒相計數(shù)電路模塊、 LCD顯示與鍵盤電路模塊、狀態(tài)監(jiān)控電路模塊和感應同步模塊，LCD顯示與鍵盤電路模塊、
3鑒相計數(shù)電路模塊、CAN通信電路模塊和狀態(tài)監(jiān)控電路模塊均與微控制器相連，感應同步模塊經(jīng)濾波整形電路模塊與鑒相計數(shù)電路模塊相連。作為優(yōu)選，感應同步模塊包括X軸感應同步器定尺、Y軸感應同步器定尺和Z軸感應同步器定尺。作為優(yōu)選，微控制器為AT89C51單片機。作為優(yōu)選，CAN通信電路模塊包括CAN控制器、CAN驅(qū)動器和高速光電耦合器，CAN 控制器的數(shù)據(jù)口 AD(TAD7與微控制器的PO 口數(shù)據(jù)總線相連，CAN控制器的TXO和RXO通過高速光電耦合器與CAN驅(qū)動器的T)(D和RXD相連。作為優(yōu)選，鑒相計數(shù)電路模塊包括兩個觸發(fā)器和一可編程計數(shù)器，可編程計數(shù)器的D(TD7 口與微控制器的D(TD7 口對應相連。作為優(yōu)選，觸發(fā)器為D型觸發(fā)器。作為優(yōu)選，LCD顯示與鍵盤電路模塊包括顯示模塊和按鍵開關，顯示模塊用于顯示微控制器的工作狀態(tài)和通訊數(shù)據(jù)。作為優(yōu)選，狀態(tài)監(jiān)控電路模塊包括CMOS監(jiān)控電路芯片，微控制器的P0. 7作為 MAX706的WDI輸入端。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點在于集成度高、分辨高、跟蹤速度快，且具有 CAN通信能力，抗干擾能力強、結構簡單的三坐標數(shù)顯檢測裝置，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的移動機構坐標值監(jiān)控和遠程通信。

圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的CAN通信電路模塊的電路原理圖；圖3為本實用新型的濾波整形電路模塊的電路原理圖；圖4為本實用新型的鑒相計數(shù)電路模塊的電路原理圖；圖5為本實用新型的IXD顯示與鍵盤電路模塊的電路原理圖；圖6為本實用新型的狀態(tài)監(jiān)控電路模塊的電路原理圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型作進一步說明。作為本實用新型的一種實施方式，參閱圖1，本實用新型包括微控制器、CAN通信電路模塊、濾波整形電路模塊、鑒相計數(shù)電路模塊、LCD顯示與鍵盤電路模塊、狀態(tài)監(jiān)控電路模塊和感應同步模塊，LCD顯示與鍵盤電路模塊、鑒相計數(shù)電路模塊、CAN通信電路模塊和狀態(tài)監(jiān)控電路模塊均與微控制器相連，感應同步模塊經(jīng)濾波整形電路模塊與鑒相計數(shù)電路模塊相連。感應同步模塊包括X軸感應同步器定尺、Y軸感應同步器定尺和Z軸感應同步器定尺。微控制器為AT89C51單片機。CAN通信電路模塊包括CAN控制器、CAN驅(qū)動器和高速光電耦合器，CAN控制器的數(shù)據(jù)口 AD(TAD7與微控制器的PO 口數(shù)據(jù)總線相連，CAN控制器的TXO和RXO通過高速光電耦合器與CAN驅(qū)動器的T)(D和RXD相連。鑒相計數(shù)電路模塊包括兩個觸發(fā)器和一可編程計數(shù)器，可編程計數(shù)器的D(TD7 口與微控制器的D(TD7 口對應相連。觸發(fā)器為D型觸發(fā)器。IXD顯示與鍵盤電路模塊包括顯示模塊和按鍵開關，顯示模塊用于顯示微控制器的工作狀態(tài)和通訊數(shù)據(jù)。狀態(tài)監(jiān)控電路模塊包括CMOS監(jiān)控電路芯片，微控制器的P0. 7作為MAX706的WDI輸入端。參閱圖2，為本實用新型的CAN通信電路模塊的電路原理圖，其主要由PLILIPS公司的CAN控制器型號為SJA1000、CAN驅(qū)動器型號為PCA82C250和高速光電耦合器6附37來實現(xiàn)CAN通信功能，CAN控制器和微控制器內(nèi)部各自都有時鐘產(chǎn)生電路，為了避免時鐘輸入驅(qū)動能力不夠或錯誤所造成的SJA1000不工作，特別采用了雙晶振方案SJA1000的數(shù)據(jù)口 ADO—AD7與微控制器的PO 口數(shù)據(jù)總線相連。微控制器的P2. 6作為SJA1000的片選信號， 由ALE、WR、RD控制SJA1000數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；SJA1000使用中斷方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，SJA1000的16腳是中斷信號輸出，使用微控制器的外部中斷1響應SJA1000產(chǎn)生的中斷；同時SJA1000的TX腳懸空，RXl引腳的電位要維持在0. 5VCC以上，以形成CAN協(xié)議要求的電平邏輯；外加一個總線驅(qū)動芯片PCA82C250提高驅(qū)動能力，SJA1000的TXO和RXO 通過高速光電耦合器6N137，與82C250的T)(D和RXD相連，以實現(xiàn)電氣隔離，增強CAN總線抗干擾能力，同時在光耦部分電路中，兩個電源VCC和VDD完全隔離；在82C250的CANH和 CAHL間設置有120 Ω電阻，保護82C250免受過流的沖擊。參閱圖3，為本實用新型的濾波整形電路模塊的電路原理圖，采用LF356、ΝΕ5332 和LM321為主體的濾波整形電路，感應同步器定尺輸出信號的頻率f 1 = f士Vmax/T， Vmax為極限位移速度，要求濾波電路在中心頻率f附近有一定帶寬，但又要能夠抑制高次諧波和工頻干擾等，LF356具有5MHz的寬帶寬和80dB的共模抑制能力，電壓漂移為 5μν/ °C ,適合用作濾波和整形，該濾波電路工作過程性能穩(wěn)定，在工作頻帶處相頻特性無突跳點，適當選取帶寬B = WO/ Q，可有效地抑制高低頻干擾，確保鑒相準確，在選定的電路參數(shù)下，可設定帶通濾波器的中心頻率為500Hz，帶寬為，只允許在50 Hz通頻帶范圍內(nèi)的信號通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號均加以衰減或抑制；NE5532 構成一個滯回比較器，可將0. 7v 15v正弦波轉(zhuǎn)化為有正負值的方波；使用LM321構成的幅值比較電路，可將待輸出的比相方波調(diào)整為5v和Ov電壓值的標準比相方波波形。參閱圖4，為本實用新型的鑒相計數(shù)電路模塊的電路原理圖，其由兩片D型觸發(fā)器和型號為82M的可編程計數(shù)器構成，電路保證每一次比相都從參考方波的上升沿開始，至比相方波的下降沿結束。工作過程為每次開始工作，由微控制器1發(fā)一負脈沖將Dl置為“0”態(tài)(Ql =0，- Ql = 1)，當參考方波上升沿到來時，Dl翻轉(zhuǎn)Oil = 1，- Ql = 0) ，此時，三態(tài)門開，允許比相方波輸入，同時D2被置為“0”態(tài)。當比相方波的上升沿來到時，D2翻轉(zhuǎn)，將Dl置為“0”態(tài)，完成一次比相。Ql同82M計數(shù)器TO的GATEO相連，計數(shù)器TO工作于外部計數(shù)方式，外部脈沖6MHz。在Ql高電平期間，GATEO為高，允許TO計數(shù)；Ql為低電平時，禁止TO計數(shù)。所以TO中的計數(shù)個數(shù)同相位差是對應關系， 可得比相結果。特別要指出，參考方波的周期是比相方波的2倍，這是因為若相同周期時，當比相方波的上升沿到來時刻接近于參考方波的下一個上升沿，會引起計數(shù)器工作不正常。參閱圖5，為本實用新型的LCD顯示與鍵盤電路模塊的電路原理圖，所述顯示模塊由8155、1602液晶顯示模塊構成，用來輸入功能鍵、顯示微控制器1的工作狀態(tài)和通訊數(shù)據(jù)，8155的CE和Ι0/Μ分別接微控制器的P2. 5和P2. 0，數(shù)據(jù)線接微控制器的P0. 0—P0. 7， 8155的PA 口構成8個獨立式功能鍵盤，PC 口預留，1602液晶模塊的數(shù)據(jù)端DO—D7雙向數(shù)據(jù)線接8155的PB. 0-ΡΒ. 7，作為顯示數(shù)據(jù)輸出口，1602液晶模塊的E使能端口接微控制器的P3. 5，Rff接P3. 6進行讀寫操作，RS接P3. 7選擇寄存器，VDD和VSS分別接+5V電源和地，在連上IOK電位器，可以用來調(diào)節(jié)顯示器對比度，IXD要顯示系統(tǒng)空閑狀態(tài)，在對數(shù)據(jù)進行發(fā)送、接收或者轉(zhuǎn)換時顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理狀態(tài)和特定的數(shù)據(jù)通信信息，可對1602液晶模塊的空閑端口 A和K接上電源和地來顯示背光，使顯示效果更明顯。參閱圖6，為本實用新型的狀態(tài)監(jiān)控電路模塊的電路原理圖，采用了 Maxim公司出產(chǎn)的低功耗CMOS監(jiān)控電路芯片MAX706，微控制器用管腳P0. 7作為MAX706的WDI輸入端， 使用內(nèi)部定時器Tl產(chǎn)生定時60毫秒中斷，在Tl中斷服務程序中對WDI端口實現(xiàn)電平的高低變化，“看門狗”定時器清零并重新開始計時。如果在1.6秒內(nèi)在WDI端口沒有高低電平變化，則在MAX706的RST端口輸出低電平，由于微控制器的復位是利用高電平復位，需要在 MAX706的RESET端通過一個三極管連接到微控制器1的復位端口。在三極管的C端接一個值為IOK的上拉電阻，該三極管起到反向的作用，在MAX的RESET引腳上有低電平時，就能夠順利復位。在系統(tǒng)跑飛情況下，系統(tǒng)復位重新開始工作。本實用新型可提高坐標數(shù)顯精度和速度，采用鑒相型方式鑒別三方向上的位移坐標量，微控制器的晶振為12 MHz，感應同步器采用節(jié)距2mm組合型同步器(自帶放大)，滑尺激勵電壓為頻率3kHz相差π/ 2的正弦電壓，感應同步器定尺感應出感應電壓，經(jīng)自帶放大電路和運放放大后，由ATMEL公司的微控制器選擇一路信號進入帶通濾波電路濾去干擾，之后由整形電路整形為方波，方波在鑒相電路同參考方波進行比相，得到的相位差在可編程計數(shù)器82Μ中轉(zhuǎn)換為對應的數(shù)字量后送到微控制器AT89C51，微控制器對相位差進行分析和誤差補償后送入顯示IXD顯示位移坐標量，數(shù)顯分辨率可達1 μ m?？蓪崿F(xiàn)CAN總線通信功能，采用CAN通信控制器SJA1000、CAN總線接口電路 PCA82C50組成CAN通信電路，微控制器AT89C51負責對SJA1000的初始化，通過控制 SJA1000實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務，CAN驅(qū)動器PCA82C250主要為CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸提供物理保證，為總線提供差動發(fā)送能力，對CAN控制器提供差動接收能力，考慮到減小干擾對通信的影響，在SJA1000和PCA82C50之間采用了 6N137構成的光電隔離模塊，能夠滿足高速數(shù)據(jù)通信的要求。盡管已經(jīng)結合當前認作是一個最為實用和優(yōu)選的實施例來描述了本實用新型，但應當理解，本實用新型不限于所公開的實施例，而相反是旨在涵蓋包括在所附權利要求的精神和范圍內(nèi)的多種修改和同等布置。
權利要求1.一種帶CAN通信的三坐標檢測量數(shù)顯裝置，其特征在于包括微控制器、CAN通信電路模塊、濾波整形電路模塊、鑒相計數(shù)電路模塊、IXD顯示與鍵盤電路模塊、狀態(tài)監(jiān)控電路模塊和感應同步模塊，所述LCD顯示與鍵盤電路模塊、鑒相計數(shù)電路模塊、CAN通信電路模塊和狀態(tài)監(jiān)控電路模塊均與微控制器相連，所述感應同步模塊經(jīng)濾波整形電路模塊與鑒相計數(shù)電路模塊相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的帶CAN通信的三坐標檢測量數(shù)顯裝置，其特征在于所述感應同步模塊包括X軸感應同步器定尺、Y軸感應同步器定尺和Z軸感應同步器定尺。
3.根據(jù)權利要求1所述的帶CAN通信的三坐標檢測量數(shù)顯裝置，其特征在于所述微控制器為AT89C51單片機。
4.根據(jù)權利要求1所述的帶CAN通信的三坐標檢測量數(shù)顯裝置，其特征在于所述CAN 通信電路模塊包括CAN控制器、CAN驅(qū)動器和高速光電耦合器，所述CAN控制器的數(shù)據(jù)口 AD(TAD7與微控制器的PO 口數(shù)據(jù)總線相連，CAN控制器的TXO和RXO通過高速光電耦合器與CAN驅(qū)動器的T)(D和RXD相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的帶CAN通信的三坐標檢測量數(shù)顯裝置，其特征在于所述鑒相計數(shù)電路模塊包括兩個觸發(fā)器和一可編程計數(shù)器，所述可編程計數(shù)器的D(TD7 口與微控制器的D(TD7 口對應相連。
6.根據(jù)權利要求5所述的帶CAN通信的三坐標檢測量數(shù)顯裝置，其特征在于所述觸發(fā)器為D型觸發(fā)器。
7.根據(jù)權利要求1所述的帶CAN通信的三坐標檢測量數(shù)顯裝置，其特征在于所述IXD 顯示與鍵盤電路模塊包括顯示模塊和按鍵開關，顯示模塊用于顯示微控制器的工作狀態(tài)和通訊數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權利要求1所述的帶CAN通信的三坐標檢測量數(shù)顯裝置，其特征在于所述狀態(tài)監(jiān)控電路模塊包括CMOS監(jiān)控電路芯片，微控制器的P0. 7作為MAX706的WDI輸入端。
專利摘要本實用新型公開了一種帶CAN通信的三坐標檢測量數(shù)顯裝置，包括微控制器、CAN通信電路模塊、濾波整形電路模塊、鑒相計數(shù)電路模塊、LCD顯示與鍵盤電路模塊、狀態(tài)監(jiān)控電路模塊和感應同步模塊，LCD顯示與鍵盤電路模塊、鑒相計數(shù)電路模塊、CAN通信電路模塊和狀態(tài)監(jiān)控電路模塊均與微控制器相連，感應同步模塊經(jīng)濾波整形電路模塊與鑒相計數(shù)電路模塊相連。本實用新型集成度高、分辨高、跟蹤速度快，且具有CAN通信能力、抗干擾能力強、結構簡單，并能實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的移動機構坐標值監(jiān)控和遠程通信。
文檔編號G01B7/008GK202074939SQ20112017102
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權日2011年5月26日
發(fā)明者張黎, 李偉 申請人:李偉