一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统论文和设计-顾嘉辉

全文摘要

本实用新型涉及一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统，包括固定在X、Y轴上的两条绝对式光栅尺、差分接收电路、滤波电路、限压电路组成的外围位置采集硬件电路。通过DSP主控芯片对TTL电平信号采集、软件滤波、辨向算法的实现，将电平信号转换成位置信息，并在显示模块中将位置坐标实时显示。本实用新型通过差分接收电路，将绝对式光栅尺中RS422总线标准的差分信号转换成DSP能接收的TTL电平信号；滤波电路，滤除电机运转、信号传输带来的噪声，提高系统的测量精度；通过限压电路有效地保护了DSP主控芯片；通过软件滤波有效地消除了高频谐波的干扰，提高系统测量精度；又由DSP强大的运算能力，使工作台的位置信息能够实时采集显示。

主设计要求

1.一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统，其特征在于：固定在X、Y轴上的两条绝对式光栅尺，用于获取X、Y轴上工作台移动的距离并输出RS422总线标准的差分信号；差分接收电路，用于将RS422总线标准的差分信号转换成TTL电平信号；滤波电路，用于滤除TTL电平信号上的噪声信号；限压电路，用于限定输出电压的幅值，保护后级电路；DSP主控芯片，用于TTL电平信号采集、软件滤波、辨向算法实现，并将电平信号转换成位置信息；显示模块，用于将位置坐标实时显示。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统，其特征在于：差分接收电路采用高速光耦HCPL-0631。

3.根据权利要求1所述的一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统，其特征在于：滤波电路采用74LS14施密特触发器，滤除电机运转、信号传输带来的噪声。

4.根据权利要求1所述的一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统，其特征在于：限压电路采用1N5222稳压二极管。

5.根据权利要求1所述的一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统，其特征在于：DSP主控芯片采用TMS320F28335DSP及其外围电源电路、晶振电路、复位电路、JTAG电路。

6.根据权利要求1所述的一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统，其特征在于：软件滤波是通过DSP的A、B组GPIO带有输入限定功能进行滤波，滤除高频信号干扰。

7.根据权利要求1所述的一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统，其特征在于：显示模块采用12864液晶屏。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及数据采集技术领域，具体是一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统。

背景技术

现代社会对高精尖产品的需求越来越大，进而对数控机床的精度提出更高的要求。XY工作台是数控机床的重要组成部分，其定位误差是影响了数控机床加工精度的主要因素之一，因此，实时获取XY工作台的位置信息，从而对数控机床进行定位误差补偿来提高数控机床加工精度是十分必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统。该系统的差分接收电路，将绝对式光栅中RS422总线标准的差分信号转换成DSP 能接收的TTL电平信号；该系统的滤波电路，滤除电机运转、信号传输带来的噪声，提高系统的测量精度；该系统的限压电路有效地保护了DSP主控芯片；该系统的软件滤波有效地消除了高频谐波的干扰，提高系统测量精度；另外该系统可以对工作台的位置信号实时采集显示。

本实用新型实现目的采用如下技术方案：

一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统，可选地固定在X、Y轴上的两条绝对式光栅尺，用于获取X、Y轴上工作台移动的距离并输出RS422 总线标准的差分信号；差分接收电路，用于将RS422总线标准的差分信号转换成TTL电平信号；滤波电路，用于滤除TTL电平信号上的噪声信号；限压电路，用于限定输出电压的幅值，保护后级电路；DSP主控芯片，用于TTL电平信号采集、软件滤波、辨向算法实现，并将电平信号转换成位置信息；显示模块，用于将位置坐标实时显示。

作为优选，本实用新型提供的一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统，可选地差分接收电路采用高速光耦HCPL-0631。

作为优选，本实用新型提供的一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统，可选地滤波电路采用74LS14施密特触发器，滤除电机运转、信号传输带来的噪声。

作为优选，本实用新型提供的一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统，可选地限压电路采用1N5222稳压二极管。

作为优选，本实用新型提供的一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统，可选地DSP主控芯片采用TMS320F28335DSP及其外围电源电路、晶振电路、复位电路、JTAG电路。

作为优选，本实用新型提供的一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统，可选地软件滤波是通过DSP的A、B组GPIO带有输入限定功能进行滤波，滤除高频信号干扰。

作为优选，本实用新型提供的一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统，可选地显示模块采用12864液晶屏。

有益效果：

本实用新型与现有技术相比，其有益效果体现在：本实用新型基于DSP的 XY工作台绝对式光栅信号实时采集系统包括固定在X、Y轴上的两条绝对式光栅尺、差分接收电路、滤波电路、限压电路组成的外围位置采集硬件电路。通过 DSP主控芯片对TTL电平信号采集、软件滤波、辨向算法的实现，将电平信号转换成位置信息并通过12864液晶显示模块将坐标实时显示。本实用新型通过差分接收电路，将绝对式光栅尺中RS422总线标准的差分信号转换成DSP能接收的TTL电平信号；通过滤波电路，滤除电机运转、信号传输带来的噪声，提高系统的测量精度；通过限压电路有效地保护了DSP主控芯片；通过软件滤波有效地消除了高频谐波的干扰，提高系统测量精度；又由DSP强大的运算能力，使工作台的位置信号实时采集显示。综合以上软硬件设计，能够实时获取工作台的位置信息，为后续的定位误差补偿奠定基础。

附图说明

图1是本实用新型所涉及一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统的系统组成图。

图2是本实用新型所涉及一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统的一条光栅的外围电路结构示意图。

图3是本实用新型所涉及一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统的程序流程图。

图4是本实用新型所涉及一种XY工作台绝对式光栅信号的实时采集系统的一个中断程序流程图。

具体实施方式

如图1所示，基于DSP的XY工作台绝对式光栅信号实时采集系统包括固定在X、Y轴上的两条绝对式光栅尺，用于获取X、Y轴上工作台移动的距离并输出RS422总线标准的差分信号；差分接收电路，用于将RS422总线标准的差分信号转换成TTL电平信号；滤波电路，用于滤除TTL电平信号上的噪声信号；限压电路，用于限定输出电压的幅值，保护后级电路；DSP主控芯片，用于TTL 电平信号采集、软件滤波、辨向算法实现，并将电平信号转换成位置信息；显示模块，用于将位置坐标实时显示。

如图2所示，基于DSP的XY工作台绝对式光栅信号实时采集系统的一条光栅的外围电路结构示意图，一条绝对式光栅尺输出的RS422总线标准的差分信号分别为A+、A-、B+、B-。下面以A+和A-差分信号为例进行介绍：第一步， A+、A-信号通过差分接收电路合成为1路的TTL光栅信号A，差分接收电路由 HCPL-0631高速光耦、R3、R5、R7、R9、C3、C4构成，其中R3＝R5，R9＝R7>10*R3；第二步，光栅信号A通过施密特触发器74LS14对TTL信号进行滤波，滤除电机运转、信号传输带来的噪声；第三步，滤除噪声后的光栅信号A通过由R1、 1N5222、C1构成的限压电路，将滤波后的TTL信号限压在2.5V；第四步，将 2.5V的TTL信号送入DSP的GPIO12口。同理，差分信号B+、B-经过差分接收电路、滤波电路、限压电路，最终将2.5V的TTL信号送入DSP的GPIO13口。同时，另一条光栅的外围电路结构与其结构相同，只是将2.5V的TTL信号送入 DSP的GPIO22口和GPIO23口。

如图3所示，基于DSP的XY工作台绝对式光栅信号实时采集系统的程序流程图，打开上位机软件CCS5.5，根据流程图进行编程设计。

如图4所示，基于DSP的XY工作台绝对式光栅信号实时采集系统的一个中断程序流程图，另一个也可以同理编写，中断函数中实现了对脉冲个数的计数和辨向算法的实现。获得脉冲个数后，根据光栅的栅距求出位置值并显示在 12864液晶屏上。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

设计图

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