一種基于gpio的角度光電編碼器計(jì)數(shù)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種光電編碼器計(jì)數(shù)電路，應(yīng)用在旋光檢測(cè)器中的光電編碼器的角度計(jì)數(shù)，該電路是旋光偏振檢測(cè)技術(shù)中偏振角度測(cè)量的關(guān)鍵電路，屬于光電檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在角度測(cè)量技術(shù)中，通常是通過(guò)光電編碼盤來(lái)進(jìn)行角度測(cè)量的，為了提高角度檢測(cè)的精度，都采用角度分辨率更高的一體化增量式光電編碼器。這種方案將與角度測(cè)量相關(guān)部件集成為一體，可以保證較高的測(cè)量精度。該器件的輸出為脈沖形式，每次旋轉(zhuǎn)了一個(gè)最小角度，編碼器輸出出現(xiàn)一次跳變，而且正、反方向旋轉(zhuǎn)的輸出分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)不同的脈沖輸出(分別對(duì)應(yīng)信號(hào)A和B)。每旋轉(zhuǎn)一周，觸發(fā)一次零位信號(hào)，稱為Z信號(hào)。通過(guò)對(duì)A、B信號(hào)的累積，可以計(jì)算出當(dāng)前的角度；通過(guò)檢測(cè)Z信號(hào)，可以檢測(cè)零點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)功能的電路稱為計(jì)數(shù)器，通常是通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，再通過(guò)串口(RS232)將數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)中作進(jìn)一步處理。目前，這種類型的計(jì)數(shù)器已經(jīng)稱為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模塊，可以在市面上買到。
[0003]但存在以下情況，不能采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊:1.當(dāng)主控計(jì)算機(jī)沒(méi)有串行接口 ；2.對(duì)檢測(cè)的速度要求較高，串口的傳輸速度跟不上角度的變化的情況下；3.對(duì)于無(wú)計(jì)數(shù)接口的單片機(jī)。本發(fā)明所涉及電路主要是解決這些問(wèn)題的:采用I/O接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，省略RS232串行接口 ；對(duì)于普通的PC機(jī)，可以采用通用I/O板卡直接讀取測(cè)量旋光角度值；對(duì)于帶I/O 口的微型或單片計(jì)算機(jī)(比如Raspberry P1、Arduino等)可以通過(guò)自帶的GP1接口直接讀取對(duì)應(yīng)角度信號(hào)。本發(fā)明所公布的電路主要用于解決以上問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明所公布的基于GP1的角度光電編碼器計(jì)數(shù)電路主要應(yīng)用在線旋光檢測(cè)儀的角度測(cè)量上。本電路記錄光電角度編碼器的輸出脈沖，并將脈沖的數(shù)量和相位進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值通過(guò)GP1接口讀入上位機(jī)中。在上位機(jī)中再轉(zhuǎn)換為角度值輸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明公開了一種用于旋光檢測(cè)器中的偏振角度檢測(cè)的角度編碼脈沖計(jì)數(shù)電路，其目的是對(duì)角度脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)并通過(guò)I/o接口直接讀取對(duì)應(yīng)角度值，不用傳統(tǒng)RS232串行接口和單片機(jī)技術(shù)而實(shí)現(xiàn)角度精確測(cè)量。
[0006]本發(fā)明電路的原理圖為圖1，電路零件清單為圖2，本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。一種基于GP1的角度光電編碼器計(jì)數(shù)電路，本發(fā)明特征在于:(1)用I片型號(hào)為74LS74AN的D觸發(fā)器和2片型號(hào)為74LS00N的與非門組成鑒相器，分別實(shí)現(xiàn)加法、減法和零位信號(hào)的鑒別；(2)由3片74LS193計(jì)數(shù)芯片串聯(lián)組成計(jì)數(shù)電路，計(jì)數(shù)總和為2~12 = 4096級(jí)；(3)由2片74LS193N總線復(fù)用芯片實(shí)現(xiàn)輸出信讀取；(4)電路供電為+5V穩(wěn)定電壓，提供LED電源指示。本基于GP1的角度光電編碼器計(jì)數(shù)電路的PCB印制板設(shè)計(jì)如圖3所示。
[0007]本發(fā)明所輸出的角度數(shù)據(jù)中高8位數(shù)據(jù)中的前4位信號(hào)為0，僅后4位信號(hào)有效，與低8位信號(hào)組合，一共實(shí)現(xiàn)2~12 = 4096級(jí)的計(jì)數(shù)，同時(shí)要求后續(xù)讀取電路采用分時(shí)讀數(shù)方案，并通過(guò)高、低位組合計(jì)算對(duì)應(yīng)角度。
[0008]本發(fā)明其角度計(jì)數(shù)采用I片型號(hào)為74LS74AN的D觸發(fā)器和2片型號(hào)為74LS00N的與非門組成鑒相器，對(duì)加、減法計(jì)數(shù)和置零操作進(jìn)行處理；該輸入方式能與標(biāo)準(zhǔn)的增量式角度編碼器進(jìn)行連接，每旋轉(zhuǎn)一周(360度)，零位信號(hào)會(huì)觸發(fā)一次，根據(jù)編碼器的精度不同計(jì)數(shù)值不同；加法計(jì)數(shù)信號(hào)對(duì)應(yīng)原理圖中的IN-A信號(hào)線；減法計(jì)數(shù)對(duì)應(yīng)于原理圖中的IN-B信號(hào)線；零位信號(hào)對(duì)應(yīng)于原理圖中的IN-Z信號(hào)線。
[0009]本發(fā)明12位/8位轉(zhuǎn)換由2片74LS193N選擇器芯片實(shí)現(xiàn)高、低位數(shù)據(jù)分時(shí)讀取和總線復(fù)用；與標(biāo)準(zhǔn)GP1連接時(shí)，用一個(gè)片選信號(hào)分兩次讀取的角度信號(hào)，然后移位相加得出角度值；片選信號(hào)為原理圖中所標(biāo)的IN-A/B控制線；通過(guò)片選芯片74LS157N與GP1板卡或者控制主機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，對(duì)應(yīng)于原理圖中的OUT-DO至0UT-D7信號(hào)線。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:1.解決上位機(jī)沒(méi)有串行接口時(shí)的光電編碼器數(shù)據(jù)的讀取問(wèn)題。現(xiàn)在很多筆記本電腦、平板電腦和單片機(jī)由于體積和速度原因放棄了串行接口，本發(fā)明電路提供了通過(guò)GP1進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取的方案。對(duì)于微型或單片計(jì)算機(jī)，比如RaspberryP1、Arduino等，可以直接采用設(shè)備本身的GP1 口讀取數(shù)據(jù)；若為個(gè)人PC機(jī)或者筆記本電腦，需要采用一塊GP1板卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取。2.解決了上位機(jī)的GP1數(shù)據(jù)總線有限的問(wèn)題。本發(fā)明采用的高、低位分時(shí)讀取方式，可以用9個(gè)1 口讀取12位的編碼信號(hào)，在1總線數(shù)量比較緊張的情況下，仍然可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取。3.解決了串口數(shù)據(jù)讀取的速度較慢的問(wèn)題，本發(fā)明放棄串口讀取方式，采用GP1的數(shù)據(jù)讀取方式，可以提高數(shù)據(jù)讀取速度，可以應(yīng)用到變化較為頻繁的角度測(cè)量中。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為基于I/O板卡的角度光電編碼器計(jì)數(shù)電路的原理圖；
[0012]圖2為基于I/O板卡的角度光電編碼器計(jì)數(shù)電路零件清單；
[0013]圖3-1，圖3-2為基于I/O板卡的角度光電編碼器計(jì)數(shù)電路的PCB電路板圖；其中3-1為頂層PCB板；3-2為底層PCB板(非鏡像)；
[0014]圖4為基于I/O板卡的角度光電編碼器計(jì)數(shù)電路的實(shí)施連接示意圖；
[0015]圖5為光電編碼器的模擬輸出波形；
[0016]圖6為濃度固定的葡萄糖溶液的偏振角度檢測(cè)曲線；
[0017]圖7為濃度隨時(shí)間變化的特羅格爾堿溶液的偏振角度檢測(cè)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0018]一種基于GP1的角度光電編碼器計(jì)數(shù)電路，本發(fā)明特征在于:(1)用I片型號(hào)為74LS74AN的D觸發(fā)器和2片型號(hào)為74LS00N的與非門組成鑒相器，分別實(shí)現(xiàn)加法、減法和零位信號(hào)的鑒別；(2)由3片74LS193計(jì)數(shù)芯片串聯(lián)組成計(jì)數(shù)電路，計(jì)數(shù)總和為2~12 = 4096級(jí)；(3)由2片74LS193N總線復(fù)用芯片實(shí)現(xiàn)輸出信讀?。?4)電路供電為+5V穩(wěn)定電壓，提供LED電源指示。本基于GP1的角度光電編碼器計(jì)數(shù)電路的PCB印制板設(shè)計(jì)如圖3所示。
[0019]本發(fā)明所輸出的角度數(shù)據(jù)中高8位數(shù)據(jù)中的前4位信號(hào)為0，僅后4位信號(hào)有效，與低8位信號(hào)組合，一共實(shí)現(xiàn)2~12 = 4096級(jí)的計(jì)數(shù)，同時(shí)要求后續(xù)讀取電路采用分時(shí)讀數(shù)方案，并通過(guò)高、低位組合計(jì)算對(duì)應(yīng)角度。
[0020]本發(fā)明其角度計(jì)數(shù)采用I片型號(hào)為74LS74AN的D觸發(fā)器和2片型號(hào)為74LS00N的與非門組成鑒相器，對(duì)加、減法計(jì)數(shù)和置零操作進(jìn)行處理；該輸入方式能與標(biāo)準(zhǔn)的增量式角度編碼器進(jìn)行連接，每旋轉(zhuǎn)一周(360度)，零位信號(hào)會(huì)觸發(fā)一次，根據(jù)編碼器的精度不同計(jì)數(shù)值不同；加法計(jì)數(shù)信號(hào)對(duì)應(yīng)原理圖中的IN-A信號(hào)線；減法計(jì)數(shù)對(duì)應(yīng)于原理圖中的IN-B信號(hào)線；零位信號(hào)對(duì)應(yīng)于原理圖中的IN-Z信號(hào)線。
[0021]本發(fā)明12位/8位轉(zhuǎn)換由2片74LS193N選擇器芯片