一種正余弦旋轉變壓器的勵磁與解算一體化裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種正余弦旋轉變壓器的勵磁與解算一體化裝置，ARM處理器輸出方波接隔離電路，隔離電路輸出接濾波電路，濾波電路輸出接壓控恒流源，壓控恒流源輸出經過放大的正/余弦交流信號作為勵磁信號接入旋轉變壓器的原邊驅動旋轉變壓器工作，使得旋轉變壓器的副邊輸出可用于測量軸角的交流電壓信號；旋轉變壓器副邊首端接A/D轉換芯片，A/D轉換芯片的數(shù)據(jù)總線、片選線、控制線與ARM處理器連接，ARM處理器控制A/D轉換芯片對旋轉變壓器副邊信號進行采樣和模數(shù)轉換，并根據(jù)轉換值實施軸角解算，解算結果通過通訊端口發(fā)送到用戶端。本發(fā)明成本低、體積小、集成度高、功耗低、可維修性強且適應性較高。
【專利說明】—種正余弦旋轉變壓器的勵磁與解算一體化裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及旋轉變壓器的勵磁與解算裝置，具體指一種正余弦旋轉變壓器的勵磁與解算一體化裝置，適用于基于旋變的軸角測量系統(tǒng)，屬于旋變應用【技術領域】。
【背景技術】
[0002]正余弦旋轉變壓器(簡稱旋變)作為精密測角工具，長期以來大量運用到現(xiàn)代工業(yè)體系和國防體系之內。當前，使用旋變的場合大都采用“定制勵磁模塊做驅動、專用信號處理模塊做解算”的模式構建軸角測量裝置。這種多模塊構建的方案優(yōu)點在于設計方便、開發(fā)周期短，缺點是整體成本較高、硬件結構復雜，而且工程實踐也反映專用模塊適應性較差。例如專用模塊分為單通道雙極旋變解算和雙通道多極旋變解算兩類，互不兼容；尤其是多極旋變解算模塊對旋變電氣特性有較高要求，使得基于專用模塊設計的測角裝置適應性變差，成本增加。

【發(fā)明內容】

[0003]針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種低成本、體積小、集成度高、功耗低且適應性較高的正余弦旋轉變壓器的勵磁與解算一體化裝置。
[0004]本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
一種正余弦旋轉變壓器的勵磁與解算一體化裝置，包括ARM處理器、隔離電路、濾波電路、壓控恒流源、A/D轉換電路；所述ARM處理器產生預設頻率的TTL電平方波信號進入隔離電路，通過隔離電路后轉換為模擬電平的方波并進入濾波電路，經濾波電路處理后得到峰峰值確定的正/余弦交流信號，正/余弦交流信號進入壓控恒流源進行處理，壓控恒流源輸出經過放大的正/余弦交流信號作為勵磁信號接入旋轉變壓器的原邊驅動旋轉變壓器工作，使得旋轉變壓器的副邊輸出可用于測量軸角的交流電壓信號；旋轉變壓器的副邊尾端接入裝置的電源地、首端接A/D轉換芯片，A/D轉換芯片的數(shù)據(jù)總線、片選線、控制線與ARM處理器IO端口連接，ARM處理器控制A/D轉換芯片對旋轉變壓器副邊信號進行采樣和模數(shù)轉換，并根據(jù)轉換值實施軸角解算，解算結果通過通訊端口發(fā)送到用戶端。
[0005]為保護A/D轉換芯片、使之與旋變副邊線圈隔離、提高抗干擾性能，在旋轉變壓器的副邊首端與A/D轉換芯片之間設有信號調理電路，旋轉變壓器的副邊首端通過信號調理電路與A/D轉換芯片連接；A/D轉換芯片輸入通道與地線之間接入瓷介電容。
[0006]本發(fā)明由ARM處理器產生預設定頻率的TTL電平方波信號，方波信號依次經過隔離電路、濾波電路、壓控恒流源后，最終輸出低雜波、具有較強負載能力、較穩(wěn)定電流的正(余)弦波勵磁信號，該信號進入旋變的原邊驅動旋變工作，使得旋變副邊輸出可用于測量軸角交流電壓信號。旋變的各個副邊輸出通道首端接入A/D轉換芯片，ARM處理器控制A/D轉換芯片進行旋變信號采樣，并根據(jù)采樣信號進行軸角解算，解算結果通過通訊端口發(fā)送到用戶端。
[0007]相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下優(yōu)點: I)適應性強、可塑性強。
[0008]本發(fā)明僅需在PCB板上設置跳線，即可分別實現(xiàn)對雙通道多極正余弦旋變進行驅動和解算以及對單通道雙極正余弦旋變進行驅動和解算；通過單片機軟件在采樣、解算過程中能夠自動濾除雜波信號，具有較強抗干擾性能，對旋變特性要求很低，工程中無需對旋變進行專門篩選；為適應不同的旋變，則通過PCB上設置跳線，可得到不同頻率的勵磁(400Hz、800Hz、1.6kHz、16kHz等)，無需改變電路設計結構，僅需調節(jié)勵磁電路中電阻電容的參數(shù)即可得到合適的勵磁信號。
[0009]2)可剪裁、移植性強、數(shù)字輸出。
[0010]本發(fā)明在工程運用中針對ARM處理器與A/D轉換芯片的搭配設計有兩種具體方案:
方案一:采用一片LM3S9B95處理器和4片AD7656芯片實現(xiàn)最多24個A/D轉換通道，可完成6軸雙通道多極旋變測角或12軸單通道雙極旋變測角；
方案二:采用一片STM32F405/415/407/417處理器和4片AD7606實現(xiàn)最多32個A/D轉換通道，可完成8軸雙通道多極旋變測角或16軸單通道雙極旋變測角；由于STM32F4系列處理器運算處理能力相當突出，后續(xù)的工程運用中可以將A/D轉換通道擴展到64甚至96個，實現(xiàn)完成更多軸的旋變測角功能。
[0011]針對軸數(shù)較少的旋變測角場合，一體化裝置可以根據(jù)實際需要裁減A/D轉換芯片及其外圍元件，更改ARM處理器軟件和通訊協(xié)議、以滿足不同用戶的需求。
[0012]3)低成本、體積小、集成度高、功耗低、可維修性強。
[0013]本發(fā)明除通訊接口以外，所有元件均采用表貼元件，PCB板采用雙面布線，勵磁電路、采樣解算電路、通訊電路集成到一張PCB板上，電子線路設計結構簡潔、電子元件數(shù)量較少、整體功耗低、維修方便；所使用的ARM處理器、隔離芯片、A/D轉換芯片、壓控恒流源芯片、運算放大器芯片都是業(yè)界大量運用、有較多使用經驗、兼容型號較多的通用元件，供貨充足、批量采購價格較低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0016]參見圖1，本發(fā)明正余弦旋轉變壓器的勵磁與解算一體化裝置，包括ARM處理器，所述ARM處理器的一路輸出依次通過隔離電路、濾波電路與壓控恒流源連接，ARM處理器產生預設頻率的TTL電平方波信號進入隔離電路，通過隔離電路后轉換為模擬電平的方波并進入濾波電路，經濾波電路處理后得到峰峰值確定的正/余弦交流信號，正/余弦交流信號進入壓控恒流源進行處理，壓控恒流源輸出經過放大的正/余弦交流信號作為勵磁信號接入旋轉變壓器的原邊驅動旋轉變壓器工作，使得旋轉變壓器的副邊輸出可用于測量軸角的交流電壓信號；旋轉變壓器的副邊尾端接入裝置的電源地、首端接入A/D轉換芯片，A/D轉換芯片的數(shù)據(jù)總線、片選線、控制線與ARM處理器IO端口連接，ARM處理器控制A/D轉換芯片對旋轉變壓器副邊信號進行采樣和模數(shù)轉換，并根據(jù)轉換值實施軸角解算，解算結果通過通訊端口發(fā)送到用戶端。
[0017]為保護A/D轉換芯片、使之與旋變副邊線圈隔離、提高抗干擾性能，在旋轉變壓器的副邊首端與A/D轉換芯片之間設有信號調理電路，旋轉變壓器的副邊首端通過信號調理電路與A/D轉換芯片連接；A/D轉換芯片輸入通道與地線之間接入瓷介電容。
[0018]本發(fā)明工作原理:由ARM處理器產生預設定頻率的TTL電平方波信號，方波信號通過電氣隔離元件后轉換為5V模擬電平的方波并進入濾波電路，經濾波電路處理后得到峰峰值為5V的正(余)弦波信號，正(余)弦波信號進入壓控恒流源，經過放大之后，最終得到弱雜波、較低直流分量、具有較強負載能力、較穩(wěn)定電流輸出的正(余)弦波信號，該信號即可作為旋變的原邊輸入勵磁信號。旋變的各個副邊輸出通道按照“尾端共同接地、首端接入A/D轉換芯片”的方式與裝置連接，旋變信號的采樣、解算過程則由ARM處理器控制A/D轉換芯片共同完成。工程中為保護A/D轉換芯片、使之與旋變副邊線圈隔離、提高抗干擾性能，旋變副邊首端與A/D轉換芯片之間接入信號調理電路，A/D轉換芯片輸入通道與地線之間接入瓷介電容。
[0019]所述ARM處理器為一塊LM3S9B95型單片機，該單片機輸出一路TTL方波、16個I/O 口作為數(shù)據(jù)線、若干個I/O 口作為片選線和控制線與A/D芯片相應引腳連接，單片機按照A/D芯片的特定時序控制其運行，實現(xiàn)A/D轉換工作，并根據(jù)采樣結果進行軸角解算，解算結果由單片機內置通訊設備按設定的通訊協(xié)議發(fā)送到用戶端。實際工程中，需要更多軸數(shù)、更高速的解算，ARM處理器改用STM32F4系列單片機。
[0020]所述A/D轉換芯片為AD7656型芯片，該芯片兼容ADS8556型芯片；具有6個模擬信號轉換通道，旋變副邊輸出信號經過調理電路后進入A/D芯片的轉換通道。實際工程中，需要小體積和更多軸數(shù)的采樣，A/D芯片改用同樣轉換速度、8個轉換通道的AD7606型芯片。
[0021]所述壓控恒流源為0PA544型芯片，該芯片具有一個通道的壓控恒流輸出通道，0PA2544型芯片是該芯片的雙通道擴展型。實際工程中，有需要使用兩個或多個壓控恒流元的場合，改用0PA2544型芯片。
[0022]所述濾波電路和信號調理電路采用電阻、電容、低噪聲低偏移的雙通道運算放大器芯片AD706構成，AD706的兼容型號和擴展型號較多，例如ADI公司的通用運放系列、TI公司的0Ρ/0ΡΑ通用運放系列等。工程中，根據(jù)實際需要選用合適的運算放大器芯片。
[0023]所述通訊接口電路分為RS232/422通訊和CAN通訊。RS232/422通訊部分由轉換芯片MAX3232/MAX3491和隔離芯片ADU1201構建；CAN通訊部分由轉換芯片TJA1050和隔離芯片ADU1201構建。MAX3232有兼容型號MAX232、SP3232等，MAX3491有同功能型號MAX3074、MAX1480等，TJA1050有兼容型號SM1050。工程中，根據(jù)實際需要選用合適的芯片。
[0024]本發(fā)明適用于基于旋變的軸角測量系統(tǒng)，廣泛運用于精密儀器、機器人、數(shù)控機床等加工制造行業(yè)，同時也適用于航空、航天、航海、兵器等國防軍工領域。本發(fā)明的主要優(yōu)點在于:1)模塊化、集成度高；2)用戶端電氣接線的拓補結構簡潔；3)可驅動多個旋變，可根據(jù)實際需要進行裁剪(12個單通道雙極旋變或者6個雙通道多極旋變)；4)成本低、可靠性高、環(huán)境適應性強、數(shù)字化輸出。
[0025]本發(fā)明的上述實施例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。
【權利要求】
1.一種正余弦旋轉變壓器的勵磁與解算一體化裝置，其特征在于:包括ARM處理器、隔離電路、濾波電路、壓控恒流源、A/D轉換電路；所述ARM處理器產生預設頻率的TTL電平方波信號進入隔離電路，通過隔離電路后轉換為模擬電平的方波并進入濾波電路，經濾波電路處理后得到峰峰值確定的正/余弦交流信號，正/余弦交流信號進入壓控恒流源進行處理，壓控恒流源輸出經過放大的正/余弦交流信號作為勵磁信號接入旋轉變壓器的原邊驅動旋轉變壓器工作，使得旋轉變壓器的副邊輸出可用于測量軸角的交流電壓信號；旋轉變壓器的副邊尾端接入裝置的電源地、首端接A/D轉換芯片，A/D轉換芯片的數(shù)據(jù)總線、片選線、控制線與ARM處理器IO端口連接，ARM處理器控制A/D轉換芯片對旋轉變壓器副邊信號進行采樣和模數(shù)轉換，并根據(jù)轉換值實施軸角解算，解算結果通過通訊端口發(fā)送到用戶端。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種正余弦旋轉變壓器的勵磁與解算一體化裝置，其特征在于:在旋轉變壓器的副邊首端與A/D轉換芯片之間設有信號調理電路，旋轉變壓器的副邊首端通過信號調理電路與A/D轉換芯片連接；A/D轉換芯片輸入通道與地線之間接入瓷介電容。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種正余弦旋轉變壓器的勵磁與解算一體化裝置，其特征在于:所述ARM處理器為一塊LM3S9B95型單片機，該單片機輸出一路TTL方波、16個I/O口作為數(shù)據(jù)線、若干個I/o 口作為片選線和控制線與A/D轉換芯片相應引腳連接，單片機按照A/D轉換芯片的特定時序控制其運行，實現(xiàn)A/D轉換芯片轉換工作，并根據(jù)采樣結果進行軸角解算，解算結果由單片機內置通訊設備按設定的通訊協(xié)議發(fā)送到用戶端。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種正余弦旋轉變壓器的勵磁與解算一體化裝置，其特征在于:所述濾波電路和信號調理電路分別由電阻、電容、低噪聲低偏移的雙通道運算放大器芯片AD706構成。
【文檔編號】G01B7/30GK103776366SQ201410078049
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權日:2014年3月5日
【發(fā)明者】周宏君, 邱小鋒, 劉源, 李店, 傅娜, 吳金偉, 虞靜穎 申請人:重慶華渝電氣集團有限公司