基于高速单片机控制的位移测量系统设计

ggfhkl45

摘要：设计了基于高速单片机智能消抖算法的位移测量系统，给出了该系统的流程图和部分关键程序。
该系统解决了一般控制系统中存在抖动误差的问题，实现了无抖动误差的控制，具有很高的测量精度，适用
/ S( P' o- A2 d: f于测井仪和数控机床等要求精度比较高的场合。
7 a2 }( w! s4 k0引言
数控测井地面仪是一个由计算机实时控制的数
5 d: \4 K- @* T) l( C据采集系统。在数控测井地面系统中设置了深度子
  W7 x6 k$ F0 C( n! N! w8 o) E系统，用以产生深度中断信号控制测井数据采集，以
# {: r, Q) O% m. r) S使测井数据曲线的显示、记录和深度一一对应起来。
0 Q3 I& ?' A( \除了提供深度同步控制以外，深度子系统对下井仪
7 l3 y# e* ]2 |( ?8 B/ N- o$ l% V器提供仪器升降运动的方向、速度、下井深度等信
8 H8 H3 t3 h  x3 T- R息。该仪器主要由电缆运动测量头、信号的检测处
理和显示等设备组成。
一般位移子系统采用数字逻辑电路进行仪器升
降运动的方向判别、抖动消除、速度、下井深度的运
1 Q6 d, P( D% V( f3 x  d6 h/ s; \算，结构复杂，适应性差(深度采样间隔变化或测量
轮磨损需要校深时)，尤其对抖动消除的效果不佳。
本仪器采用软件的方法进行仪器运动方向判别、抖
1 P5 o+ k- H7 a动消除、速度、下井深度的运算及深度校正等，取得
了较好的效果。
2 l9 j0 L  [3 I: D. B- @1设计方案的实现
1．1 高速单片机简介
7 V: `3 X( y$ T7 Q2 V! d, z本仪器选用W77E58高速单片机作为位移测
3 B, M% d3 a  i- o  X" |0 m/ l量控制核。高速单片机W77E58是WINBOND公
& P6 R7 Q; n  A, ~  o5 q司生产的与MCS一51／52引脚和指令兼容的高速
  @( K: l& ]+ m* q# _8 m单片机，主要有以下特性：
% a3 G4 u- c  H( L(1)内部集成了高速结构，将12周期／指令缩减为
0 }1 h: g) I/ Z9 e4周期／指令，使CPU的响应速度提升了1．5～3倍；
/ }; }. {  V( D4 l% y; k(2)最高工作时钟频率为40 MHz；
- m8 I. S5 g% t. c; P4 H( c(3)集成了256 B可直接读取的RAM和1 KB
用MoVx读取的内置SRAM；
(4)内部有32 K的FI。ASH程序存储器；
(5)有2个全双工串行通信口，支持UART(通
" r# x3 ^7 A9 e! E& P& ~3 ^; e. B用异步通信接收和发送器)和同步移位寄存器，不仅
如此，该芯片的串口还增加了帧结构错误探测
2 S# d  Z2 @3 ?7 e3 @! B. g(FED)和地址自动识别(AAR)功能；
(6)内部集成了看门狗复位电路。
& S+ I4 x: a7 z5 X0 m* i1．2 位移测量原理
+ \: n5 M$ O. t* Y/ [3 c1 ^3 ~" \当下井仪器在测井电缆的带动下沿井筒上(下)
6 Q2 f' E2 l4 V$ P9 G% Z运动时，电缆带动测量头上的测量轮顺(逆)时针转
, g- e. h( @: t2 j2 a8 g动，安装在测量轮上的光栅编码器也随之转动，光栅
% Y# Q* u. R1 o9 u9 L5 H& Y: @* g; W编码器输出A、B两相正交的方波信号，如图1所
+ h9 s& O: z% X+ i; Z示。当编码器顺时针转动时，A相信号前沿超前
) }  W0 k$ S0 n% L( f) BB相信号1／4周期；编码器逆时针转动时，A相信号
: g2 c# d) G, U4 x: l) ^  i滞后B相信号1／4周期。要正确计测深度位置，必
须根据2路脉冲相位关系进行方向判别。
) i- A% y& }$ v$ P, z+ k# y根据A相和B相信号的正交特性，可判别仪
7 V# m) n- L2 ?0 A& y器的运动方向，根据信号的频率计算出仪器的运动
% a6 S2 z, R  C5 f% r4 }0 a$ T/ {* X速度和仪器下井深度。
# x# S, F0 l3 b1 o6 M" S( y7 r1 h' k2 c9 D需要注意的是光栅编码器的抖动问题，光栅编
1 g' F( _; ^6 Q' k/ q码器的抖动会引起深度测量误差。在一般逻辑电路
的消抖电路中，无法真正地消除误差。
1．3硬件设计
位移测量子系统要完成下井仪器运动方向判
1 Z! t' R6 d' z9 l& S3 `# }; d别、抖动消除、速度、下井位移的运算及位移校正，因
此，该系统由信号整形电路、控制器、显示电路、通信
4 m. \2 l# }4 L$ X接口电路等组成，如图2所示。
- ^9 g3 K9 T% N$ c4 _
( Q1 y: ?* }& W由测量头监测到信号后传递给光栅编码器，输
出信号的幅度为5～12 V，来自编码器的信号首先
( P  i9 V2 T2 R; t( ], J经过整形电路处理，变成与控制器兼容的电平信号，
整形后的信号APP和BPP送控制器进行深度、速
6 S* ?, U" w! D& L8 K' Z度测量及方向鉴别。单片机将测量到的当前深度、
, M1 M3 m% @) R速度及运动方向锁存到显示电路显示。
0 g. r9 S& o/ D$ u2 O) E) @! ?. \采用快速处理器高速单片机W77E58后，深度
处理电路非常简洁，提高了系统的可靠性。
1．4软件部分设计
( ]5 J6 w& g9 I( ^- Q, o程序主要有主程序和中断处理程序。主程序完
/ r7 e5 z0 Y7 g+ U3 m9 l" v$ c成实时性不高的任务，如速度计算、与主机的通信、
4 s8 b& E$ X- ^" r- `深度、速度及状态显示等。中断处理程序完成实时
- }( a7 J0 f- K; a$ ~. s性高的任务，如方向判别、深度脉冲计数、消除抖动
等。TO和INTl中断优先级设为最高优先级，确保
' T( t8 V) T5 s! v2 M不会丢失深度脉冲信号。
6 k  |& w, {/ |1 a) I主程序流程图如图3所示，TO中断处理程序流
程图如图4所示，INTl中断处理程序流程图如图5
0 ^1 D( O, K( ?0 g. u/ J0 ?, Z  r所示。
# A  Q* I0 |3 s- s" t3 p( t为了进行深度、速度的计算，需要浮点运算，采用
C51编程。由于W77E58的高速处理能力以及优化
, ]# h7 T5 R( `% W; F( N& O算法，用C语言编程也能满足深度系统的实时性。
! M5 F2 [4 a- i: Q2 j& p3 _APP信号一路直接送W77E58的TO，同时将
3 _7 G& H' Q8 R* Z6 E( BAPP反相后送W77E58的INTl。这样做的目的是
' N) K% ?$ G, @: h! X5 ]让单片机能够感知APP的上升沿和下降沿。在
1个周期的上升沿对BPP信号检测，进行运动方向
/ I. m) g- [8 X鉴别，而在下降沿则根据BPP信号的状态决定是否
进行深度计数(下井仪器向上运动，减计数；下井仪
器向下运动，加计数)，若为抖动，则不计数，从而消
7 R0 R% \! M2 u( b; P除了抖动对深度测量的影响。当深度到达预定间隔

% M; a8 y1 c. j6 v: h" F, y

附件下载：

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

& W1 O5 `* u4 h/ J$ C& A

' Q/ ^* n1 p: x8 C2 |

chencol

谢谢分享