專利名稱:微機(jī)遙測(cè)垂線坐標(biāo)儀的制作方法
本發(fā)明屬于遙測(cè)垂線座標(biāo)儀器。
在已有技術(shù)中，遙測(cè)垂線座標(biāo)儀是由包含探測(cè)器，電子控制裝置的一次儀表以及包含線驅(qū)動(dòng)器，微型終端，數(shù)據(jù)采集器的二次儀表所組成。由步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的線性機(jī)構(gòu)帶動(dòng)光電開(kāi)關(guān)探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)，分別從兩對(duì)光電開(kāi)關(guān)得到垂線在兩個(gè)正交軸線(X和Y)上的到位信號(hào)。信號(hào)電平通過(guò)以微處理器為主的電子控制裝置向二次儀表發(fā)送數(shù)據(jù)，二次儀表將數(shù)據(jù)處理后進(jìn)行顯示同時(shí)監(jiān)控整機(jī)工作。
在已有技術(shù)中，微處理器配用串行接口，故每個(gè)探測(cè)器均要配置一個(gè)主要由微處理器組成的電子控制裝置，加上二次儀表的三大部件(線驅(qū)動(dòng)器，微型終端，數(shù)據(jù)采集器)，造成整個(gè)儀器電路復(fù)雜，成本高，體積大，操作難，也增加了不可靠的因素。
本發(fā)明的目的是減少上述電子控制裝置的數(shù)量，也就是減少微處理器及其它電子元件的使用數(shù)量，僅用一個(gè)配用並行輸出接口的單板計(jì)算機(jī)來(lái)控制所有的探測(cè)器，並將步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可逆計(jì)數(shù)器，顯示器與上述單板計(jì)算機(jī)組裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，達(dá)到簡(jiǎn)化整個(gè)儀器系統(tǒng)的電路及其結(jié)構(gòu)，降低成本，提高可靠性。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如圖1所示，啟動(dòng)單板計(jì)算機(jī)〔10〕的控制程序，輸出接口〔11〕輸出一信號(hào)，打開(kāi)選通器〔6〕的控制門，使某一垂線探測(cè)器處于工作狀態(tài)。同時(shí)，Y座標(biāo)脈沖發(fā)生器控制門〔3〕也被打開(kāi)，脈沖發(fā)生器開(kāi)始輸出脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)環(huán)形分配器〔4〕，得到多相的節(jié)拍脈沖，送入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路〔5〕進(jìn)行放大，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路〔5〕與選通器〔6〕同時(shí)有輸出時(shí)，步進(jìn)電機(jī)線性機(jī)構(gòu)〔2〕工作，帶動(dòng)裝有光電開(kāi)關(guān)的探測(cè)頭進(jìn)行探測(cè)。同時(shí)，可逆計(jì)數(shù)器〔7〕開(kāi)始計(jì)算送往步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)，並以十進(jìn)制的形式在數(shù)字顯示〔8〕上讀出。脈沖發(fā)生器及控制門〔3〕還同時(shí)通過(guò)輸入接口〔9〕向單板計(jì)算機(jī)〔10〕輸出脈沖，單板計(jì)算機(jī)開(kāi)始監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)工作。
當(dāng)Y座標(biāo)軸上的光電開(kāi)關(guān)〔1〕探測(cè)到垂線時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)到位電信號(hào)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)線性機(jī)構(gòu)〔2〕，關(guān)閉脈沖發(fā)生器及控制門〔3〕，使步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，探測(cè)頭停止工作。可逆計(jì)數(shù)器〔7〕停止計(jì)數(shù)。同時(shí)，該到位信號(hào)通過(guò)輸入接口〔9〕進(jìn)入單板計(jì)算機(jī)〔10〕，啟動(dòng)打印機(jī)〔12〕的程序，將垂線的Y座標(biāo)值打印下來(lái)。手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)〔13〕的作用是當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，可以用手動(dòng)控制測(cè)量的過(guò)程進(jìn)行。
垂線的X座標(biāo)值測(cè)量過(guò)程的控制原理與Y座標(biāo)相同。
圖1中虛線框內(nèi)的光電開(kāi)關(guān)〔1〕，步進(jìn)電機(jī)線性機(jī)構(gòu)〔2〕，選通器〔6〕組裝在一個(gè)殼體內(nèi)成為一次儀表，單板計(jì)算機(jī)〔10〕，打印機(jī)〔12〕，輸入輸出接口〔9〕〔11〕，脈沖發(fā)生器及控制門〔3〕，環(huán)形分配器〔4〕，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路〔5〕，可逆計(jì)數(shù)器〔7〕，數(shù)字顯示〔8〕，手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)〔13〕組裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)成為二次儀表，一次儀表與二次儀表之間即從輸出接口〔11〕到選通器〔6〕之間用通信電纜連接。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于減少了電子控制裝置的數(shù)量，所有的探測(cè)器只用一個(gè)單板計(jì)算機(jī)控制，並簡(jiǎn)化了二次儀表的電路結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了可靠性，同時(shí)還具有體積小，操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。
圖1為整機(jī)電路方框圖。
圖2為光電開(kāi)關(guān)〔1〕的電路圖。
圖3為步進(jìn)電機(jī)線性機(jī)構(gòu)〔2〕的簡(jiǎn)圖。
圖4為脈沖發(fā)生器及控制門〔3〕的電路圖。
圖5為環(huán)形分配器〔4〕，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路〔5〕的電路圖。
圖6為可逆計(jì)數(shù)器〔7〕，數(shù)字顯示〔8〕的電路圖。
圖7為輸入接口〔9〕的電路圖。
圖8為輸出接口〔11〕，手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)〔13〕的電路圖。
圖9為選通器〔6〕的電路圖。
圖10為單板計(jì)算機(jī)〔10〕的方框圖。
附圖2－9描述了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
參看圖2，它是光電開(kāi)關(guān)〔1〕的電路圖。當(dāng)被測(cè)垂線遮住紅外發(fā)光二極管時(shí)，T1輸出一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)單電源運(yùn)算放大器8FC7放大后，通過(guò)限流電阻R5，使T2導(dǎo)通，繼電器Jg的合，Jg的觸點(diǎn)電壓通過(guò)線性機(jī)構(gòu)上的限位開(kāi)關(guān)送到脈沖發(fā)生器控制門和輸入接口。計(jì)算機(jī)檢測(cè)到這個(gè)信號(hào)后，一是啟動(dòng)打印程序自動(dòng)記錄，二是使光電開(kāi)關(guān)探測(cè)頭退出到位狀態(tài)，退回另位后等待進(jìn)行下一次探測(cè)。
圖3為步進(jìn)電機(jī)線性機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。Y向步進(jìn)電機(jī)(3)按接收到的脈沖數(shù)產(chǎn)生角位移，絲桿螺母線性機(jī)構(gòu)(8)將角位移轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€位移，驅(qū)動(dòng)光電探測(cè)頭(2)移動(dòng)，探測(cè)到垂線(1)后，產(chǎn)生到位信號(hào)，控制Y步進(jìn)電機(jī)停止。Y另位開(kāi)關(guān)(4)及終點(diǎn)開(kāi)關(guān)(7)作為行程控制用。
(5)為X向步進(jìn)電機(jī)，(6)為X零位開(kāi)關(guān)，(9)為X終點(diǎn)開(kāi)關(guān)。
圖4是脈沖發(fā)生器及控制門電路，由門4、門5、R18、C6、電位器W組成脈沖發(fā)生器。兩個(gè)控制端一個(gè)由繼電器J1控制，另一個(gè)由J3控制。兩個(gè)與非門以及R20－R23組成開(kāi)關(guān)消振器。脈沖發(fā)生器輸出的方波經(jīng)由門6、門7、門8、及R16、R17組成的整形電路整形后，從門9進(jìn)入三相六拍環(huán)形分配器CH250。參看圖5，經(jīng)分配后的脈沖信號(hào)分成A、B、C三相輸出，由T4、T5、R29組成的達(dá)林頓放大器將環(huán)形分配器送來(lái)的信號(hào)放大，供給步進(jìn)電機(jī)的對(duì)應(yīng)繞組。發(fā)光二極管和電阻組成相位顯示電路。
步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，可逆計(jì)數(shù)器的加減，由繼電器J2控制。觸發(fā)脈沖經(jīng)R23、C8濾波、經(jīng)門11一門13整形器整形后，送入可逆計(jì)數(shù)器C181的CP＋或CP－和分配器的C2、C2端。
圖6為可逆計(jì)數(shù)器和數(shù)字顯示電路圖。由C181和CH4511、7個(gè)電阻、一個(gè)LDD580R顯示器組成一位十進(jìn)數(shù)字顯示計(jì)數(shù)器。同樣的數(shù)字顯示計(jì)數(shù)器有四位，可顯示99.99mm。
輸入接口電路以GD10光電耦合器為主構(gòu)成。參看圖7，從脈沖發(fā)生器及控制門〔3〕送出的脈沖經(jīng)R32、R35、發(fā)光二極管5GL、GD10進(jìn)行光電隔離，所得脈沖信號(hào)經(jīng)門17整形，輸送給單板計(jì)算機(jī)的PIO輸入口，控制Y座標(biāo)的探測(cè)過(guò)程。相同的另兩個(gè)光電隔離電路，一路控制X座標(biāo)的探測(cè)過(guò)程，一路控制中斷信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)的中斷程序。
輸出接口由可編程並行接口PIOⅠ、PIOⅡ、達(dá)林頓放大器集成塊5G1413，發(fā)光二極管以及電阻R41－R48、R56－R62組成。參看圖8，來(lái)自單板計(jì)算機(jī)〔10〕並行接口PIOⅠ的信號(hào)經(jīng)切換開(kāi)關(guān)，進(jìn)入5G1413放大后，直接驅(qū)動(dòng)繼電器工作。共有6個(gè)繼電器，J1、J2、J3為Y座標(biāo)探測(cè)控制繼電器，J4、J5、J6為X座標(biāo)探測(cè)控制繼電器。
來(lái)自PIOⅡ的地址碼信號(hào)，經(jīng)5G1413放大后，送到選通器〔6〕的門1，參看圖9，與門1、R8－R12、C1－C5以及2個(gè)非門組成選通器。當(dāng)輸入編碼信號(hào)符合時(shí)，門1輸出信號(hào)，T3導(dǎo)通，繼電器Js吸合，接通步進(jìn)電機(jī)的繞組開(kāi)關(guān)，探測(cè)器工作。
圖10為單板計(jì)算機(jī)方框圖。計(jì)算機(jī)使用的中央處理單元CPu的型號(hào)為Z80，CPu輸出的地址信號(hào)經(jīng)過(guò)緩沖器〔14〕后輸出，該地址母線緩沖器的型號(hào)為74LS244，CPu的數(shù)據(jù)信號(hào)由型號(hào)為74LS245構(gòu)成的雙向緩沖器〔20〕驅(qū)動(dòng)，CPu輸出的控制信號(hào)經(jīng)過(guò)緩沖器〔21〕后輸出。該緩沖器的型號(hào)為74LS244?！?5〕是存儲(chǔ)器和各個(gè)輸入，輸出的接口?！?6〕是8K可編程序只讀存貯器，它們的型號(hào)為2716，用來(lái)存儲(chǔ)各種常數(shù)，計(jì)算和控制程序?！?7〕是8K的讀寫存儲(chǔ)器，它們的型號(hào)為6116。這些存儲(chǔ)器均通過(guò)地址母線和數(shù)據(jù)母線與計(jì)算機(jī)相連?！?8〕〔19〕為可編程並行接口，型號(hào)為Z80－PIO，作為計(jì)算機(jī)與選通器〔6〕及輸出接口〔11〕連接的緩沖存儲(chǔ)器?！?2〕為晶振電路，它的輸出作為時(shí)鐘信號(hào)輸出給CPu。
權(quán)利要求
1.一種微機(jī)遙測(cè)垂線座標(biāo)儀，它是由光電開(kāi)關(guān)[1]，步進(jìn)電機(jī)線性機(jī)構(gòu)[2]，選通器[6]，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路[5]，環(huán)形分配器[4]，脈沖發(fā)生器及控制門[3]，數(shù)字顯示[8]，可逆計(jì)數(shù)器[7]，輸入接口[9]，輸出接口[11]，單板計(jì)算機(jī)[10]，打印機(jī)[12]，手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)[13]組成，本發(fā)明的特征在于a)步進(jìn)電機(jī)線性機(jī)構(gòu)[2]分別與光電開(kāi)關(guān)[1]以及選通器[6]相連接。b)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路[5]分別與上述的步進(jìn)電機(jī)線性機(jī)構(gòu)[2]以及環(huán)形分配器[4]相連接。c)脈沖發(fā)生器及控制門[3]分別與上述的步進(jìn)電機(jī)線性機(jī)構(gòu)[2]，環(huán)形分配器[4]以及輸入接口[9]相連接。d)可逆計(jì)數(shù)器[7]分別與上述脈沖發(fā)生器及控制門[3]以及數(shù)字顯示[8]相連接。e)輸出接口[11]分別與上述的脈沖發(fā)生器及控制門[3]，選通器[6]以及手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)[13]相連接。f)單板計(jì)算機(jī)[10]分別與上述的輸入接口[9]，輸出接口[11]以及打印機(jī)[12]相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的輸出接口〔11〕和選通器〔6〕的電路其特征是由可編程並行接口，功率放大器，由1至8個(gè)非門，一個(gè)與門和功率放大電路、繼電器組成的選通器以及通信電纜成電氣連接構(gòu)成。
專利摘要
微機(jī)遙測(cè)垂線坐標(biāo)儀，屬于垂線坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器。它主要由光電開(kāi)關(guān)，步進(jìn)電機(jī)線性機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電路，環(huán)形分配器，脈沖發(fā)生器及控制門，數(shù)字顯示，輸入輸出接口電路，單板計(jì)算機(jī)，打印機(jī)組成。主要用于測(cè)定水壩、高層建筑物的撓度變形，連續(xù)地記錄一條鉛垂線在兩個(gè)正交軸線(X和Y)上的位置，測(cè)量精度為±0.05mm，巡測(cè)點(diǎn)數(shù)可達(dá)數(shù)百個(gè)。
文檔編號(hào)G01B21/00GK86201403SQ86201403
公開(kāi)日1987年6月3日 申請(qǐng)日期1986年5月13日
發(fā)明者羅訓(xùn)森 申請(qǐng)人:福建省水電儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan