基于AT89S51 單片機(jī)的角度檢測裝置設(shè)計(jì)

薛飛，季勇，嚴(yán)少奇，吉品恩

（西安應(yīng)用光學(xué)研究所，陜西西安，710065）

0 引言

在炮長鏡批量生產(chǎn)和用戶售后維修中所使用的檢測工裝需要220V 交流市電供電，該檢測工裝體積大、占用空間、笨重，難攜帶，炮長鏡整機(jī)上電后不能實(shí)時(shí)顯示負(fù)載電路的電壓和電流，無法監(jiān)測炮長鏡整機(jī)的工作狀態(tài)。在對用戶的售后維修中，用戶大多在野外使用，無法提供穩(wěn)定市電給檢測工裝供電，導(dǎo)致炮長鏡售后維修困難。為解決上述技術(shù)問題，設(shè)計(jì)了一種炮長鏡角度檢測裝置，分別對炮長鏡功能、工作狀態(tài)、方位角度和俯仰角度檢測。

本裝置體積小、重量輕、易攜帶好操作，電壓電流監(jiān)測模塊可以實(shí)時(shí)監(jiān)測負(fù)載電路的工作狀態(tài)；主電路中串接了保險(xiǎn)，當(dāng)負(fù)載電路中有大電流或者短路，保險(xiǎn)絲熔斷，能有效保護(hù)其他模塊；采用28V 鋰電池模塊給檢測裝置和炮長鏡主機(jī)供電，徹底解決了外場售后維修無法供220V 交流市電的困難。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

炮長鏡檢測裝置包括裝置殼體、充電口、鋰電池模塊、保險(xiǎn)管座、電源開關(guān)、電壓電流監(jiān)測模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊、MCU 模塊、角度顯示模塊、按鍵模塊、功能顯示模塊和檢測電纜。本裝置提供的炮長鏡角度檢測裝置通過串口通信和炮長鏡進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將炮長鏡方位角度和俯仰角度信息顯示在檢測裝置角度顯示模塊上。裝置的電壓電流監(jiān)測模塊可以實(shí)時(shí)顯示負(fù)載電路的電壓和電流，監(jiān)測負(fù)載電路的工作狀態(tài)。電源電路中設(shè)置了保險(xiǎn)，避免短路燒壞電源，使用28V 鋰電池模塊為檢測裝置和炮長鏡供電，系統(tǒng)原理圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 電源電路

采用29.4V 適配器給鋰電池充電，鋰電池模塊由7 顆容量3600mA/h 的18650 鋰電池串聯(lián)而成，鋰電池電源范圍（25.9～29.4V），鋰電池輸出電路中串聯(lián)了3A 保險(xiǎn)，防止后級電路短路損壞鋰電池，經(jīng)過開關(guān)后分兩路。一路28V 給炮長鏡控制板供電，另一路28 經(jīng)過LM2596，將28V 轉(zhuǎn)換成5V 為檢測裝置各工作單元供電。LM2596 是降壓型電源管理單片集成電路的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。單列5 腳封裝，最高輸入電壓為40V，輸出電壓在1.2～37V。開關(guān)電源有固定電壓輸出和可調(diào)輸出兩種封裝形式，輸出電流最大3A，工作頻率高達(dá)150kHz。①腳是直流電壓輸入端，其最高值可達(dá)40V，最低值為4.5V；②腳是直流電壓輸出端，最高輸出為37V，最低值為1.2V；③腳（GND）是輸入輸出公共端，④腳是穩(wěn)壓取樣電壓輸入端，一般與輸出電壓相連，從而使輸出電壓穩(wěn)定在額定值上；⑤腳是使能控制端，當(dāng)電壓高于1.23V 時(shí)，內(nèi)部開關(guān)管被關(guān)斷，輸出電壓為OV，當(dāng)?shù)陀?.23V 時(shí)，輸出為額定電壓，在實(shí)際使用中接地。電源電路原理圖如圖2 所示。

圖2 電源電路原理圖

2.2 串口通信電路

檢測裝置與炮長鏡的串口通信，分別由與單片機(jī)連接的串口芯片MAX490 完成。MAX490 是用于RS-422 異步串口通信的低功耗收發(fā)器，工作在5V 單電源下，每個器件中都具有一個驅(qū)動器和一個接收器，可以實(shí)現(xiàn)最高2.5Mbps 的傳輸速率，在驅(qū)動器禁用的空載或滿載狀態(tài)下，吸取的電源電流在120μA～500μA 之間，串口芯片的R 和T 分別與單片機(jī)的T 和R 連接。兩個串口芯片的接收和發(fā)送相互對應(yīng)，即監(jiān)測裝置的T+與炮長鏡控制板的R+相連接，監(jiān)測裝置的T-與炮長鏡控制板的R-相連接，串口通信的電路原理如圖3 所示。

圖3 串口通信原理圖

2.3 LED 顯示電路和功能按鍵電路

LED 顯示電路有8 個LED，分別對應(yīng)方位、俯仰、度、密位、整機(jī)、獲取、旋測和變速。通過面板上的按鈕開關(guān)可以選擇檢測儀的功能，對應(yīng)功能的LED 發(fā)光作為顯示。在28V 輸入端串接了電壓電流監(jiān)測表模塊，電壓電流檢測模塊的型號為0.28 寸四位雙顯示直流電壓電流表 0-33.33V/0-3.0000A 數(shù)顯表頭。在檢測炮長鏡功能的同時(shí)，也可以檢測炮長鏡和檢測裝置的工作電流。功能選擇按鍵由5 個按鈕開關(guān)組成，按動相應(yīng)開關(guān)可以選擇相對應(yīng)的功能。實(shí)物如圖4 所示。

圖4 炮長鏡檢測裝置實(shí)物圖

2.4 角度顯示模塊

角度顯示模塊分別由度/密位，分和秒組成，度/密位顯示電路由0.56 寸四位共陰極數(shù)碼管，分位顯示電路和秒位電路的型號為0.56 寸兩位共陽極數(shù)碼管組成。用來顯示炮長鏡轉(zhuǎn)過的角度，其中密位顯示是角度的另外一種表達(dá)方式。為了方便處理和精確顯示，通常0-6000 的密位值代替0-360°，也就是說1 度等于16.67 密位（6000/360）。通過面板的按鍵可以選擇度或者密位顯示方式。

四位共陽極數(shù)碼管，兩個74H373 分別控制位選和段選，8×5k 排阻一端接5V，另一端接在位選端口構(gòu)成上拉電阻，在位選空位時(shí)提供高電平，電路原理圖如圖5 所示。

圖5 炮長鏡檢測裝置電路原理圖

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件控制及流程圖

炮長鏡檢測裝置檢測電纜連接至炮長鏡，打開電源開關(guān)，炮長鏡開始自檢，炮長鏡自檢正常，所述檢測裝置的功能顯示模塊整機(jī)LED 燈常亮；炮長鏡方位機(jī)構(gòu)和俯仰機(jī)構(gòu)分別轉(zhuǎn)動至機(jī)械零位，按動炮長鏡控制盒歸零開關(guān)，使炮長鏡方位機(jī)構(gòu)和俯仰機(jī)構(gòu)角度置零；炮長鏡方位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動任意角度，按動炮長鏡發(fā)送開關(guān)，將炮長鏡方位角度信息發(fā)送給炮長鏡角度檢測裝置；炮長鏡俯仰機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動任意角度，按動炮長鏡發(fā)送開關(guān)，將炮長鏡俯仰角度信息發(fā)送給炮長鏡角度檢測裝置。檢測裝置默認(rèn)顯示炮長鏡方位機(jī)構(gòu)的角度值，通過按鍵開關(guān)選擇俯仰機(jī)構(gòu)的顯示角度。通過按動密位按鍵選擇顯示密位形式顯示或者角度形式顯示，如果是密位顯示，只用數(shù)碼管前四位顯示。

圖6 軟件流程圖

3.2 軟件代碼實(shí)現(xiàn)

采用C 語言程序?qū)崿F(xiàn)串口數(shù)據(jù)通信和數(shù)碼管顯示控制，采用了U2-1（74H373）作為位選控制，U2-2 作為段選控制。具體代碼如下所示。

4 結(jié)束語

檢測裝置的單片機(jī)通過串口芯片與炮長鏡通信，接收炮長鏡的角度信息，通過數(shù)碼管將炮長鏡的角度信息顯示在檢測裝置上。通過功能按鍵選擇需要的功能。裝置體積小、重量輕、易攜帶好操作，電壓電流監(jiān)測模塊可以實(shí)時(shí)監(jiān)測負(fù)載電路的工作狀態(tài)；主電路中串接了保險(xiǎn)，當(dāng)負(fù)載電路中有大電流或者短路，保險(xiǎn)絲熔斷，能有效保護(hù)其他模塊；采用28V 鋰電池模塊給檢測裝置和炮長鏡主機(jī)供電，徹底解決了外場售后維修無法供220V 交流市電的困難。