專利名稱：一種多部空間相機(jī)調(diào)焦編碼器控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電檢測技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種多部空間相機(jī)調(diào)焦編碼器控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光電軸角編碼器是一種角度測量傳感器。由于其具有體積小、重量輕、精度高等特點(diǎn)，被應(yīng)用于航天相機(jī)調(diào)焦機(jī)構(gòu)中。通過精密機(jī)械聯(lián)接，將角位置量轉(zhuǎn)換成線位置量，用來測量相機(jī)的焦面位置。航天相機(jī)有多相機(jī)系統(tǒng)，如立體測繪相機(jī)，由4個相機(jī)組成。每個相機(jī)都有自己獨(dú)立的調(diào)焦機(jī)構(gòu)，因而，每臺相機(jī)都要采用一個光電軸角編碼器來完成焦平面位置的測量。光電軸角編碼器主要由編碼器機(jī)械頭(內(nèi)含發(fā)光與接收電路)、信號處理、控制等幾個部分組成。航天產(chǎn)品要求體積小、重量輕，對可靠性要求極為苛刻。元器件的選擇范圍較窄， 可選元器件的尺寸、種類要比民品級、工業(yè)級的少得多。因此，在滿足航天產(chǎn)品功能、性能的前提下，設(shè)計、研究減小系統(tǒng)電路的體積，確保、提高系統(tǒng)可靠性就顯得特別重要。與本發(fā)明最為接近的已有技術(shù)，是中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所開發(fā)的一種多部相機(jī)調(diào)焦編碼器控制系統(tǒng)，如附圖1所示。包括第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭1、第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭2、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭3、第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭4、第一相機(jī)調(diào)焦編碼器信號處理電路5、第二相機(jī)調(diào)焦編碼器信號處理電路6、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器信號處理電路7、第四相機(jī)調(diào)焦編碼器信號處理電路8、微控制器9、供電電源10。第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭至第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭的結(jié)構(gòu)完全相同，都包括串聯(lián)光源、光柵付和接收元件。第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭1與第一相機(jī)調(diào)焦編碼器信號處理電路5相連，第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭2與第二相機(jī)調(diào)焦編碼器信號處理電路6相連，第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭3與第三相機(jī)調(diào)焦編碼器信號處理電路7相連，第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭4與第四相機(jī)調(diào)焦編碼器信號處理電路8相連，各調(diào)焦編碼器頭與其信號處理電路相連的作用是將編碼器產(chǎn)生的光電流信號輸出至信號處理電路進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大、整形等處理。第一相機(jī)調(diào)焦編碼器信號處理電路 5、第二相機(jī)調(diào)焦編碼器信號處理電路6、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器信號處理電路7、第四相機(jī)調(diào)焦編碼器信號處理電路8各路輸出都與微控制器9相連，作用是由微控制器9采集各路光電轉(zhuǎn)換、放大、整形等處理后的編碼器信號并計算出與之相應(yīng)的角位置值后，通過串行通訊口 SIO發(fā)送給下位機(jī)。供電電源10與所有各路的相機(jī)調(diào)焦編碼器頭及調(diào)焦編碼器信號處理電路相連，作用是為這些電路供電。根據(jù)編碼器輸出的不同的光電流選配精碼、粗碼光電轉(zhuǎn)換電阻，將光電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，且信號幅值滿足使用要求。當(dāng)相機(jī)下位機(jī)需要第一相機(jī)焦面位置時，先控制相機(jī)供電電源10給第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭1和第一相機(jī)調(diào)焦編碼器信號處理電路5及微控制器9加電，然后通過串行通訊口 SIO向微控制器9發(fā)送“第一相機(jī)焦面位置讀取命令”， 微控制器9接收到命令后，進(jìn)行第一相機(jī)調(diào)焦編碼器的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理，最后將第一相機(jī)焦面位置信息回傳給下位機(jī)。同理，第二相機(jī)、第三相機(jī)、第四相機(jī)數(shù)據(jù)讀取操作與第一相機(jī)相同。現(xiàn)有技術(shù)不足圖1中編碼器光源采用直流供電，發(fā)光二極管(LED)為串聯(lián)形式， 如圖2所示。由于LED安裝時發(fā)光角度無法準(zhǔn)確控制，以及編碼器旋轉(zhuǎn)時偏心、偏擺、軸系串動等因素影響，光經(jīng)過光柵付后，使得接收管接收到的光電信號是不一致的，而LED的串聯(lián)連接，使得無法單獨(dú)調(diào)整單一 LED發(fā)光強(qiáng)度，調(diào)整一個LED，其它的LED參數(shù)跟著連動，導(dǎo)致編碼器沒有互換性，因此，每個編碼器必須有一個與之對應(yīng)的信號處理電路。四臺編碼器就得有四套對應(yīng)的處理電路，可見電路尺寸相對增大。另外，需二路供電電源，一路為給發(fā)光管LED供電的+12V電源，另一路為給數(shù)字電路供電的+5V電源。從而進(jìn)一步增加編碼器控制系統(tǒng)的體積和重量，使系統(tǒng)的可靠性下降。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)編碼器的互換性，減小控制電路的尺寸，提高電路的可靠性。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多部空間相機(jī)調(diào)焦編碼器控制系統(tǒng)。解決技術(shù)問題的技術(shù)方案如圖3所示。包括第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭11、第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭12、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭13、第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭14、信號處理電路15、 微控制器16、供電電源17 ；其中信號處理電路15中包括精碼光電轉(zhuǎn)換電阻18、精碼放大電路19、精碼A/D轉(zhuǎn)換電路20、粗碼光電轉(zhuǎn)換電阻21、粗碼放大電路22、整形鎖存電路23、第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器對、第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器25、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器26、第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器27。第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭11、第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭12、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭13 和第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭14輸出的精碼信號都與精碼光電轉(zhuǎn)換電阻18相連，作用是將編碼器頭輸出的精碼光電流信號經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號；精碼光相連，作用是將精碼信號進(jìn)行放大到一定的幅值；精碼放大電路19的輸出與A/D轉(zhuǎn)換電路20相連，將精碼信號進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換；A/D轉(zhuǎn)換電路20的輸出與微控制器16相連，微控制器16控制啟動A/D轉(zhuǎn)換并將 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果讀入；同理，第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭11、第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭12、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭13和第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭14輸出的粗碼信號都與粗碼光電轉(zhuǎn)換電阻21 相連，作用是將編碼器頭的粗碼光電流信號經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號，粗碼光電轉(zhuǎn)換電阻21 的輸出與粗碼放大電路22相連，作用是將編碼器頭輸出的粗碼信號放大到一定的幅值；粗碼放大電路22的輸出與粗碼整形鎖存電路23相連，將粗碼信號整形并存至鎖存器中；粗碼整形鎖存電路23的輸出與微控制器16相連，由微控制器將鎖存器中的粗碼值讀入；第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器對、第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器25、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器26和第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器27的輸入端都與微控制器16相連，由微控制器16通過4個通用IO 口分別、分時控制各電壓調(diào)整器；第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器M的輸出與第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭11相連、第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器25與第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭12相連、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器沈與第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭13相連、第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器27的輸出與第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭14相連，點(diǎn)亮各編碼器頭內(nèi)的發(fā)光光源；電源17分別與信號處理電路15、微控制器 16相連，為各部分電路供電。
工作原理說明編碼器光源采用發(fā)光二極管(LED)并聯(lián)形式(如圖4)，可以通過
改變限流電阻(Rl、R2......Rn)的阻值來改變LED的發(fā)光強(qiáng)度，從而達(dá)到使光柵付另一側(cè)
接收管輸出的光電流信號大小一致的目的。圖4如果采用傳統(tǒng)的直流供電方式，發(fā)光電路中的電流會成倍增大。當(dāng)某一路接收光電流較弱時，就要減小與之對應(yīng)發(fā)光管的限流電阻以增加發(fā)光強(qiáng)度，這使該電阻功耗加大，電阻發(fā)熱，難以滿足航天中的元器件功耗降額設(shè)計要求。采用脈沖供電方式，會大大降低發(fā)光電路的整體功耗。功耗的大小與脈沖的占空比有關(guān)，功耗P與占空比N的關(guān)系P = P直流 N如占空比N選1 10，則脈沖供電功耗為直流供電方式的1/10。由于接收管輸出的光電流信號大小一致，使得編碼器頭有了互換性，即不同的編碼器頭可以使用完全相同的信號處理電路。又由于接收管在無光照時產(chǎn)生的電流很小(nA 級)，相當(dāng)開路，此外四臺編碼器頭分時工作，因而可以將四臺編碼器頭并聯(lián)共用一套信號處理電路，從而減小了控制電路的尺寸。當(dāng)相機(jī)下位機(jī)需要第一相機(jī)焦面位置時，首先控制供電電源17給信號處理電路 15、微控制器16加電，然后通過串行通訊口 SIO微控制器16發(fā)送“第一相機(jī)焦面位置讀取命令”，微控制器16接收到命令后，首先通過微控制器16片上通用輸入/輸出口引腳控制給第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭11加電，此時其它編碼器頭因?yàn)闆]上電，只有很小的暗電流，近似開路狀態(tài)，對工作的編碼器輸出的光電流(mA級)不會產(chǎn)生影響。微控制器16通過A/D 轉(zhuǎn)換電路20讀取精碼信息、通過整形鎖存電路23讀取粗碼信息，數(shù)據(jù)采集后給第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭11下電，接下來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后將焦面位置信息回傳給下位機(jī)。同理，第二相機(jī)、第三相機(jī)、第四相機(jī)數(shù)據(jù)讀取操作與第一相機(jī)相同。本發(fā)明的積極效果①適用于各種民用、工用、軍用、航天多編碼器的分時控制；②實(shí)現(xiàn)了編碼器的互換；③縮小系統(tǒng)電路的體積；④節(jié)能。


圖1是已有技術(shù)的多空間相機(jī)調(diào)焦編碼器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是已有技術(shù)的光源采用發(fā)光二極管串聯(lián)形式的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明的多部空間相機(jī)調(diào)焦編碼器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是本發(fā)明的光源采用發(fā)光二極管并聯(lián)形式的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明按圖3所示的結(jié)構(gòu)實(shí)施，其中第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭11、第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭12、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭 13、第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭14為中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研發(fā)的航天
女口
廣 PFt ；信號處理電路15中的精碼光電轉(zhuǎn)換電阻18和粗碼光電轉(zhuǎn)換電阻21釆用國產(chǎn)航天級貼片電阻，0805封裝形式；精碼放大電路19和粗碼放大電路22中的放大器采用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 LMl24 ；A/D 轉(zhuǎn)換器 20 采用 Texas Instruments 生產(chǎn)的 TLV2548 ；整形鎖存23電路采用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的LM139和TI公司的MHC573 ；電壓調(diào)整器M、25、沈、27采用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的UC941。微控制器16采用Atmel公司生產(chǎn)的80C32E單片機(jī)。上述器件均為航天可選器件。電源17為輸出+5V的宇航級專用電源。
權(quán)利要求
1. 一種多部空間相機(jī)調(diào)焦編碼器控制系統(tǒng)，包括第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭(11)、第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭(12)、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭(13)、第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭(14)、微控制器(16)、供電電源(17)；其特征在于還包括信號處理電路(1 ；信號處理電路(1 中包括精碼光電轉(zhuǎn)換電阻(18)、精碼放大電路(19)、精碼A/D轉(zhuǎn)換電路(20)、粗碼光電轉(zhuǎn)換電阻、粗碼放大電路0 、整形鎖存電路、第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器04)、 第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器(25)、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器(沈)、第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器(XT)；第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭(11)、第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭 (12)、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭(1 和第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭(14)輸出的精碼信號都與精碼光電轉(zhuǎn)換電阻(18)相連，作用是將編碼器頭輸出的精碼光電流信號經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號；精碼光電轉(zhuǎn)換電阻(18)的輸出與精碼放大電路(19)相連，作用是將精碼信號進(jìn)行放大到一定的幅值；精碼放大電路(19)的輸出與A/D轉(zhuǎn)換電路OO)相連，將精碼信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；A/D轉(zhuǎn)換電路OO)的輸出與微控制器(16)相連，微控制器(16)控制啟動A/D 轉(zhuǎn)換并將A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果讀入；同理，第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭(11)、第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭 (12)、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭(1 和第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭(14)輸出的粗碼信號都與粗碼光電轉(zhuǎn)換電阻相連，作用是將編碼器頭的粗碼光電流信號經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號， 粗碼光電轉(zhuǎn)換電阻的輸出與粗碼放大電路0 相連，作用是將編碼器頭輸出的粗碼信號放大到一定的幅值；粗碼放大電路0 的輸出與粗碼整形鎖存電路相連，將粗碼信號整形并存至鎖存器中；粗碼整形鎖存電路03)的輸出與微控制器(16)相連，由微控制器將鎖存器中的粗碼值讀入；第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器(M)、第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器(25)、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器06)和第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器、2 )的輸入端都與微控制器(16)相連，由微控制器(16)通過4個通用IO 口分別、分時控制各電壓調(diào)整器；第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器04)的輸出與第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭(11)相連、第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器0 與第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭(1 相連、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器06)與第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭(13)相連、第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭電壓調(diào)整器(XT)的輸出與第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭(14)相連，點(diǎn)亮各編碼器頭內(nèi)的發(fā)光光源；電源(17)分別與信號處理電路(15)、微控制器(16)相連，為各部分電路供電。
全文摘要
一種多部空間相機(jī)調(diào)焦編碼器控制系統(tǒng)，屬于光電檢測技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種控制系統(tǒng)。要解決的技術(shù)問題是提供一種多部空間相機(jī)調(diào)焦編碼器控制系統(tǒng)。技術(shù)方案包括第一相機(jī)調(diào)焦編碼器頭、第二相機(jī)調(diào)焦編碼器頭、第三相機(jī)調(diào)焦編碼器頭、第四相機(jī)調(diào)焦編碼器頭、信號處理電路、微控制器、供電電源；第一至第四調(diào)焦編碼器頭輸出的光電信號都與信號處理電路相連，處理電路與微控制器相連，供電電源分別與信號處理電路、微控制器相連，為各部分電路供電。本發(fā)明適用于各種民用、工用、軍用、航天多編碼器的分時控制，實(shí)現(xiàn)了編碼器的互換，縮小系統(tǒng)電路的體積。
文檔編號G05B19/042GK102385330SQ20111021889
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者喬克, 周磊, 文大化, 龍科慧 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所