基于PIC單片機(jī)的簡易曲線測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉沫含　喬田雨　董岳

摘 要：本文針對生活中會面對的曲線測量問題提供一種較為簡單的解決方案，采用一種較為新的思路對實(shí)際曲線進(jìn)行測量。測量系統(tǒng)采用PIC單片機(jī)作為控制器，8位數(shù)碼管顯示測量結(jié)果，穩(wěn)壓模塊為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電源，光電測速碼盤與輪子對目標(biāo)量進(jìn)行測量。此測量系統(tǒng)對測量精度要求不太高的場合有很好的實(shí)用效果，能有效解決曲線測量難測的問題。

關(guān)鍵詞：曲線測量；PIC單片機(jī)；數(shù)碼管；光電測速碼盤

1 前言

目前市面上銷售的尺寸測量系統(tǒng)往往都是對于直線的測量，精度較低的有鋼板尺、盒尺，精度高的有游標(biāo)卡尺、千分尺、光柵尺等，對于曲線測量的有做衣服用的皮尺，這些測量系統(tǒng)都無法對曲線進(jìn)行很好的測量。實(shí)際生活中，對平面上所畫的曲線進(jìn)行測量時，其方法是，把細(xì)繩放在曲線上與曲線重合，再將細(xì)繩拉直對細(xì)繩進(jìn)行測量。這樣測量十分不方便、效率很低，并且由于細(xì)繩長度形變、細(xì)繩安放與曲線重合不準(zhǔn)確等問題帶來的測量誤差也很大。本文所設(shè)計(jì)的曲線測量系統(tǒng)能很好地解決這種效率低、誤差大的問題。

2 簡易測量系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)主要包括以下幾方面（圖1）：①系統(tǒng)的核心：控制器；②人機(jī)交互部分：顯示器；③測量功能實(shí)現(xiàn)：光電測速碼盤；④系統(tǒng)電源：穩(wěn)壓模塊。

3 所需器件選型

在對所需器件進(jìn)行選型時，首先對數(shù)碼管與數(shù)碼管的驅(qū)動方式進(jìn)行選擇。常用的數(shù)碼管有共陰和共陽兩種，根據(jù)尺寸不同又分為很多種。此系統(tǒng)中所需的數(shù)碼管供測量人員較為近距離觀看，所以不需要尺寸非常大的數(shù)碼管，對驅(qū)動電路和電源要求不是很高。由此分析，我們選擇常用的0.56英寸共陰數(shù)碼管，數(shù)碼管內(nèi)部發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，需要5mA左右的電流，而且電流輸出不可過大，否則會燒毀發(fā)光二極管。由于單片機(jī)的I/O口送不出如此大的電流，所以數(shù)碼管與單片機(jī)連接時需要加驅(qū)動電路，可以用上拉電阻的方法或使用專門的數(shù)碼管驅(qū)動芯片。在這里我們采用74HC573鎖存器對8位數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動，其輸出電流較大，電路接口簡單，可借鑒使用。

其次，對光電碼盤進(jìn)行選擇。光電碼盤為光電器件，可以測量轉(zhuǎn)角的變化，為了實(shí)現(xiàn)測量系統(tǒng)有較高的測量精度，可采用市面上精度較高的100線光電測速碼盤。

在顯示器進(jìn)行選擇后對單片機(jī)進(jìn)行選擇。系統(tǒng)采用74HC573鎖存器對8位數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動，數(shù)據(jù)位一共有8位，鎖存器段選與位選控制需要2位，對光電碼盤的脈沖計(jì)數(shù)需要2位，則所需要的單片機(jī)最少要有12個普通I/O口。根據(jù)需要，本系統(tǒng)選擇了市面上開發(fā)板常用的PIC16F877單片機(jī)，足夠滿足測量要求。

最后則是為測量系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。因?yàn)橄到y(tǒng)所需的電量不大，并且都是采用5 V電源供電，那么就可以使用9 V電池穩(wěn)壓到5 V后對系統(tǒng)進(jìn)行供電，使用常用的且價格低廉的7805穩(wěn)壓芯片就可實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

4 整體功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)組裝采用固定尺寸、剛性較好的小車輪通過軸承與聯(lián)軸器與測速碼盤連接，軸承上裝有把手，可以供人手持并且能安放除碼盤以外的其他模塊。通過計(jì)算輪子圓周尺寸，所轉(zhuǎn)角度與單片機(jī)獲得脈沖的關(guān)系得到輪子轉(zhuǎn)角和測量結(jié)果的線性關(guān)系。在使用過程中推動車輪在需要測量的曲線上滾動，得到測量曲線的長度，通過單片機(jī)復(fù)位按鍵對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。

參考文獻(xiàn)

[1]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[2]張明峰.PIC單片機(jī)入門與實(shí)戰(zhàn)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

（作者單位：北華航天工業(yè)學(xué)院）