基于数显卡尺的快速测量装置设计

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1、基于数显卡尺的快速测量装置设计杨雪峰南京航空航天大学机电学院摘要：为了满足智能加工技术的需求以及克服传统量具的局限性，开发一种基于数显卡尺的零件几何尺寸快速测量、传输、显示的装置。主要利用CPLD混合电压设计思想与硬件语言编程技术实现数显卡尺的接口信号电平转换、通讯协议及数据预处理，采用C#开发人机界而，实现数据显示、存储、下载以及曲线实时绘制等功能。通过实骑应用表明，该装置的数据传输可靠，测量速度快，简化了传统机械测量、手工数据处理的过程，对尺寸测量具有一定的工程应用价值。关键词：数显卡尺;CPLD;测量;吊口通信;收稿日期：2017.5.2基金：江苏省自然科学青年

2、基金项目(BK20150745)DesignofRapidMeasuringDeviceBasedonDigitalCalipersAbstract：Thispaperdesignsadeviceformeasuring,transmittinganddisplayingthegeometriedimensionsofthecomponentbasedonthedigitaicalipers.Thesystemcandevelopthemem-machincintcrfaccandrealizedatadisplay,storage,drawing,etc.Byusi

3、ngCPLDmixedvoltagedesignandhardwarelanguageprogrammingtechnology,interfacevoltagelevelconversion,communicationprotocolanddatapreprocessingofthedigitalcalipersarerealized.Keyword：digitalcalipers;CPLD;measuring;serialcommunication;Received：2017.5.2以智能加工为主导的新一代加工技术，核心要义就是基于数据分析的加工过程转型，零件几何

4、尺寸作为加工过程中数据分析的重要来源之一，对其测量、传输也提岀了更高的需求。目前通用的数显卡尺产品的输出信号不规范，为数显卡尺与高一级计算机联接构成测量系统造成了障碍。一些研究人员尝试采用一些新方法，文献［1］以数显量具为传感器，单片机为主控单元，构建了信号采集和数据处理检测系统;文献［2］提出了一种基于单片机信号处理的容栅传感器和LabVIEW的液位精密测控系统，实现系统数据的显示、存储、绘图以及人机控制等功能。这些方法对数显量具测量数据的传输、处理有所改善，但是人多釆用单片机，需要相应信号转换电路、速度受限。为进一步提高数显量具的使用性能以及数据处理的方便性，同时

5、针对零件尺寸测量的实际需求，本文尝试开发一种基于串口通讯技术与容栅数字测量技术相结合的电子数显卡尺数据测量实验装置。DATA通讯板CLKr信号预处理电路DATAJ1CPLDCLKK尺通讯接I」数孑滤波模块串口通讯模块32$PC机串II通讯檄夬数据接收与存储数据显示与下载图线绘制图1测量装置方案图下载原图1测量装置开发1.1测量装置总体方案整个装置如图1所示，包括三部分:数显卡尺测量、CPLD通讯板和PC端人机界面。首先采用数显卡尺完成零件尺寸测量，通过串行方式把数据传到CPLD通讯板;在通讯板上要对信号进行电平转换、通讯协议的解析、数字滤波处理;在通过RS-232标

6、准串口与PC机通讯，把数据传到电脑上，实现数据的存储、下载、图线绘制等功能。1.2通讯板硬件电路设计(1)数显卡尺通信接口电路数显卡尺使用1.5V的钮扣式电池，输出信号是串行信号，主要有吋钟信号elk、数据信号data＞电源信号1.5V和GNDRL但是现在常用的单片机、ARM等嵌入式处理芯片，大多是3.3V或者5V的，在系统设计中就不可避免地要碰到不同电压电平的接口问题，因此为了简化电路设计，采用Altera公司推出的CPLDEPM1270T144,提供了3.3V电压的内核血，通过配置输入引脚，可以兼容1.5V、1.8V、3.3V等逻辑电平，适合混合电压系统。同吋为了

7、提高信号枣量，在信号进入CPLDZ前，采用滤波处理，降低干扰，其具体电路如图2所示。USB1•i1.5VGNDClz±=C2riDATACLK3VSI图2数显卡尺通信接口电路下载原图(2)CPLD最小系统电路CPLD最小系统是通讯板电路的控制中心，其工作稳定程度直接影响通讯板的性能。因此，在电源方面，采用AS1117-3.3V芯片，直接输出稳定的电源电压，并且在每个电源引脚附近加上电容，减少毛刺；晶振方面采用30M的有源晶振，提高精确地时钟信号;复位电路方面，采用上电自动复位与手动复位相结合的方式,满足调试和运行的需求;程序下载采用JTAG下载方式。