基于MSP430单片机经纬仪操纵杆智能一体化设计

　　0　引言

　　操纵杆广泛应用于各种大型远程操控系统的控制台上,以实现远程控制电机按指定方向和速度运转,从而实现对相关设备或仪器的远程运动控制,如在经纬仪控制台上用来控制外场测量等,此外,操纵杆的控制精度直接影响到了经纬仪的测量精度[1-2]。

　　通常的应用中,操纵杆机械部分和数据采集部分是分离的,操纵杆独立安装在控制台上,数据采集部分和系统主控制板集中安装于主控机箱中,通过操纵杆模拟信号输出线来连接,这种方法由于输出为模拟信号,所以控制距离短,易受干扰,控制精度低,而且增加了系统总电控部分的工作量。智能一体化操纵杆通过采用功能强、体积小的MSP430单片机,集信号转换和发送电路于一体,经串行端口向外发送数字信号,因此具有体积小、精度高、传输距离远、应用简单的优点。

　　1　操纵杆结构与原理

　　操纵杆安装在经纬仪控制台上,由机械操纵手柄、摆杆、摆轴、支架、扇形齿轮、复位弹簧、定位机构以及精密电位器等组成,结构如图1所示。

　　工作时人手推动机械操纵手柄1,通过摆轴2和摆杆3组成的传动机构运动带动齿轮5,从而带动与之啮合的阻值为rmax精密位置传感电位器6转动,精密电位器由直流电压u0供电,当电阻发生变化时,其输出电压发生相应变化,两者成线性关系,如图2所示。

　　S为手柄机械位置, u为精密电位器输出电压,当手柄受力向前推动时,电阻变小,输出电压增大,当手柄向后运动,电阻变大,输出电压减小,当手柄不受力时处于机械零位,电阻为rmax/2,输出为u0/2。限位壳体8用于手柄限位,复位弹簧7用于手柄返回零位,支架4起固定支撑作用。

　　2　智能一体化设计

　　一体化智能设计方法,将机械手柄输出的模拟信号在系统地转变成数字信号,以差分的方式输出,使之具备远距离传输能力。为了实现这一目的,首先要求控制电路体积小,一体化后不会占用更多的控制台空间,同时还应具有模拟信号输入通道、采样/保持、A/D转换、数据处理和串口驱动等功能。经过对比,选用TI公司的MSP430F149单片机为核心,配合稳压电路、放大器、串行驱动等电路,外加电磁屏蔽外壳,固定于操纵杆底部并与之一体而得以实现。

　　2·1　MSP430F149单片机[3-4]简介

　　TI公司的MSP430F149单片机是一种混合信号控制器,内部为16位RISC结构,具有丰富的寻址方式、简洁的内核指令,运行速度快,能实现150ns指令周期,同时,内部集成有丰富的片内外设: 60KB电可擦写FLASH存储器、看门狗、定时器、12位ADC、USART串口、丰富的I/O口等。片内JTAG调试接口令其开发方式方便快捷,特别是,它的功耗低、体积小, 64管脚的QFP封装的面积仅为1cm,因此适合选用。