基于AD2S80A和AVR的圆感应同步器测角系统

　　0　引言

　　测角系统是航天地面测试系统、工业精密控制系统等不可缺少的重要组成部分。圆感应同步器是一种角度检测的多极电磁感应器件,具有精度高、结构简单、运行速度快、抗恶劣环境能力强、工作稳定可靠等特点,广泛应用于航空航天、机械制造、精密仪器、计量等部门[1]。

　　AD2S80A是一种专用的轴角转换器芯片,采用比值跟踪的转换方式,具有单片高度集成、分辨率可变、低功耗、精度及可靠性高等优点。AVR系列单片机采用精简指令集RISC结构,　　有32个类似于累加器Acc的通用工作寄存器直接和运算器相连,速度是同频率51单片机的25 ~40倍。集USART、SPI、TWI、WDT、EEPROM等多种外设于一体,便于使用。而且它可反复编程修改,保密性能好,通过片上BootLoader可以灵活地进行应用软件升级[2]。文中设计了以圆感应同步器作为角度传感器,以AD2S80A为轴角转换器,以AVR单片机为数字信号处理器的高精度测角系统。应用鉴幅型开环测角系统原理,采取整体开环,数字信号处理部分闭环的方法,有效地提高了系统的动态跟踪速度和精度。设计中软件实现了360极和720极两种工作方式的切换以及对角度的清零和手动置数等功能,方便了系统的应用。

　　1　测角系统工作原理及实现方案

　　该系统采用感应同步器单相转子激励,采用两相定子绕组输出的鉴幅工作方式。工作原理如下:设圆感应同步器转子激励信号为

　　将两相绕组输出电动势usi、uci送入到感应同步器测角系统的输入端,经过前置放大、带通滤波、二级放大、移相、电压跟随后信号变为

　　相互正交的信号us和uc进入AD2S80A后,经过高精度正余弦乘法器将输入信号与来自可逆计数器的数字角度对应的正余弦信号进行相乘,其输出端为

　　Ue经过积分环节送入压控振荡器(VCO),压控振荡器产生与输入控制信号幅值成比例的脉冲序列,该脉冲序列被送入可逆计数器进行增或减计数,计数的方向由相敏环节输出的方向确定。闭环系统稳定后,ue的输出为零,此时可逆计数器中的数字角就等于感应同步器当前的实际转角。再经数据处理单元转换成需要的数据类型输出[4]。

　　将AD2S80A输出的数字角度信息送入AVR单片机中,通过软件处理就可以经串口输出角度值到上位机。为方便观察,用AT89C51在外面搭一个用于显示的显示板,原理就是将AVR单片机编码后的串口输出的数据进行解码并驱动七段数码管显示。具体实现方案如图1所示。

　　2　系统硬件电路设计

　　2. 1　激磁电路

　　激磁电路为感应同步器连续绕阻(转子)提供标准正弦波,同时也作为AD2S80A的参考信号。正弦波信号的波形失真容易导致转换误差。为获得失真小,相位、幅值、频率都符合要求的波形,设计采用AVR系列单片机ATmega8和数模转换器AD667,通过程序产生频率10 kHz的正弦波。功率放大采用MSK2541,其失真小,驱动功率大,保证激磁信号可以驱动感应同步器正常工作。为了减小外界对激磁信号的干扰,最好用双绞屏蔽线将激磁信号引入感应同步器转子。