基于STM32的光栅尺速度位移检测.pdf

本文研究了一种基于STM32微处理器的光栅尺信号处理与速度位移检测方法。光栅尺是一种高精度的测量设备，主要用于直线伺服控制场合，用于速度和位移的检测。其测量精度可达到微米级别，因此广泛应用于精密测量领域。然而，为了进一步提高光栅尺的分辨率，传统方法通常需要通过硬件逻辑电路进行信号的4倍频处理和辨向，之后再将信号传递给后续处理单元。随着技术的发展，一些解决方案尝试使用现场可编程门阵列（FPGA）来实现这一功能，但FPGA的成本较高。 针对上述问题，本文提出了一种新的解决方案，基于STM32F103VE微处理器，该微处理器内置了4倍频和辨向功能，以及能够抑制脉冲抖动的特性，非常适合于处理反馈光栅尺的实时速度和位置。该方案不需要增加额外的硬件成本，便能提高速度和位移检测的可靠性和精度，具有很高的实用价值。 光栅尺通常输出四路相位相差90度的近似正弦波信号。为了实现信号的4倍频处理，首先需要将这四路信号通过运算放大器进行差分放大，得到两路相位相差90度的正交正弦波信号。然后，利用施密特触发器对这些正弦波信号进行整形，得到两路相位相差90度的正交方波信号。整形后的信号再经过光耦隔离，最后送入STM32F103VE微处理器进行处理。 微处理器中定时器的编码器模式可用于计数器的操作。在编码器模式下，定时器可以对A、B两路信号的上升沿和下降沿同时进行计数，从而实现4倍频和辨向功能。通过加减计数的方式，可以计算出光栅尺的实时速度和位移。 在实际应用中，为了得到清晰的信号波形，电路设计需要考虑信号放大、滤波和整形等多个环节。通过运算放大器对信号进行差分放大，可以将两路信号叠加，并放大信号幅值。滤波电路的引入则用于消除放大过程中产生的噪声，保证信号质量。整形电路则通过施密特触发器将正弦波信号转换为方波信号，以便微处理器能够更准确地进行计数和处理。 通过上述技术路线，可以有效地实现光栅尺信号的精确处理和速度位移的准确检测。这种基于STM32微处理器的处理方法，不仅提升了系统的性能，也降低了成本和复杂度，对于工业自动化领域具有重要的应用价值和推广前景。