基于AT89S51 單片機的角度檢測裝置設計

薛飛，季勇，嚴少奇，吉品恩

（西安應用光學研究所，陜西西安，710065）

0 引言

在炮長鏡批量生產和用戶售后維修中所使用的檢測工裝需要220V 交流市電供電，該檢測工裝體積大、占用空間、笨重，難攜帶，炮長鏡整機上電后不能實時顯示負載電路的電壓和電流，無法監測炮長鏡整機的工作狀態。在對用戶的售后維修中，用戶大多在野外使用，無法提供穩定市電給檢測工裝供電，導致炮長鏡售后維修困難。為解決上述技術問題，設計了一種炮長鏡角度檢測裝置，分別對炮長鏡功能、工作狀態、方位角度和俯仰角度檢測。

本裝置體積小、重量輕、易攜帶好操作，電壓電流監測模塊可以實時監測負載電路的工作狀態；主電路中串接了保險，當負載電路中有大電流或者短路，保險絲熔斷，能有效保護其他模塊；采用28V 鋰電池模塊給檢測裝置和炮長鏡主機供電，徹底解決了外場售后維修無法供220V 交流市電的困難。

1 系統組成及工作原理

炮長鏡檢測裝置包括裝置殼體、充電口、鋰電池模塊、保險管座、電源開關、電壓電流監測模塊、電壓轉換模塊、MCU 模塊、角度顯示模塊、按鍵模塊、功能顯示模塊和檢測電纜。本裝置提供的炮長鏡角度檢測裝置通過串口通信和炮長鏡進行數據交換，將炮長鏡方位角度和俯仰角度信息顯示在檢測裝置角度顯示模塊上。裝置的電壓電流監測模塊可以實時顯示負載電路的電壓和電流，監測負載電路的工作狀態。電源電路中設置了保險，避免短路燒壞電源，使用28V 鋰電池模塊為檢測裝置和炮長鏡供電，系統原理圖如圖1 所示。

圖1 系統原理圖

2 硬件電路設計

2.1 電源電路

采用29.4V 適配器給鋰電池充電，鋰電池模塊由7 顆容量3600mA/h 的18650 鋰電池串聯而成，鋰電池電源范圍（25.9～29.4V），鋰電池輸出電路中串聯了3A 保險，防止后級電路短路損壞鋰電池，經過開關后分兩路。一路28V 給炮長鏡控制板供電，另一路28 經過LM2596，將28V 轉換成5V 為檢測裝置各工作單元供電。LM2596 是降壓型電源管理單片集成電路的開關電壓調節器，具有很好的線性和負載調節特性。單列5 腳封裝，最高輸入電壓為40V，輸出電壓在1.2～37V。開關電源有固定電壓輸出和可調輸出兩種封裝形式，輸出電流最大3A，工作頻率高達150kHz。①腳是直流電壓輸入端，其最高值可達40V，最低值為4.5V；②腳是直流電壓輸出端，最高輸出為37V，最低值為1.2V；③腳（GND）是輸入輸出公共端，④腳是穩壓取樣電壓輸入端，一般與輸出電壓相連，從而使輸出電壓穩定在額定值上；⑤腳是使能控制端，當電壓高于1.23V 時，內部開關管被關斷，輸出電壓為OV，當低于1.23V 時，輸出為額定電壓，在實際使用中接地。電源電路原理圖如圖2 所示。

圖2 電源電路原理圖

2.2 串口通信電路

檢測裝置與炮長鏡的串口通信，分別由與單片機連接的串口芯片MAX490 完成。MAX490 是用于RS-422 異步串口通信的低功耗收發器，工作在5V 單電源下，每個器件中都具有一個驅動器和一個接收器，可以實現最高2.5Mbps 的傳輸速率，在驅動器禁用的空載或滿載狀態下，吸取的電源電流在120μA～500μA 之間，串口芯片的R 和T 分別與單片機的T 和R 連接。兩個串口芯片的接收和發送相互對應，即監測裝置的T+與炮長鏡控制板的R+相連接，監測裝置的T-與炮長鏡控制板的R-相連接，串口通信的電路原理如圖3 所示。

圖3 串口通信原理圖

2.3 LED 顯示電路和功能按鍵電路

LED 顯示電路有8 個LED，分別對應方位、俯仰、度、密位、整機、獲取、旋測和變速。通過面板上的按鈕開關可以選擇檢測儀的功能，對應功能的LED 發光作為顯示。在28V 輸入端串接了電壓電流監測表模塊，電壓電流檢測模塊的型號為0.28 寸四位雙顯示直流電壓電流表 0-33.33V/0-3.0000A 數顯表頭。在檢測炮長鏡功能的同時，也可以檢測炮長鏡和檢測裝置的工作電流。功能選擇按鍵由5 個按鈕開關組成，按動相應開關可以選擇相對應的功能。實物如圖4 所示。

圖4 炮長鏡檢測裝置實物圖

2.4 角度顯示模塊

角度顯示模塊分別由度/密位，分和秒組成，度/密位顯示電路由0.56 寸四位共陰極數碼管，分位顯示電路和秒位電路的型號為0.56 寸兩位共陽極數碼管組成。用來顯示炮長鏡轉過的角度，其中密位顯示是角度的另外一種表達方式。為了方便處理和精確顯示，通常0-6000 的密位值代替0-360°，也就是說1 度等于16.67 密位（6000/360）。通過面板的按鍵可以選擇度或者密位顯示方式。

四位共陽極數碼管，兩個74H373 分別控制位選和段選，8×5k 排阻一端接5V，另一端接在位選端口構成上拉電阻，在位選空位時提供高電平，電路原理圖如圖5 所示。

圖5 炮長鏡檢測裝置電路原理圖

3 軟件設計

3.1 軟件控制及流程圖

炮長鏡檢測裝置檢測電纜連接至炮長鏡，打開電源開關，炮長鏡開始自檢，炮長鏡自檢正常，所述檢測裝置的功能顯示模塊整機LED 燈常亮；炮長鏡方位機構和俯仰機構分別轉動至機械零位，按動炮長鏡控制盒歸零開關，使炮長鏡方位機構和俯仰機構角度置零；炮長鏡方位機構轉動任意角度，按動炮長鏡發送開關，將炮長鏡方位角度信息發送給炮長鏡角度檢測裝置；炮長鏡俯仰機構轉動任意角度，按動炮長鏡發送開關，將炮長鏡俯仰角度信息發送給炮長鏡角度檢測裝置。檢測裝置默認顯示炮長鏡方位機構的角度值，通過按鍵開關選擇俯仰機構的顯示角度。通過按動密位按鍵選擇顯示密位形式顯示或者角度形式顯示，如果是密位顯示，只用數碼管前四位顯示。

圖6 軟件流程圖

3.2 軟件代碼實現

采用C 語言程序實現串口數據通信和數碼管顯示控制，采用了U2-1（74H373）作為位選控制，U2-2 作為段選控制。具體代碼如下所示。

4 結束語

檢測裝置的單片機通過串口芯片與炮長鏡通信，接收炮長鏡的角度信息，通過數碼管將炮長鏡的角度信息顯示在檢測裝置上。通過功能按鍵選擇需要的功能。裝置體積小、重量輕、易攜帶好操作，電壓電流監測模塊可以實時監測負載電路的工作狀態；主電路中串接了保險，當負載電路中有大電流或者短路，保險絲熔斷，能有效保護其他模塊；采用28V 鋰電池模塊給檢測裝置和炮長鏡主機供電，徹底解決了外場售后維修無法供220V 交流市電的困難。