关节臂式坐标测量机数据采集系统的研究

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1、天津大学硕士学位论文关节臂式坐标测量机数据采集系统的研究姓名：凌清平申请学位级别：硕士专业：测试计量技术及仪器指导教师：刘书桂20090601摘要本文的研究对象是以单片机和CPLD为核心的关节臂式柔性三坐标测量机数据采集系统。测量机采用高精度的角度传感器测量各个关节的旋转角度，再根据杆件长度，通过系统模型方程得出测头的中心坐标，具有结构简单、量程大、体积小、价格低廉、安装方便、易于操作、可在线使用、便于携带等优点。数据采集系统主要对硬件和软件进行了分析和设计，并在最后经过实验验证了设计的正确性。在充分分析了传统关节臂数据采集系统的缺点后，提

2、出了精度更高、成本更低的数据采集系统；可编程逻辑器件(CPLD)与单片机的结合，使得系统更具柔性化；C语言与VerilogHDL语言的结合使得系统调试灵活，方便整个系统的功能扩展。实验证明，本系统能够准确完成测量机的数据采集任务。本论文研究的课题是国家自然科学基金项目，项目编号是50475116，主要工作包括以下几个方面：l、参照了国内外的设计，根据测量机整体要求，确定了数据采集系统的整体方案；．2、为了满足系统的速度、精度及可靠性要求，选取AVR单片机和CPLD作为硬件核心，对整个数据采集系统的硬件进行了设计；3、绘制数据采集系统PCB板

3、，并对焊接后的电路进行了调试，经过两次改版，顺利完成了系统要求的调试任务；4、在Quartus环境下，采用VerilogHDL语言对CPLD编程，实现了信号的差分处理、4细分、辨向、可逆计数、锁存等功能；5、在ICCAVR环境下，对AVR单片机编程，实现了各电路板间的多机通信、读取并发送CPLD数据、实时显示等功能；6、在实验室仿真条件下，利用CPLD模拟的A、B、Z信号，对计数的准确性、同步锁存性、辨向可逆计数进行了验证，实验证明，系统可以达到设计的要求；7、在现场环境下对底部关节进行了实验，验证了系统计数的准确性、同步锁存性和辨向可逆计

4、数，并对对径读数的必要性进行了验证。关键词：关节臂，坐标测量机，同步锁存，对径读数，实时显示，数据采集ABSTRACTThestudyobjectofthispaperisthearticulatedalm—cmm’sdataacquisitionsystem．MCUandCPLDareusedasthecoreofthissystem．High—precisionanglesensorsareusedtomeasuretherotationangleineachjoint．Thepoles’lengtharefixed．Thecenter

5、coordinatesoftheprobecanbegottenaccordingtothesystemmodelequations．Themachineearnstheadvantagessuchassimplestructure，largescale，smallsize，lowcost，easyforinstallation，easyforoperation，availableonlineusing，easyforcarryingandSOon．Thehardwareandsoftwareofthisdataacquisitionsys

6、temaremainlyanalyzedanddesigned．Thecorrectnessofthesystemisverifiedbytheexperimentinthelastpartofthispaper．Inafullanalysisofshortcomingsofthetraditionalarticulatedarm’sdataacquisitionsystem，thehigherprecision，lowercostdataacquisitionsystemareproposed；Thesystembecomesmorefl

7、exiblebecauseofthecombinationoftheProgrammableLogicDevice(CPLD)andthesingle—chipMCU；ThesystemdebuggingbecomesmoreflexibleasthecombinationofCLanguageandVerilogHDLlanguage，whichfacilitatestheexpansionoftheentiresystem．Accordingtotheexperiments，thedatacollectiontaskcanbecompl

8、etedaccuratelyThestudyofthispaperissupportedbytheNationalNaturalScienceFundProject，thepro