游標磁尺的設計與實現

2 工作原理
游標磁尺測量原理：使用開關型霍爾元件陣列作為“靜尺”；使用無源釹鐵硼磁鐵作為永磁體陣列(“動尺”)。作為“靜尺”的霍爾元件陣列是一種磁傳感器能檢測出“動尺”的磁場及其變化，當“動尺”沿“靜尺”軸線作無接觸相對運動時，由“靜尺”的霍爾元件陣列記錄“動尺”的數字化位置信息。位置的“整數部分”由最開始動作的霍爾元件所處的位置確定，位置的“小數部分”由位置匹配序列確定。所謂位置匹配序列就是“動尺”要滿足一定的規格和要求。“動尺”所在的位置值與“盯尺”的霍爾元件陣列動作信息序列匹配，如“小數部分”的2 mm，可以用00111110001100序列對應。因此“小數部分”的O～8需要9個相應的序列對應，確定位置值后將其位置值傳送到PC機。一段“靜尺”中包含4組霍爾元件陣列，每組霍爾元件陣列由16個霍爾元件組成，每個霍爾元件之間的間隔為9 mm。因此一段的測量長度為567 mm。若要測量更長范圍可以采用多段連接進行擴展。
其“整數部分”計算結果D可以由式(1)求出：

式中：l表示最開始動作的霍爾元件處在第幾段；m表示處在l段的第幾組；n表示處在m組的第幾個。
兩個霍耳元件之間的位置值相當于“游標磁尺”的“小數”部分，其值d可以由位置匹配序列給出。因此游標磁尺的位置值為K可以由式(2)求出。

式中：D表示磁尺的“整數部分”；d磁尺的“小數部分”。

3 磁尺的硬件電路
用于該磁尺位置信息處理的微處理器主要是采用美國Microchip Technology Incorporated公司生產的PIC系列單片機。利用PIC16F884單片機對“動尺”作用區域的霍爾元件陣列的動作信息進行位置匹配算法處理得到位置數據；然后通過．PIC16F884的異步串口(LISART)經過MAX3471芯片轉變成RS 485協議進行遠距離傳輸，到達目的地后在經過RS 485／RS 232轉換器轉換成RS 232協議；在傳送到PC機上顯示其位置值。其硬件原理圖如圖3所示。

4 位置匹配算法和顯示的程序設計
4．1 PC機部分(Visual Basic)
該裝置的PC部分利用微軟公司推出的可視化、面向對象的結構化程序設計語言Visual Basic來制作顯示平臺。因為Visual Basic軟件進行界面設計不僅快捷、編程工作量小；且提供了串行通信控件MSComm，通過對此控件的屬性和事件進行編程，就可以輕松的實現串口通信。
4．1．1 MSComm簡介
MSComm控件(Microsoft Communications Con-trol)是Microsoft公司提供的ActiveX控件，目的是為了簡化Windows下串行通信編程。它既可以用來提供簡單的串行通信功能，也可以用來創建完備的、事件驅動的高級通信工具。它通過串行端口傳輸和接收數據，為應用程序提供串行通信功能。它提供兩種處理通信的方式，分別是事件驅動方式和查詢方式Ⅲ。
4．1．2 顯示平臺介紹
該平臺采用多文檔界面(MDI)制作，MDI應用程序主要由“父窗口”及“子窗口”構成，子窗口的活動范圍被限定在父窗口之內。顯示平臺界面如圖4所示。