基于PIC单片机的简易曲线测量系统设计

刘沫含　乔田雨　董岳

摘 要：本文针对生活中会面对的曲线测量问题提供一种较为简单的解决方案，采用一种较为新的思路对实际曲线进行测量。测量系统采用PIC单片机作为控制器，8位数码管显示测量结果，稳压模块为系统提供稳定电源，光电测速码盘与轮子对目标量进行测量。此测量系统对测量精度要求不太高的场合有很好的实用效果，能有效解决曲线测量难测的问题。

关键词：曲线测量；PIC单片机；数码管；光电测速码盘

1 前言

目前市面上销售的尺寸测量系统往往都是对于直线的测量，精度较低的有钢板尺、盒尺，精度高的有游标卡尺、千分尺、光栅尺等，对于曲线测量的有做衣服用的皮尺，这些测量系统都无法对曲线进行很好的测量。实际生活中，对平面上所画的曲线进行测量时，其方法是，把细绳放在曲线上与曲线重合，再将细绳拉直对细绳进行测量。这样测量十分不方便、效率很低，并且由于细绳长度形变、细绳安放与曲线重合不准确等问题带来的测量误差也很大。本文所设计的曲线测量系统能很好地解决这种效率低、误差大的问题。

2 简易测量系统的总体设计

系统的总体设计主要包括以下几方面（图1）：①系统的核心：控制器；②人机交互部分：显示器；③测量功能实现：光电测速码盘；④系统电源：稳压模块。

3 所需器件选型

在对所需器件进行选型时，首先对数码管与数码管的驱动方式进行选择。常用的数码管有共阴和共阳两种，根据尺寸不同又分为很多种。此系统中所需的数码管供测量人员较为近距离观看，所以不需要尺寸非常大的数码管，对驱动电路和电源要求不是很高。由此分析，我们选择常用的0.56英寸共阴数码管，数码管内部发光二极管点亮时，需要5mA左右的电流，而且电流输出不可过大，否则会烧毁发光二极管。由于单片机的I/O口送不出如此大的电流，所以数码管与单片机连接时需要加驱动电路，可以用上拉电阻的方法或使用专门的数码管驱动芯片。在这里我们采用74HC573锁存器对8位数码管进行驱动，其输出电流较大，电路接口简单，可借鉴使用。

其次，对光电码盘进行选择。光电码盘为光电器件，可以测量转角的变化，为了实现测量系统有较高的测量精度，可采用市面上精度较高的100线光电测速码盘。

在显示器进行选择后对单片机进行选择。系统采用74HC573锁存器对8位数码管进行驱动，数据位一共有8位，锁存器段选与位选控制需要2位，对光电码盘的脉冲计数需要2位，则所需要的单片机最少要有12个普通I/O口。根据需要，本系统选择了市面上开发板常用的PIC16F877单片机，足够满足测量要求。

最后则是为测量系统提供稳定的电源。因为系统所需的电量不大，并且都是采用5 V电源供电，那么就可以使用9 V电池稳压到5 V后对系统进行供电，使用常用的且价格低廉的7805稳压芯片就可实现。系统原理图如图2所示。

4 整体功能实现

系统组装采用固定尺寸、刚性较好的小车轮通过轴承与联轴器与测速码盘连接，轴承上装有把手，可以供人手持并且能安放除码盘以外的其他模块。通过计算轮子圆周尺寸，所转角度与单片机获得脉冲的关系得到轮子转角和测量结果的线性关系。在使用过程中推动车轮在需要测量的曲线上滚动，得到测量曲线的长度，通过单片机复位按键对系统进行复位。

参考文献

[1]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]张明峰.PIC单片机入门与实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

（作者单位：北华航天工业学院）