王俊林，惠进，宋金鸿，詹浩然，高强，王亚楠

（西安应用光学研究所，陕西西安 710065）

旋转变压器作为光电转台[1]中关键的伺服运动角度输出单元，其接线正确与否直接影响光电转台角度解算效率。当接线错误时，传统解决办法是装调人员依靠经验手动查验，当角度输出不符合转台运动状态时，说明接线错误，则调换线序，并开机验证，直至接线正确。为了取代人工倒线序的现状，基于可编程逻辑器件和微控制器实现了光电转台旋转变压器接线自动检测的功能，进而提高了光电转台角度解算的工作效率。

1 总体思路设计

旋转变压器[2-3]是一种电磁感应式传感器，可测量旋转物体的转轴角角度位移和角速度，它是由两种不同极对数的定子和转子组成，其中定子绕组作为变压器的原边，接收激磁电源提供的励磁电压，转子绕组作为变压器的副边通过电磁耦合输出包含角度位移信息的信号，其为正、余弦模拟电压信号。当旋转变压器接线错误时，输出的模拟电压信号不是正确的正、余弦模拟信号，将导致光电转台角度解算[4-7]错误。该文将以某典型陆用光电转台中的一种旋转变压器为例，设计一种接线自动检测系统。

该系统主要由旋转变压器、信号切换模块、主控模块、角度解算模块、角度判断模块以及显示模块等构成，系统组成如图1 所示。

图1 系统组成

其中，主控模块用来存储待检测旋转变压器所有接线组合的地址信号，并将该地址信号逐一自动发送给信号切换模块；信号切换模块与待检测的旋转变压器连接，负责将当前接线组合下的旋转变压器输出信号提供给角度解算模块，并依据主控模块的地址信号切换旋转变压器的接线组合；角度解算模块解算接收到的旋转变压器信号，并将解算结果输出给主控模块，主控模块随即将该结果输出给角度判断模块；角度判断模块对输入的角度数据进行判断，并将判断结果反馈给主控模块，最终主控模块将判断结果输出给显示模块显示。

2 硬件电路设计

针对自动检测需求，该文选用的主控芯片为Intel 公司的可编程逻辑器件EPM7192SQI160C8[8-9]，EPM7192SQI160C8 采用CMOS 工艺，是一种基于EPROM 的器件。该器件有160 个引脚，其中五个用于ISP(In-System Programmability)下载，以方便对其进行在线系统编程。此器件共3 750 个典型可用门，192 个逻辑单元，124 个IO 口，含两个全局时钟，可单独配置为输入、输出及双向工作方式，支持多种编程方式。同时该芯片支持在多种电压下工作，芯片传输延时为7.5 ns，最高工作频率为125 MHz。

主控模块存储待检测旋转变压器所有接线组合的地址信号，并自动将该地址信号逐一发送给信号切换模块，信号切换模块将根据该地址信号对应的接线组合进行线序切换。角度解算模块解算出旋转变压器在当前接线组合下的输出信号后再将数据经主控模块输出给角度判断模块完成最终检测。主控模块主要电路如图2 所示。

图2 主控电路

信号切换模块选用8 片八路译码模拟开关器件CD4051[10-11]芯片，每片CD4051 有八路模拟输入端，一路模拟输出端，具有3-8 译码器功能，可解码不同的地址码。这里选择八路输入中的其中一路作为输出，在信号切换模块中有三路地址段实现对八路模拟输入的编码，输出八路模拟信号，以完成对输入端线序的更新调整。信号切换模块部分电路如图3所示。

图3 信号切换电路

由于旋变输出的模拟信号额定电压为26 V，而CD4051 能接收的最大模拟输入信号为VDD-VEE 即10 V，因此在信号切换模块前端增加信号衰减模块，将旋变输出的模拟信号同比例缩小到CD4051 能接收的范围内，具体电路如图4 所示。同样，在信号切换模块后端增加信号放大模块，将调整后的旋变信号同比例放大到角度解算模块接收的信号范围内，具体电路如图5 所示。

图4 信号衰减电路

图5 信号放大电路

角度判断模块由微控制器AT89S51[12-13]完成主要功能，AT89S51是一个低功耗、高性能的CMOS 8位单片机，内部集成4 kBytesFlash程序存储器，128 Bytes的随机存取数据存储器（RAM），32 个外部双向输入/输出（IO）口，两个16 位可编程定时计数器，两个全双工串行通信口；具有五向量两级中断结构，可兼容标准MCS-51 指令系统及80C51 引脚结构。

角度判断模块首先通过并口从主控模块处读取角度解算模块解算出的当前旋转变压器接线线序下的角度数据，随后按照设定程序对读取的角度数据进行判别，判别完成后将判断结果再通过并口输出给主控模块，主控模块将判断结果最终输出给显示模块显示，这里显示模块选用数码管。角度判断模块的电路如图6 所示。

图6 角度判断电路

角度解算模块接收信号切换模块提供的旋转变压器输出信号进行角度解算，解算出的角度数据输出给主控模块。角度解算模块电路图如图7 所示。

图7 角度解算电路

选用连云港杰瑞公司的16XSZ3412-S16-07-T16[14-16]型解算-数字转换器进行角度信号解算，16X SZ3412-S16-07-T16 型转换器是一种单块式解算-数字转换器，内部包含有粗、精两路解算-数字转换器和一个用于粗、精组合纠错的处理器，产品规定的粗、精组合速比为1∶16。该系列转换器可接收两路四线解算器信号。转换器输出为自然并行二进制数码，最高可达19 位，通过控制三个使能信号，即可输出一个19 位数字量，又可分别输出三个字节。

3 软件流程设计

旋转变压器接线自动检测系统的软件设计逻辑：信号切换模块接收待检测的旋转变压器原始的线序，主控模块通过对地址信号进行译码来实现对原始线序的调整，当检测系统开关打开时，主控模块生成一组新的接线线序组合对应的地址信号，随后，这一组信号作为角度解算模块的输入被解算为数字信号，数字信号范围为0-65535,其中65535 代表旋转变压器的零位。此时角度判断模块以10 ms的周期通过主控模块从角度解算模块中采样角度数据序列，采样完成后对角度数据序列进行判别。判别结果作为主控模块的下一步控制指令，当角度判断模块判断角度数据序列是错误线序下的角度数据时，主控模块将重新生成下一个线序，开始新的检测循环，而当角度判断模块判断角度数据序列是正确线序下的角度数据时，主控模块将保存当前的正确线序，并送入显示模块显示。工作原理流程如图8所示。

图8 工作原理流程

其中，核心的角度判断模块为接线自动检测系统提供直接的线序正确与否的判断依据，其判断流程如图9 所示。

图9 角度判断流程图

当角度判断模块查询到检测周期开始标志时，则进入检测，接收新的线序信号Xn，否则等待查询开始标志；接收到Xn后，角度判断模块以10 ms 作为采集周期从主控模块中获取角度数据，采集完成后先存入当前数组Data1，随后角度判断模块判断Data1 数组中的数据是否包含零位数据，即是否包含65535 值，如果包含，则对零位值及其之后采集的数据进行加65535 操作，完成后先按数据递增性对Data 中的数据进行判别，如果满足数据递增性，再按数据等差性对Data 中的数据进行判别，如果满足数据等差性，角度判断模块将发送显示信号到主控模块，代表判读出正确线序，若不满足，则说明当前线序错误，需要继续接收新的线序判断。

4 结束语

该文针对传统办法纠正光电转台旋转变压器接线错误效率低下的问题，提出了一套自动接线检测系统思路，详细介绍了系统总体构成、硬件电路等的设计以及软件实现中的流程规划，完成了基于可编程逻辑器件和微控制器的光电转台旋转变压器接线自动检测系统设计。经实验验证，该设计可快速实现旋转变压器的接线线序判断，解决了目前人工倒线重复验证的问题，成本低，可靠性高，大大提高了光电转台装调过程的工作效率。