游标磁尺的设计与实现

2 工作原理
游标磁尺测量原理：使用开关型霍尔元件阵列作为“静尺”；使用无源钕铁硼磁铁作为永磁体阵列(“动尺”)。作为“静尺”的霍尔元件阵列是一种磁传感器能检测出“动尺”的磁场及其变化，当“动尺”沿“静尺”轴线作无接触相对运动时，由“静尺”的霍尔元件阵列记录“动尺”的数字化位置信息。位置的“整数部分”由最开始动作的霍尔元件所处的位置确定，位置的“小数部分”由位置匹配序列确定。所谓位置匹配序列就是“动尺”要满足一定的规格和要求。“动尺”所在的位置值与“盯尺”的霍尔元件阵列动作信息序列匹配，如“小数部分”的2 mm，可以用00111110001100序列对应。因此“小数部分”的O～8需要9个相应的序列对应，确定位置值后将其位置值传送到PC机。一段“静尺”中包含4组霍尔元件阵列，每组霍尔元件阵列由16个霍尔元件组成，每个霍尔元件之间的间隔为9 mm。因此一段的测量长度为567 mm。若要测量更长范围可以采用多段连接进行扩展。
其“整数部分”计算结果D可以由式(1)求出：

式中：l表示最开始动作的霍尔元件处在第几段；m表示处在l段的第几组；n表示处在m组的第几个。
两个霍耳元件之间的位置值相当于“游标磁尺”的“小数”部分，其值d可以由位置匹配序列给出。因此游标磁尺的位置值为K可以由式(2)求出。

式中：D表示磁尺的“整数部分”；d磁尺的“小数部分”。

3 磁尺的硬件电路
用于该磁尺位置信息处理的微处理器主要是采用美国Microchip Technology Incorporated公司生产的PIC系列单片机。利用PIC16F884单片机对“动尺”作用区域的霍尔元件阵列的动作信息进行位置匹配算法处理得到位置数据；然后通过．PIC16F884的异步串口(LISART)经过MAX3471芯片转变成RS 485协议进行远距离传输，到达目的地后在经过RS 485／RS 232转换器转换成RS 232协议；在传送到PC机上显示其位置值。其硬件原理图如图3所示。

4 位置匹配算法和显示的程序设计
4．1 PC机部分(Visual Basic)
该装置的PC部分利用微软公司推出的可视化、面向对象的结构化程序设计语言Visual Basic来制作显示平台。因为Visual Basic软件进行界面设计不仅快捷、编程工作量小；且提供了串行通信控件MSComm，通过对此控件的属性和事件进行编程，就可以轻松的实现串口通信。
4．1．1 MSComm简介
MSComm控件(Microsoft Communications Con-trol)是Microsoft公司提供的ActiveX控件，目的是为了简化Windows下串行通信编程。它既可以用来提供简单的串行通信功能，也可以用来创建完备的、事件驱动的高级通信工具。它通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通信功能。它提供两种处理通信的方式，分别是事件驱动方式和查询方式Ⅲ。
4．1．2 显示平台介绍
该平台采用多文档界面(MDI)制作，MDI应用程序主要由“父窗口”及“子窗口”构成，子窗口的活动范围被限定在父窗口之内。显示平台界面如图4所示。