1. 研究目的与意义及国内外研究现状

在现代加工业和制造业领域中，对高精度位移测量技术来说，光栅尺的贡献相当巨大。光栅尺不但进一步提升了加工业和制造业中的加工精度，而且更是提高了加工业和制造业中的工作和生产效率。随着如今中国加工业和制造业发展地越来越成熟，随着对加工精度的需求越来越高，基于光栅尺的位移测量系统也将被应用地更加普遍。增量式光栅尺的原理是首先将所测到的物理信号转换成光信号，其次再通过光电器件，通过光电器件后，进行光电转换得到电量信号并被送至信号整形调理电路，在信号整形调理电路中，电信号被放大，整形等。最终输出相对位移量，从而实现系统的实时控制和动态检测。

国内外研究现状

目前，光栅尺传感器在高精度线位移测量方面的研究较多。里斯本技术大学的girao提出用光强探测法测量轴向线性位移的方法，以校正光电传感器与光栅位置之间的角度变化引起的误差，得出采用双光源或阵列光电传感器能减小测量误差、提高精度的结论。

2. 研究的基本内容

本文主要完成光栅尺位移测量在嵌入式系统中的应用，以STM32F407单片机为主控单元，由主控单元驱动并协调各外部设备。外部设备包括光栅尺、矩阵键盘电路、液晶屏显示电路、SPI FLASH储存芯片、TTL转USB模块。

STM32单片机片内定时器可以直接配置为“正交编码模式”，借助这一特点，系统直接可以通过STM32捕获光栅尺A相、B相信号的上升沿和下降沿，STM32可以通过内部定时计数器自动辨别A路正弦波和B路正弦波的行为关系，从而判断光栅尺的移动方向，并控制定时计数器加计数或者减计数。借助这一特性，系统可以省去倍频电路（细分电路）、变相电路等。从而更加方便稳定地测量出位移量。位移量会显示在系统LCD12864显示屏上，并通过TTL转USB模块传输至上位机，用户同样可以在C#编写的Windows Form应用程序的UI界面上观察到实时位移量。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

1.确定系统整体设计：系统的设计思路、光栅尺选型、单片机的选型

2.系统硬件及pcb设计：系统中主要的硬件模块，包括stm32位移测量系统的供电电路、ttl转usb芯片、主控芯片、程序烧录接口、存储器芯片、蜂鸣器报警电路、整形调理电路和矩阵键盘。

4. 参考文献

[1] 陈彬. 超精密绝对光栅尺结构设计及其静态读码误差分析[d]. 广州：广东工业大学, 2015.

[2] 王建花,段晋胜,董彦梅.光栅尺在切割设备中的应用[j]. 数字技术与应用, 2012 (4) :93-94.

[3] 李丰丽, 锹红卫. 利用莫尔条纹技术自动控制检测位移量[c]. 全国集成光学学术会议. 1999.