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基于STM32单片机的新型滚动尺

作者：张其睿韦伟豪刘宣成

来源：《新校园上旬刊》·2015年第05期

摘要：为解决传统直尺量程小、功能单一、携带麻烦等问题，文章设计了一种以STM32

单片机为核心，使用增量式光电编码器采集数据并通过OLED显示屏实时显示和语音播报测量

结果的新型滚动尺。该滚动尺具有量程大、精度高、使用方便等特点，不仅可以测量直线的距

离，还可以测量曲线、曲面的距离。

关键词：滚动尺;增量式光电编码器;STM32单片机

传统的尺子主要有游标卡尺、钢尺、卷尺等，量程一般在10米左右，只能测量直线距

离，功能单一，体积略大。针对传统尺子的局限性，文中设计了一种基于STM32单片机的新

型滚动尺，该滚动尺具有量程大、精度高、使用方便等特点，不仅可以测量直线距离，还可以

测量曲线、曲面的距离，测量时通过OLED显示屏实时显示测量数据，测量完毕后能够语音播

报测量结果，有效地解决了传统直尺的量程小，功能单一，携带麻烦等缺点。

滚动尺主要由滚动小轮、增量式编码器、STM32单片机、按键、OLED显示屏以及语音

播报模块组成。其中，增量式编码器负责将滚动小轮的圆周运动转换成脉冲输出给单片机，

STM32单片机是滚动尺的核心，负责处理各项数据和任务，OLED显示屏负责实时显示测量结

果，语音模块部分负责将测量结果通过语音播放出来，而按键模块则负责测量单位转换、数据

锁定或清零等操作。滚动尺组成示意图如图1所示。

图1滚动尺组成示意图

一、测距原理

滚动尺的测距原理为：当用手拖动滚动尺时，滚动小轮做圆周运动并带动编码器，编码

器将圆周运动转化成数字脉冲信号输出，单片机对编码器输出的脉冲进行捕获并计数，结合滚

动小轮的直径以及编码器的分辨率，就可以测算出滚动小轮所走过的距离，从而计算出距离。

当滚动小轮的周长为51.2mm，编码器的分辨率为512线时，如果滚动小轮带动编码器旋

转一周，则滚动小轮走过的距离为51.2mm，编码器输出512个脉冲，此时一个脉冲就对应

0.1mm的长度。如果用滚动尺测量了一段距离后，编码器共输出了100个脉冲，那么所测的这

段距离为0.1mm×100=10cm。

二、硬件设计

滚动尺的硬件设计包括3.3V稳压电路、STM32单片机最小系统、编码器、OLED显示器

以及语音播放电路等。STM32F103C8是一款高性能32位微控制器，具有20KB的RAM以及

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64KB的ROM，强大的处理性能足以应付复杂的任务。编码器采用了512线增量式光电编码

器，OLED显示器采用了0.96英寸128*64分辨率的OLED显示器。语音播放采用了WT588D

语音芯片。滚动尺的硬件组成示意图如图2所示。

图2滚动尺硬件组成示意图

三、软件设计

滚动尺的基本软件流程为：首先对系统及外设进行初始化设置，然后通过单片机的编码

器接口对编码器输出的数字脉冲进行捕获并计数，经过处理后得到测量结果，接着单片机实时

刷新OLED显示测量数据，当测量完毕后控制语音模块将测量结果播报出来。具体软件流程图

如图3所示。

图3软件流程图

四、实验测试

本次试验的滚动尺使用的编码器分辨率为512线，滚动小轮的周长为51.2厘米，对应的

测量精度为0.1毫米。根据设计的电路和软件，测量数据如表1所示，由表1可知该滚动尺的

测量误差基本在1%以内，测量精度较好，能够满足一般的应用要求。

表1滚动尺测量数据

新型滚动尺以STM32单片机为核心，通过增量式编码器将滚动小轮的圆周运动转换为数

字脉冲输出，结合滚动小轮的周长便计算出所测量的距离，并通过OLED以及语音播报功能呈

现测量结果。新型滚动尺不仅可以测量直线距离，还可以测量曲线和曲面的距离，相对于传统

的尺子具有功能多、精度好、量程大、使用方便等优点，若采用分辨率更高的编码器便可获得

更好的测量精度，可广泛运用在工业生产、地图测绘、物位检测等领域。

参考文献：

邓军[1].STM32