วิธีการวัดการเข้ารหัสสี่เหลี่ยมจัตุรัส

ภาพรวมและภาพรวมแอปพลิเคชัน <br> ตัวเข้ารหัสเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่สามารถใช้ในการวัดการเคลื่อนไหวเชิงกลหรือตำแหน่งเป้าหมาย ตัวเข้ารหัสส่วนใหญ่ใช้เซ็นเซอร์ออปติคัลเพื่อให้สัญญาณไฟฟ้าในรูปแบบของรถไฟพัลส์ซึ่งสามารถแปลงเป็นการเคลื่อนที่ทิศทางหรือข้อมูลตำแหน่ง

เครื่องเข้ารหัสแบบหมุนสามารถใช้ในการวัดการเคลื่อนไหวการหมุนของเพลา รูปที่ 1 แสดงส่วนประกอบพื้นฐานของตัวเข้ารหัสแบบหมุนรวมถึงไดโอดเปล่งแสง (LED), ล้อรหัสและเซ็นเซอร์แสงที่ด้านหลังของล้อรหัส ล้อรหัสนี้วางอยู่บนเพลาหมุนด้วยพื้นที่รูปทรงพัดลมทึบแสงและการส่งแสงที่จัดเรียงในรูปแบบที่เข้ารหัส เมื่อล้อรหัสหมุนภาคทึบแสงจะปิดกั้นแสงและภาคการเปลี่ยนแสงจะช่วยให้แสงผ่าน สิ่งนี้สร้างพัลส์คลื่นสี่เหลี่ยมที่สามารถรวบรวมลงในตำแหน่งหรือข้อมูลการเคลื่อนไหวที่สอดคล้องกัน ตัวเข้ารหัสมักจะแบ่งออกเป็น 100 ถึง 6,000 ภาคต่อการปฏิวัติ สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าตัวเข้ารหัส 100 ส่วนสามารถให้ความแม่นยำ 3.6 องศาในขณะที่ตัวเข้ารหัส 6000 ส่วนสามารถให้ความแม่นยำ 0.06 องศา

ตัวเข้ารหัสเชิงเส้นทำงานเหมือนตัวเข้ารหัสแบบโรตารี่ มันใช้แถบทึบแสงคงที่เพื่อแทนที่ตัวเข้ารหัสแบบหมุนโดยมีช่องว่างการถ่ายภาพแสงบนพื้นผิวแถบทึบแสงและชุดตรวจจับ LED นั้นติดอยู่กับร่างกายที่เคลื่อนไหว

รูปที่ 1. ส่วนประกอบของเครื่องเข้ารหัสออปติคอล

ตัวเข้ารหัสเอาต์พุตพัลส์เดียวเท่านั้นที่ไม่สามารถกำหนดมุมการหมุนได้ดังนั้นจึงไม่มีประโยชน์ หากมีการใช้ช่องรหัสสองช่องและความแตกต่างของเฟสระหว่างภาคส่วนของพวกเขาคือ 90 องศา (ดังแสดงในรูปที่ 2) ช่องสัญญาณเอาต์พุตทั้งสองของตัวเข้ารหัสสี่เหลี่ยมจัตุรัสสามารถกำหนดข้อมูลสองตำแหน่งและทิศทางการหมุนได้ ตัวอย่างเช่นหากช่อง A นำไปสู่เฟสตัวเข้ารหัสจะหมุนตามเข็มนาฬิกา หากช่อง B นำไปสู่เฟสแล้วล้อรหัสจะหมุนทวนเข็มนาฬิกา ดังนั้นโดยการตรวจสอบจำนวนพัลส์และข้อมูลเฟสสัมพัทธ์ระหว่างสัญญาณ A, B จึงเป็นไปได้ที่จะได้รับข้อมูลตำแหน่งและทิศทางของการหมุนในเวลาเดียวกัน

รูปที่ 2 สัญญาณเอาต์พุตของการเข้ารหัสสี่เหลี่ยมจัตุรัส A และ B

นอกจากนี้ตัวเข้ารหัสสี่เหลี่ยมจัตุรัสบางตัวยังรวมถึงช่องสัญญาณเอาต์พุตที่สามที่เรียกว่าสัญญาณศูนย์หรือสัญญาณอ้างอิง พัลส์เดียวจะถูกส่งออกสำหรับการหมุนแต่ละช่องของช่องนี้ คุณสามารถใช้พัลส์เดี่ยวนี้เพื่อคำนวณตำแหน่งอ้างอิงได้อย่างแม่นยำ ในตัวเข้ารหัสส่วนใหญ่สัญญาณนี้เรียกว่าแกน z หรือดัชนี

จนถึงตอนนี้บทความนี้ได้แนะนำตัวเข้ารหัสสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่เพิ่มขึ้นแบบปลายเดี่ยว เนื่องจากสัญญาณทั้ง A และ B ถูกอ้างอิงถึงกราวด์พวกเขาจึงถูกเรียกว่าปลายเดี่ยวและแต่ละสัญญาณมีเพียงหนึ่งบรรทัด (หรือเพียงหนึ่งเดียว) อีกตัวเข้ารหัสที่ใช้กันทั่วไปคือตัวเข้ารหัสที่แตกต่างกันและสัญญาณ A และ B ของมันมีสายไฟสองสาย สัญญาณ A สองบรรทัดคือ A 'และ A และสัญญาณ B สองบรรทัดคือ B' และ B ตามลำดับ เนื่องจากสี่บรรทัดเหล่านี้จะส่งออกระดับที่รู้จักเสมอ (0V หรือ VCC) โครงสร้างนี้จึงเรียกว่าโครงสร้างแบบพุชดึง เมื่อ A คือ VCC, A 'คือ 0V ในทางกลับกันเมื่อ A คือ 0V, A 'คือ VCC ในกรณีของเครื่องเข้ารหัสแบบปลายเดี่ยว A คือ VCC หรือลอยตัว การใช้การตรวจจับที่แตกต่างกันสามารถมั่นใจได้ถึงความแม่นยำของสัญญาณดังนั้นจึงสามารถใช้เครื่องเข้ารหัสที่แตกต่างกันได้ในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณรบกวนไฟฟ้าขนาดใหญ่

ด้วยตัวเข้ารหัสที่เพิ่มขึ้นสามารถวัดข้อมูลการเปลี่ยนแปลงตำแหน่ง (ซึ่งสามารถคำนวณความเร็วในการเคลื่อนไหวและการเร่งความเร็วได้) สามารถวัดได้ แต่ไม่สามารถกำหนดตำแหน่งสัมบูรณ์ของเป้าหมายได้ ที่นี่เราจะแนะนำตัวเข้ารหัสประเภทที่สาม: ตัวเข้ารหัสสัมบูรณ์ซึ่งสามารถรับตำแหน่งสัมบูรณ์ของเป้าหมายได้ ตัวเข้ารหัสนี้เช่นตัวเข้ารหัสที่เพิ่มขึ้นมีภาคทึบแสงสลับกันและภาคโปร่งใส อย่างไรก็ตามตัวเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์ใช้โซนหลายองค์ประกอบบนล้อรหัสของตัวเข้ารหัสเพื่อสร้างช่องรหัสศูนย์กลางเช่นเดียวกับวงแหวนเป้าหมาย เส้นทางรหัสศูนย์กลางเริ่มต้นจากศูนย์กลางของรหัสเข้ารหัสและขยายออกไปด้านนอกจนถึงด้านนอกของบอร์ดรหัส แต่ละช่องรหัสมีพาร์ติชันสองเท่ากว่าเลเยอร์ด้านใน ชั้นแรกคือช่องรหัสด้านในสุดมีเพียงภาคการส่งแสงเพียงแห่งเดียวและภาคทึบแสงหนึ่งภาค ชั้นที่สองที่ตรงกลางมีสองภาคการส่งแสงและสองภาคทึบแสง และมีภาคการถ่ายทอดแสงสี่ภาคและภาคทึบแสงสำหรับช่องรหัสที่สาม หาก encoder มีช่องสัญญาณรหัส 10 เลเยอร์ช่องรหัสด้านนอกสุดมี 512 ภาค หากมีช่องรหัสเลเยอร์ 16 ช่องช่องรหัสด้านนอกสุดมี 32,767 ภาค

เนื่องจากตัวเข้ารหัสสัมบูรณ์มีมากกว่าหนึ่งภาคส่วนต่อช่องรหัสมากกว่าหนึ่งในนั้นจำนวนของภาคส่วนจึงเป็นระบบการนับไบนารี ในตัวเข้ารหัสประเภทนี้แต่ละช่องรหัสบนล้อรหัสสอดคล้องกับแหล่งกำเนิดแสงและตัวรับสัญญาณ ซึ่งหมายความว่าตัวเข้ารหัส 10 ชั้นต้องใช้แหล่งกำเนิดแสงและตัวรับสัญญาณ 10 กลุ่มในขณะที่ตัวเข้ารหัส 16 ชั้นต้องใช้แหล่งกำเนิดแสง 16 กลุ่ม 16 กลุ่ม

ข้อได้เปรียบของตัวเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์คือคุณสามารถลดความเร็วของตัวเข้ารหัสและทำให้ coder ของ encoder สร้างการปฏิวัติเพียงครั้งเดียวในระหว่างรอบการเคลื่อนไหวของเครื่องทั้งหมด หากเครื่องเดินทาง 10 นิ้วและตัวเข้ารหัสมีความแม่นยำ 16 บิตความแม่นยำของตำแหน่งเครื่องคือ 10/65,536 หรือ 0.00015 นิ้ว หากเครื่องเดินทางนานขึ้นเช่น 6 ฟุตแล้วตัวเข้ารหัสแบบหมุนหยาบสามารถมั่นใจได้ว่าแต่ละเท้าจะถูกติดตาม ขั้นตอนที่สองที่เรียกว่าตัวเข้ารหัสโรตารี่ที่ดีสามารถติดตามระยะทางภายใน 1 ฟุต ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถปรับตัวเข้ารหัสหยาบเพื่อให้หมุนรอบระยะทาง 6 ฟุตทั้งหมด นอกจากนี้คุณยังสามารถปรับตัวเข้ารหัสบาง ๆ เพื่อให้สามารถแก้ไขช่วง 1 ฟุต (หรือ 12 นิ้ว)

วิธีการวัด โดยใช้ตัวเข้ารหัส <br> เพื่อใช้ตัวเข้ารหัสสำหรับการวัดจะต้องมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานเคาน์เตอร์ ตัวนับพื้นฐานสร้างค่าผ่านช่องสัญญาณอินพุตหลายช่องเพื่อระบุจำนวนขอบที่ตรวจพบ (เช่นการเปลี่ยนแปลงจากต่ำถึงสูงหรือสูงถึงต่ำในรูปคลื่น) เคาน์เตอร์ส่วนใหญ่มีสามอินพุตที่เกี่ยวข้อง-เกณฑ์แหล่งที่มาและการเลือกขึ้น/ลง ตัวนับบันทึกจำนวนเหตุการณ์ในอินพุตต้นฉบับและนับขึ้นหรือลงตามสถานะของบรรทัดการเลือกขึ้น/ลง ตัวอย่างเช่น: หากบิตสถานะขึ้น/ลงเป็น "สูง" แล้วตัวนับจะนับขึ้นไป หากบิตสถานะขึ้น/ลงเป็น "ต่ำ" ตัวนับจะนับถอยหลัง รูปที่ 3 แสดงแผนภาพบล็อกตัวนับที่เรียบง่าย

รูปที่ 3 โมเดลที่เรียบง่ายของเคาน์เตอร์

เครื่องเข้ารหัสมักจะมี 5 สายที่ต้องเชื่อมต่อ ตัวเข้ารหัสที่แตกต่างกันสีของเส้นเหล่านี้ไม่เหมือนกัน คุณสามารถใช้สายไฟเหล่านี้เพื่อเปิดเครื่องเข้ารหัสและอ่านสัญญาณ A, B และ Z รูปที่ 4 แสดงคำจำกัดความอินเตอร์เฟสทั่วไปสำหรับตัวเข้ารหัสที่เพิ่มขึ้น

รูปที่ 4. อินเทอร์เฟซตัวเข้ารหัสที่เพิ่มขึ้น

ขั้นตอนต่อไปคือการตัดสินใจว่าควรเชื่อมต่อบรรทัดเหล่านี้ที่ไหน ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นสัญญาณ A เชื่อมต่อกับเทอร์มินัลต้นทางและพัลส์ในสัญญาณจะถูกนับ สัญญาณ B เชื่อมต่อกับพอร์ตการเลือกขึ้น/ลง เชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟ +5V DC ใด ๆ กับการเชื่อมต่อพลังงานและพื้นดินในกรณีส่วนใหญ่มีเพียงหนึ่งบรรทัดดิจิตอลสำหรับอุปกรณ์เก็บข้อมูลที่เพียงพอ

เนื่องจากมีการนับขอบสัญญาณสิ่งต่อไปที่คุณต้องพิจารณาคือวิธีการแปลงค่าเหล่านี้เป็นข้อมูลตำแหน่งอย่างไร กระบวนการแปลงค่าขอบเป็นข้อมูลตำแหน่งขึ้นอยู่กับประเภทของการเข้ารหัสที่ใช้ การเข้ารหัสพื้นฐานสามประเภท: X1, X2 และ X4

การเข้ารหัส x1

รูปที่ 5 แสดงจำนวนของบวกจำนวนบวกสำหรับระยะเวลาสี่เหลี่ยมจัตุรัสและประเภทการเข้ารหัส X1 ที่สอดคล้องกัน เมื่อ Channel A นำไปสู่ช่อง B การเพิ่มขึ้นที่ขอบที่เพิ่มขึ้นของช่อง A เมื่อช่อง B นำไปสู่ช่อง A การลดลงที่ขอบที่ตกลงมาของช่อง A A.

รูปที่ 5. การเข้ารหัส x1

การเข้ารหัส x2

การเข้ารหัส X2 นั้นคล้ายคลึงกับกระบวนการข้างต้นยกเว้นว่าแต่ละการนับขอบของตัวนับช่องจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงขึ้นอยู่กับช่องที่กำลังถูกส่งผ่านช่องทาง ค่าของตัวนับจะเพิ่มขึ้น 2 หรือลดลง 2 รอบตามที่แสดงในรูปที่ 6

รูปที่ 6. การเข้ารหัส x2

การเข้ารหัส x4

ในโหมดการเข้ารหัส x4 เคาน์เตอร์ยังเพิ่มขึ้นหรือลดลงในแต่ละขอบของช่องสัญญาณ A และ B ไม่ว่าจำนวนเคาน์เตอร์จะเพิ่มขึ้นหรือลดลงขึ้นอยู่กับช่องใดที่นำไปสู่ช่องสัญญาณใด จำนวนเคาน์เตอร์จะเพิ่มขึ้น 4 หรือลดลง 4 ทุกรอบ

เมื่อคุณตั้งค่าประเภทการเข้ารหัสและประเภทการนับพัลส์แล้วคุณสามารถใช้สูตรต่อไปนี้เพื่อแปลงข้อมูลตัวเลขเป็นข้อมูลตำแหน่ง:

สำหรับตำแหน่งการหมุน

จำนวนการหมุน

โดยที่ n = จำนวนพัลส์ที่สร้างโดยตัวเข้ารหัสในระหว่างการหมุนแต่ละเพลา

x = ประเภทการเข้ารหัส

สำหรับตำแหน่งเชิงเส้น

การกำจัด

โดยที่ ppi = พัลส์ต่อนิ้ว (พารามิเตอร์นี้เกี่ยวข้องกับตัวเข้ารหัสที่เลือก)

การเชื่อมต่อตัวเข้ารหัสเข้ากับเครื่องมือ <br> ในส่วนนี้ใช้แชสซี Ni CDAQ-9172 และโมดูล NI 9401 C ซีรีส์ Digital I/O เป็นตัวอย่าง การใช้เครื่องมือวัดและอุปกรณ์ที่แตกต่างกันนั้นคล้ายกับกระบวนการนี้

อุปกรณ์ที่ใช้:

CDAQ-9172: NI CompactDaq 8-Slot Hi-Speed ​​USB แชสซี

NI 9401: 8 ช่องทาง, 5 V/TTL ความเร็วสูง, โมดูล I/O ดิจิตอลแบบสองทิศทาง

24 Pulse/Rotation Quadrature encoder

NI 9401 มีตัวเชื่อมต่อ D-SUB ที่ให้การเชื่อมต่อสำหรับ 8 ช่องทางดิจิตอล แต่ละช่องมีพอร์ต I/O ดิจิตอลที่สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อินพุตหรืออุปกรณ์เอาต์พุตดิจิตอล ผ่านช่องที่ 5 และ 6 บนแชสซีคุณสามารถเชื่อมต่อกับเคาน์เตอร์สองตัวใน CDAQ-9172; ดังนั้นให้ใส่ 9401 ลงในสล็อตที่ 5

ตามข้อกำหนดเหล่านี้การเชื่อมต่อ A บนตัวเข้ารหัสเชื่อมต่อกับ PIN 14 และการเชื่อมต่อ B เชื่อมต่อกับ PIN 17 และ "5 VDC Power" เชื่อมต่อกับบรรทัดหลักที่ไม่ได้ใช้ใด ๆ ที่ตั้งไว้ที่ "สูง" "" เชื่อมต่อกับพอร์ต com ใด ๆ

เริ่มวัด

ตอนนี้เครื่องเข้ารหัสได้เชื่อมต่อกับอุปกรณ์การวัดคุณสามารถใช้ซอฟต์แวร์การเขียนโปรแกรมกราฟิก NI Labview เพื่อถ่ายโอนข้อมูลนี้ไปยังคอมพิวเตอร์เพื่อการสังเกตและการวิเคราะห์

ข้อความที่ตัดตอนมาจาก: Ni "คู่มือการวัดทั่วไป"