Bộ mã hóa và tổng quan ứng dụng <br> Bộ mã hóa là một thiết bị cơ điện có thể được sử dụng để đo chuyển động cơ học hoặc vị trí đích. Hầu hết các bộ mã hóa sử dụng các cảm biến quang học để cung cấp tín hiệu điện ở dạng tàu xung, từ đó có thể được chuyển đổi thành thông tin chuyển động, hướng hoặc vị trí.
Bộ mã hóa xoay có thể được sử dụng để đo chuyển động quay của trục. Hình 1 cho thấy các thành phần cơ bản của bộ mã hóa quay, bao gồm một diode phát sáng (LED), bánh xe mã và cảm biến ánh sáng ở mặt sau của bánh xe mã. Bánh xe mã này được đặt trên một trục quay với các khu vực hình người hâm mộ mờ đục và ánh sáng được sắp xếp ở dạng được mã hóa. Khi bánh xe quay quay, các khu vực mờ đục chặn ánh sáng và các khu vực truyền ánh sáng cho phép ánh sáng đi qua. Điều này tạo ra các xung sóng vuông có thể được biên dịch thành vị trí tương ứng hoặc thông tin chuyển động. Bộ mã hóa thường được chia thành 100 đến 6000 lĩnh vực cho mỗi vòng quay. Điều này cho thấy một bộ mã hóa 100 ngành có thể cung cấp độ chính xác 3,6 độ trong khi bộ mã hóa 6000 ngành có thể cung cấp độ chính xác 0,06 độ.
Bộ mã hóa tuyến tính hoạt động như bộ mã hóa quay. Nó sử dụng một dải cố định, mờ đục để thay thế bộ mã hóa quay, với một số khoảng trống truyền ánh sáng trên bề mặt dải mờ đục và lắp ráp máy dò LED được gắn vào thân di chuyển.
Hình 1. Các thành phần của bộ mã hóa quang
Chỉ có một bộ mã hóa đầu ra xung không thể xác định góc quay, vì vậy nó không hữu ích. Nếu hai kênh mã được sử dụng và chênh lệch pha giữa các lĩnh vực của chúng là 90 độ (như trong Hình 2), hai kênh đầu ra của bộ mã hóa bậc hai có thể xác định hai thông tin về vị trí và hướng xoay. Ví dụ: nếu kênh A dẫn pha, bộ mã hóa quay theo chiều kim đồng hồ. Nếu kênh B dẫn pha, thì bánh xe mã quay ngược chiều kim đồng hồ. Do đó, bằng cách theo dõi số lượng xung và thông tin pha tương đối giữa các tín hiệu A, B, có thể có được thông tin vị trí và hướng của vòng quay cùng một lúc.
Hình 2. Tín hiệu đầu ra của bộ mã hóa bậc hai A và B
Ngoài ra, một số bộ mã hóa bậc hai cũng bao gồm kênh đầu ra thứ ba có tên là tín hiệu hoặc tín hiệu không tham chiếu. Một xung duy nhất là đầu ra cho mỗi vòng quay của kênh này. Bạn có thể sử dụng xung đơn này để tính toán chính xác vị trí tham chiếu. Trong hầu hết các bộ mã hóa, tín hiệu này được gọi là trục Z hoặc chỉ mục.
Cho đến nay, bài viết này đã giới thiệu một bộ mã hóa bậc hai gia tăng một đầu. Bởi vì cả tín hiệu A và B đều được tham chiếu đến mặt đất, chúng được gọi là một đầu và mỗi tín hiệu chỉ có một dòng (hoặc chỉ một). Một bộ mã hóa thường được sử dụng khác là một bộ mã hóa vi sai và tín hiệu A và B của nó có hai dây. Hai dòng của tín hiệu A là A 'và A, và hai dòng của tín hiệu B lần lượt là B' và B. Bởi vì bốn dòng này luôn tạo ra một mức đã biết (0V hoặc VCC), cấu trúc này còn được gọi là cấu trúc kéo đẩy. Khi A là VCC, A 'là 0V. Ngược lại, khi A là 0V, A 'là VCC. Trong trường hợp của một bộ mã hóa một kết thúc, A là VCC hoặc nổi. Sử dụng phát hiện vi sai có thể đảm bảo độ chính xác của tín hiệu, do đó bộ mã hóa vi sai thường có thể được sử dụng trong môi trường có nhiễu điện lớn.
Với bộ mã hóa gia tăng, chỉ có thể đo được thông tin thay đổi vị trí (từ đó có thể tính toán tốc độ và gia tốc chuyển động), nhưng không thể xác định được vị trí tuyệt đối của mục tiêu. Ở đây, chúng tôi sẽ giới thiệu một loại bộ mã hóa thứ ba: bộ mã hóa tuyệt đối, có thể có được vị trí tuyệt đối của mục tiêu. Bộ mã hóa này, giống như bộ mã hóa gia tăng, có các lĩnh vực mờ đục xen kẽ và các lĩnh vực trong suốt. Tuy nhiên, bộ mã hóa tuyệt đối sử dụng vùng đa thành phần trên bánh xe mã của bộ mã hóa để tạo thành kênh mã đồng tâm, giống như một vòng đích. Đường dẫn mã đồng tâm bắt đầu từ trung tâm của mã bộ mã hóa và mở rộng ra ngoài cho đến bên ngoài bảng mã. Mỗi kênh mã có hai lần phân vùng so với lớp bên trong của nó. Lớp đầu tiên, kênh mã trong cùng, chỉ có một khu vực truyền ánh sáng và một khu vực mờ đục; Lớp thứ hai ở trung tâm có hai lĩnh vực truyền ánh sáng và hai lĩnh vực mờ đục; Và có bốn lĩnh vực truyền ánh sáng và các lĩnh vực mờ đục cho kênh mã thứ ba. Nếu bộ mã hóa có 10 kênh mã lớp, thì kênh mã ngoài cùng có 512 lĩnh vực; Nếu có 16 kênh mã lớp, thì kênh mã ngoài cùng có 32.767 lĩnh vực.
Bởi vì bộ mã hóa tuyệt đối có nhiều hơn một số ngành trên mỗi kênh mã so với phần bên trong nó, số lượng các ngành tạo thành một hệ thống đếm nhị phân. Trong loại bộ mã hóa này, mỗi kênh mã trên bánh xe mã tương ứng với nguồn sáng và máy thu. Điều này có nghĩa là một bộ mã hóa 10 lớp yêu cầu 10 nhóm nguồn ánh sáng và máy thu, trong khi bộ mã hóa 16 lớp yêu cầu 16 nhóm nguồn ánh sáng và máy thu.
Ưu điểm của bộ mã hóa tuyệt đối là bạn có thể giảm tốc độ của bộ mã hóa và làm cho bộ mã hóa của bộ mã hóa chỉ tạo ra một cuộc cách mạng trong toàn bộ chu kỳ chuyển động của máy. Nếu máy di chuyển 10 inch và bộ mã hóa có 16 bit chính xác, thì độ chính xác của vị trí máy là 10/65,536, hoặc 0,00015 inch. Nếu máy di chuyển lâu hơn, chẳng hạn như 6 feet, thì bộ mã hóa quay thô có thể đảm bảo rằng mỗi bàn chân được theo dõi; Giai đoạn thứ hai, được gọi là bộ mã hóa quay tốt, có thể theo dõi khoảng cách trong vòng 1 feet. Điều này có nghĩa là bạn có thể điều chỉnh bộ mã hóa thô để nó quay xung quanh toàn bộ khoảng cách 6 feet; Bạn cũng có thể điều chỉnh bộ mã hóa mỏng để nó có thể giải quyết một phạm vi 1 feet (hoặc 12 inch).
Cách đo bằng bộ mã hóa <br> Để sử dụng bộ mã hóa để đo, phải có một thiết bị điện tử cơ bản, bộ đếm. Bộ đếm cơ bản tạo ra một giá trị thông qua một số kênh đầu vào của nó để chỉ ra số lượng các cạnh được phát hiện (tức là thay đổi từ thấp đến cao hoặc cao đến thấp trong dạng sóng). Hầu hết các bộ đếm có ba lần đầu vào liên quan đến ngưỡng, nguồn và lựa chọn lên/xuống. Bộ đếm ghi lại số lượng các sự kiện trong đầu vào nguồn và đếm lên hoặc xuống theo trạng thái của dòng lựa chọn lên/xuống. Ví dụ: nếu bit trạng thái lên/xuống là "cao" thì bộ đếm được tính lên; Nếu bit trạng thái lên/xuống là "thấp" thì bộ đếm đếm ngược. Hình 3 cho thấy một sơ đồ khối bộ đếm đơn giản hóa.
Hình 3. Mô hình đơn giản hóa của bộ đếm
Bộ mã hóa thường có 5 dây cần được kết nối. Các bộ mã hóa khác nhau, màu của các dòng này không giống nhau. Bạn có thể sử dụng các dây này để cung cấp năng lượng cho bộ mã hóa và đọc tín hiệu A, B và Z. Hình 4 cho thấy một định nghĩa giao diện điển hình cho một bộ mã hóa gia tăng.
Hình 4. Giao diện mã hóa gia tăng
Bước tiếp theo là quyết định nơi các dòng này nên được kết nối. Như đã đề cập ở trên, tín hiệu A được kết nối với thiết bị đầu cuối nguồn và các xung trong tín hiệu của nó được tính. Tín hiệu B được kết nối với cổng chọn lên/xuống. Kết nối bất kỳ nguồn cung cấp năng lượng +5V DC nào với các kết nối nguồn và mặt đất trong hầu hết các trường hợp, chỉ có một dòng kỹ thuật số cho thiết bị thu thập dữ liệu là đủ.
Vì các cạnh tín hiệu được tính, điều tiếp theo bạn cần xem xét là làm thế nào các giá trị này nên được chuyển đổi thành thông tin vị trí. Quá trình chuyển đổi giá trị cạnh thành thông tin vị trí phụ thuộc vào loại mã hóa được sử dụng. Có ba loại mã hóa cơ bản: x1, x2 và x4.
Mã hóa x1
Hình 5 cho thấy số lượng số lượng cộng với khoảng thời gian qua hai và loại mã hóa X1 tương ứng của nó. Khi kênh A dẫn kênh B, sự gia tăng xảy ra trên cạnh tăng của kênh A. Khi kênh B dẫn kênh A, sự giảm xảy ra ở cạnh rơi của kênh A.
Hình 5. Mã hóa x1
Mã hóa x2
Mã hóa X2 tương tự như quy trình trên, ngoại trừ mỗi số cạnh của bộ đếm, một kênh được tăng hoặc giảm, tùy thuộc vào kênh nào được kênh. Giá trị của bộ đếm sẽ tăng thêm 2 hoặc giảm 2 mỗi chu kỳ, như trong Hình 6.
Hình 6. Mã hóa x2
Mã hóa x4
Trong chế độ mã hóa X4, bộ đếm cũng tăng hoặc giảm trên mỗi cạnh của các kênh A và B. Việc số lượng bộ đếm tăng hay giảm phụ thuộc vào kênh nào dẫn kênh nào. Số lượng bộ đếm sẽ tăng thêm 4 hoặc giảm 4 mỗi chu kỳ.
Khi bạn đã đặt loại mã hóa và loại đếm xung, bạn có thể sử dụng công thức sau để chuyển đổi thông tin số thành thông tin vị trí:
Cho vị trí xoay
Số lượng xoay 
Trong đó n = số xung được tạo bởi bộ mã hóa trong mỗi vòng quay của trục
x = loại mã hóa
Cho vị trí tuyến tính
Dịch chuyển 
Trong đó ppi = xung trên mỗi inch (tham số này liên quan đến bộ mã hóa đã chọn)
Kết nối bộ mã hóa với thiết bị <br> Trong phần này, hãy lấy khung gầm NI CDAQ-9172 và mô-đun I/O kỹ thuật số NI 9401 C làm ví dụ. Sử dụng các dụng cụ và thiết bị đo lường khác nhau tương tự như quá trình này.
Thiết bị sử dụng:
CDAQ-9172: NI Compactdaq 8-SLOT USB Khung gầm USB
NI 9401: 8 kênh, 5 V/TTL tốc độ cao, mô-đun I/O kỹ thuật số hai chiều
24 Bộ mã hóa Quang cầu Xung/Xoay
NI 9401 có đầu nối D-Sub cung cấp kết nối cho 8 kênh kỹ thuật số. Mỗi kênh có một cổng I/O kỹ thuật số có thể được kết nối với thiết bị đầu vào hoặc đầu ra kỹ thuật số. Chỉ qua các khe cắm thứ 5 và thứ 6 trên khung gầm, bạn mới có thể kết nối với hai bộ đếm trong CDAQ-9172; Do đó, chèn 9401 vào khe thứ 5.
Theo các thông số kỹ thuật này, kết nối A trên bộ mã hóa được kết nối với chân 14 và kết nối B được kết nối với chân 17 và "5 nguồn VDC" được kết nối với bất kỳ dòng chữ số không sử dụng nào được đặt thành "cao". "" Kết nối với bất kỳ cổng com.
Bắt đầu đo lường
Bây giờ bộ mã hóa đã được kết nối với thiết bị đo, bạn có thể sử dụng phần mềm lập trình đồ họa NI LabView để chuyển dữ liệu này sang máy tính để quan sát và phân tích.
Trích từ: NI "Hướng dẫn đo lường chung"