一種基於Arduino的光電編碼器檢測儀設計方案

2020-11-24 電子產品世界

　　0 引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/256786.htm

　　Arduino是一款基於單片機系統的電子產品開發平臺，它的軟硬體系統都具有高度的模塊化，而且軟體系統是完全開源的。其硬體系統也是高度模塊化的，在核心控制板的外圍有開關量輸入/輸出模塊、各種模擬量傳感器輸入模塊、總線類傳感器的輸入模塊，還有網絡通信模塊[1-2].Arduino有自己特有的程式語言。其語法規則類似C/C++語言，IDE環境和語言把單片機與硬體相關的一些參數都參數化並進行了很好的封裝，把埠都打包，寄存器、地址指針之類的基本不用管，大大降低了軟體開發難度。因此不用開發者去了解其硬體結構即可對其編程，實現設計者的設計意圖和創意[3].

　　本文提出了一種基於Arduino開發環境的光電編碼器檢測儀設計方案，能夠對光電編碼器的好壞進行判斷，實現光電編碼器正轉與反轉時的脈衝計數。

　　1 整體設計

　　該檢測儀主要由調理電路、Arduino控制板、液晶顯示電路等組成，如圖1所示。

　　

 

　　CLKA和CLKB為光電編碼器輸出的兩路相位相差90°的編碼信號。調理電路用來對這兩路信號進行整形濾波等信號處理，最後送至Arduino控制板。Arduino控制板用來實現光編碼器脈衝個數的計數，正轉、反轉兩種脈衝信號的判別。液晶顯示電路用來顯示檢測的參數，同時對不同型號光電編碼器進行選擇控制。

　　2 硬體部分設計

　　2.1 調理電路

　　信號調理電路用於檢測信號的調理，主要是把待測交流信號，經過濾波、放大、選通、有效值轉換、限幅等處理，送到微控制器進行測量。

　　圖2為調理電路框圖，光電編碼器輸出的兩路相位相差90°的正弦波信號A、B,經施密特觸發器變為a、b兩組方波信號。A 分為兩組：一路經微分電路，在方波的上升沿形成脈衝信號d,再由門電路輸出，形成正轉脈衝，另一路經反相器，形成反相方波c,再經微分電路形成脈衝信號e,由門電路輸出反相脈衝g.b組方波直接連到兩個門電路的控制端，作為兩個門電路的選通信號。

　　

 

　　光電編碼器正轉時，b組信號超前90°，它的方波正半波對應不經反相器a組方波的上升沿，正半波又使門電路選通，d組脈衝通過門電路形成正轉脈衝;而c組方波的上升沿對應b組方波負半波，此時雖然微分電路輸出e脈衝，但門電路關閉，不能輸出反相脈衝g.當編碼器反轉時，情況正好相反。最終輸出的脈衝分別送入控制檢測電路進行計數。

　　2.2 Arduino控制板

　　本檢測儀採用了義大利最新開發的Arduino Due微控制器。Arduino Due 是一塊基於Atmel SAM3X8ECPU 的微控制器板。它是第一塊基於32 位ARM 核心的Arduino,使用32位ARM核心的Due相較於以往的使用8位AVR核心的其他Arduino更強大：32位核心在一個時鐘能處理32位的數據。控制板包括54個數字I/O引腳(其中12路PWM輸出)，12個模擬輸入通道，2個模擬輸出通道(DAC)，I/O口總輸出電流為130 mA.3.3 V埠輸出能力為800 mA,5 V 埠輸出能力為800 mA,FLASH 512 KB(所有空間都可以儲存用戶程序)，SRAM96 KB(兩個部分：64 KB and 32 KB)，時鐘速率[4-5]為84 MHz.

　　由於Arduino due的工作電壓為3.3 V,I/O口可承載電壓也為3.3 V,所以經過調理電路產生的5 V 脈衝不能直接處理。本檢測儀通過SN74lVC4245 晶片把5 V的脈衝整形為3.3 V的脈衝。

　　2.3 液晶顯示電路

　　本設計中採用了國產開發的可編程智能LCD(即Programmable Smart LCD,簡稱PS-LCD)。PS-LCD 是一種包含LCD顯示屏、LCD控制器、觸控螢幕、人機界面處理系統和通信接口於一體的智能顯示模組，通過可選的通信接口與外部控制單元(如：51單片機、ARM、DSP、PC、PLC、總線設備等)連接，實現系統的人機互動界面。

　　新建Designer工程，定義界面解析度、界面切換效果和主界面等;設置背景、加入/設置控制項、定義事件動作等;PS-LCD的採用Java Script的腳本語言，Java Script是網際網路上最流行的腳本語言，它存在於全世界所有Web 瀏覽器中，能夠增強用戶與Web 站點和Web 應用程式之間的交互。本液晶顯示屏通過腳本編寫實時地顯示微控制器採集送過來的脈衝個數，並進行判斷。

　　用LCD 模擬器驗證界面效果和通信過程，重複前面步驟直到滿意為止。

　　PS-LCD 作為先進的智能人機界面產品，能通過通信接口輕鬆靈活地與外部控制單元實現數據交互。目前，PS-LCD支持兩種通信協議：CTP(Cooky Talking Pro-tocol)協議和用戶自定義(UserDefine)協議。本檢測儀採用的是CTP協議。

　　在CTP通信模式下，PS-LCD在收到通信命令後，會立刻執行，結束後會向主控制器返回結果。由於PS-LCD的串口通信協議跟微控制器Arduino Due的通信協議不一致，在通信過程中要進行轉換和控制。為了取消PS-LCD 命令執行結果的自動回復消息，在CTP 通信模式下，通過調用ctpSet(「reply」,0)函數取消PS-LCD 的自動回復。PS-LCD同時通過通信協議產生的串口信號來控制微控制器的工作，真正實現人機互動的效果[6].

　　生成界面輸出文件spf,然後將spf文件通過PS-LCD專用軟體工具Flex下載到PS-LCD驗證最終界面效果。

　　本檢測儀PS-LCD最終的檢測界面如圖3所示。

相關焦點

  • 基於MSP430F149單片機的光電編碼器位置檢測系統方案
    1、光電編碼器原理 　　光電編碼器是集光、機、電技術於一體的數位化傳感器，其基本原理就是在特製的碼盤上按一定規律編排光柵圖案，將這些圖案用光電頭讀取，轉變為高低有序排列的電平信號
  • 國產光電編碼器如何跟上自動化技術節奏
    而隨著製造升級，以及更高級別運動控制需求的出現，光電編碼器也成為了自動化系統中需要進一步成長的一員。如何邁向更高性能，跟上時代的步伐，是當下許多編碼器供應商的重要課題。高解析度，小型化，高穩定光電編碼器要如何滿足新的技術升級需求？光電編碼器，顧名思義，是基於光電轉換技術的。
  • 光電編碼器的原理
    光電編碼器，是一種通過光電轉換將輸出秩儐的機械幾何位移量轉換成脈衝或數字量的傳感器。這是目前應用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。
  • 光電編碼器工作原理
    這三種光電編碼器的工作原理又存在哪些差別呢?接下來我們就一起來看看吧～本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/274597.htm一、光電編碼器工作原理- -簡介　　光電編碼器，又稱為手輪脈衝發生器，簡稱手輪，是一種通過光電轉換將輸出軸的機械幾何位移量轉換為脈衝或數字量的傳感器，主要應用於各種數控設備，是目前應用最多的一種傳感器。
  • 光電編碼器分類及作用
    隨著工業的發展和進步，在生產中有了很多的問題，人們為了解決這些問題發明設計了很多優秀小巧的機器。工具機行業中最具體的莫過於光電編碼器的出現。對於非專業的人士來說，光電編碼器是一個陌生的名詞。 光電編碼器是一種優秀的測量裝置，簡單的說，就是將機器移動或者旋轉的位移轉為特殊的電信號和脈衝信號，供自身或者別的機器進抉擇，計算。
  • 光電編碼器
    光電編碼器，是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈衝或數字量的傳感器。這是目前應用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。
  • 基於紅外超聲光電編碼器的室內移動小車定位系統
    1.2 光電編碼器測距定位原理　　光電編碼器是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈衝或數字量的傳感器，這是目前應用最多的傳感器，由光柵盤和光電檢測裝置組成。　　光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。
  • 光電編碼器的工作原理
    工作原理:當光電編碼器的軸轉動時A、B兩根線都產生脈衝輸出,A、B兩相脈衝相差90度相位角，由此可測出光電編碼器如果A相脈衝比B相脈衝超前則光電編碼器為正轉,否則為反轉.Z線為零脈衝線,光電編碼器每轉一圈產生一個脈衝.主要用作計數。A線用來測量脈衝個數,B線與A線配合可測量出轉動方向.
  • 編碼器的CAN總線接口及其在光電跟蹤系統中的應用
    1 引 言本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/149568.htm絕對式光電軸角編碼器是一種數字測角裝置，實時測量轉軸所處的角位置及角速度
  • 基於FPGA的RCN226絕對式編碼器通信接口設計
    0 引言 光電碼盤是一種基本的位置、速度檢測反饋單元，非常廣泛地應用於變頻器、直流伺服、交流伺服等系統的閉環控制中。為了減小體積，絕對式編碼器一般採用串行通信方式輸出絕對編碼，針對伺服電機控制等高端場合，為了滿足快速的電流環、速度環、位置環的控制需要，編碼輸出的速度又應該非常快，這些不利因素都對絕對式編碼的接收增加了難度。 絕對式編碼器廠家大多為其編碼器配套了接收晶片，實現串行編碼到並行編碼的轉換，便於控制器的讀取操作。
  • 基於ARM的旋轉編碼器採集模塊設計
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/271736.htm　　本文針對旋轉編碼器在工業現場中的應用，基於LPCI768硬體平臺，設計出一種旋轉編碼器採集模塊，該模塊內部具有高精度分析、整形、解碼電路，可同時對2路編碼器輸入信號進行分析、解碼。經過處理的旋轉信號通過高性能處理器進行採集及數字濾波。
  • 光電編碼器原理及應用實例介紹
    這種編碼器的特點是不要計數器，在轉軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應的數字碼。顯然，碼道越多，解析度就越高，對於一個具有 N位二進位解析度的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。目前國內已有16位的絕對編碼器產品。絕對式編碼器是利用自然二進位或循環二進位（葛萊碼）方式進行光電轉換的。
  • 基於CPLD的編碼器解碼接口、PWM輸出方案及其在運動控制卡和伺服...
    而用中規模的CPLD來完成AB相正交編碼信號解碼功能的設計，就成了一個選擇，加之CPLD的可塑性，及日益走好的性價比趨勢，這種方案甚至成為了唯一的最優選擇。　　而要充分利用CPLD的資源，並且達到一個高性能、高可靠性的設計，是需要足夠的技術力量保障的，這樣才會有高性加比的產品出現。　　深圳市斯邁迪科技發展有限公司正式這樣的公司，專業從事運動控制SOPC(即CPLD、 FPGA)的晶片級技術方案和平臺級技術方案開發，並向市場推出多款運動控制SOPC晶片產品。
  • 旋轉編碼器的設計
    智能旋轉換向編碼器提供輸出選項、簡單調零、簡化BOM和基於PC的見解。雖然光學編碼器和磁編碼器歷史悠久，而且基於看似「更具體」的物理概念，但是電容式編碼器亦是基於經過全面試驗的原理，並且已經通過多年來在現場的成功實際應用中得到證明。這種不同於運動感測的數字式交替方法提供了許多益處，為利用旋轉換向編碼器的設計人員提供了全新的智能水平。
  • 如何設計基於ARM的旋轉編碼器採集模塊?
    本文針對旋轉編碼器在工業現場中的應用，基於LPCI768硬體平臺，設計出一種旋轉編碼器採集模塊，該模塊內部具有高精度分析、整形、解碼電路，可同時對2路編碼器輸入信號進行分析、解碼。經過處理的旋轉信號通過高性能處理器進行採集及數字濾波。
  • 光電旋轉編碼器的原理及應用方法
    嵌入式計算機的輸入沒備一般有滑鼠、鍵盤、觸控螢幕、按鈕、旋鈕等，而光電編碼器(俗稱「單鍵飛梭」)作為一種輸入設備，由於其具有輸入靈活，簡單可靠等特點，因此特別適合應用在嵌入式儀器和手持式設備上，整個系統可以只用一個鍵作為輸入。觸控螢幕由於其方便靈活、節省空間、界面直觀等特點也備受青睞，但存在壽命短，長時間使用容易產生誤差等缺點。
  • 一種基於AT89C51的可攜式焊縫底片數位化檢測儀設計
    而可攜式焊縫底片數位化檢測儀則是因為其便攜性能夠給客戶帶來極大的方便，因此有更大的發展前景。　　設計研發可攜式焊縫底片數位化檢測儀需要完成以下幾方面的工作，按功能可以將系統分成如下四部分：　　(1)機械部分：機械部分包括傳片機構和自動控制部分。傳片機構帶動焊縫底片在水平方向上運動。該部分由無磨損導軌、橡皮傳動輪、同步傳動帶和步進電機等組成。
  • 拉力試驗機光電編碼器有什麼作用
    光電編碼器，是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈衝或數字量的傳感器。這是目前應用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。 拉力機光電編碼器 光電編碼器有兩個功能： 1、檢測拉力試驗機橫梁位移量
  • 光電軸角編碼器的細分誤差快速測量系統
    引 言本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/195575.htm　　光電軸角編碼器,又稱光電角位置傳感器,是一種集光
  • 光電旋轉編碼器的電路原理以及分類應用有哪些?
    光電旋轉編碼器的電路原理以及分類應用有哪些？光電編碼器是一種角度（角速度）檢測裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉換原理轉換成相應的電脈衝或數字量，具有體積小，精度高，工作可靠，接口數位化等優點。光電編碼器主要由光柵盤和光電檢測裝置構成，在伺服系統中，光柵盤與電動機同軸致使電動機的旋轉帶動光柵盤的旋轉，再經光電檢測裝置輸出若干個脈衝信號，根據該信號的每秒脈衝數便可計算當前電動機的轉速。光電編碼器的碼盤輸出兩個相位差相差90度的光碼，根據雙通道輸出光碼的狀態的改變便可判斷出電動機的旋轉方向。