資料介紹
光電編碼器可以通過光電原理將一個機械的幾何位移量轉換為電子信號(電子脈沖信號或者數據串)。它是一種集光、機、電為一體的數字化檢測裝置,具有精度高、結構簡單、體積小、使用可靠、易于維護、性價比高等優點。
一般來說,根據光電編碼器產生脈沖的方式不同,可以分為增量式、絕對式以及復合式3大類。增量式旋轉光電編碼器容易做成全封閉型式,易于實現小型化。它的外觀好像一個電位器,因其外部有一個可以左右旋轉同時又可按下的旋鈕,很多設備(如顯示器、示波器等)用它作為人機交互接口。在車載電子設備中被廣泛用于顯示器菜單選擇、汽車音響的音量控制調節以及汽車空調的控制調節等。筆者主要以日本阿爾卑斯EC11J微型光電編碼器為例,分析了增量式旋轉編碼器的構造及原理,進一步提出了在汽車音量控制調節過程中如何用軟件程序實現輸出脈沖的辨向和計數的方法。文中如不特別說明,所提到的編碼器均指增量式旋轉光電編碼器。
1 光電編碼器的構造與工作原理
1.1 編碼器的構造
典型的增量式光電編碼器主要由機械系統、數據掃描系統、電氣系統3大部分組成。機械系統主要起外殼和轉動支撐作用。
數據掃描系統由光源、碼盤、檢測光柵、光電檢測器件組成,如圖1所示。碼盤上刻有節距相等的輻射狀透光縫隙,相鄰兩個透光縫隙之間代表一個增量周期;檢測光柵上刻有A、B兩組與碼盤相對應的透光縫隙,用以通過或阻擋光源和光電檢測器件之間的光線。它們的節距和碼盤上的節距相等,并且兩組透光縫隙錯開1/4節距,使得光電檢測器件輸出的信號在相位上相差90°。在大多數情況下,直接從編碼器的光電檢測器件獲取的信號電平較低,波形也不規則,還不能適應于控制、信號處理和遠距離傳輸的要求。所以,在編碼器還必須將此信號放大、整形。
電氣系統部分主要包括保護電路、放大電路、抗干擾電路、數據轉換輸出等。
1.2 編碼器的工作原理
當碼盤隨著轉軸轉動時,檢測光柵不動,光線透過碼盤和檢測光柵上的縫隙照射到光電檢測器件上,光電檢測器件會輸出兩組相位差90°的脈沖信號。
圖2(a)為光電式編碼器的A/B相脈沖信號發生的典型電路。虛線框為縫隙,如果檢測光柵擋住光源的光線射向光電三極管,三極管呈截止狀態。此時A/B相輸入因上拉電路的影響呈邏輯高電平,如圖2(b)所示。反之,光電三極管受發光二極管的照射,呈飽和態(即導通)。此時A/B相因與地相接呈邏輯低電平。因此當碼盤旋轉時,會產生如圖3所示的A/B相脈沖。
一般來說,根據光電編碼器產生脈沖的方式不同,可以分為增量式、絕對式以及復合式3大類。增量式旋轉光電編碼器容易做成全封閉型式,易于實現小型化。它的外觀好像一個電位器,因其外部有一個可以左右旋轉同時又可按下的旋鈕,很多設備(如顯示器、示波器等)用它作為人機交互接口。在車載電子設備中被廣泛用于顯示器菜單選擇、汽車音響的音量控制調節以及汽車空調的控制調節等。筆者主要以日本阿爾卑斯EC11J微型光電編碼器為例,分析了增量式旋轉編碼器的構造及原理,進一步提出了在汽車音量控制調節過程中如何用軟件程序實現輸出脈沖的辨向和計數的方法。文中如不特別說明,所提到的編碼器均指增量式旋轉光電編碼器。
1 光電編碼器的構造與工作原理
1.1 編碼器的構造
典型的增量式光電編碼器主要由機械系統、數據掃描系統、電氣系統3大部分組成。機械系統主要起外殼和轉動支撐作用。
數據掃描系統由光源、碼盤、檢測光柵、光電檢測器件組成,如圖1所示。碼盤上刻有節距相等的輻射狀透光縫隙,相鄰兩個透光縫隙之間代表一個增量周期;檢測光柵上刻有A、B兩組與碼盤相對應的透光縫隙,用以通過或阻擋光源和光電檢測器件之間的光線。它們的節距和碼盤上的節距相等,并且兩組透光縫隙錯開1/4節距,使得光電檢測器件輸出的信號在相位上相差90°。在大多數情況下,直接從編碼器的光電檢測器件獲取的信號電平較低,波形也不規則,還不能適應于控制、信號處理和遠距離傳輸的要求。所以,在編碼器還必須將此信號放大、整形。
電氣系統部分主要包括保護電路、放大電路、抗干擾電路、數據轉換輸出等。
1.2 編碼器的工作原理
當碼盤隨著轉軸轉動時,檢測光柵不動,光線透過碼盤和檢測光柵上的縫隙照射到光電檢測器件上,光電檢測器件會輸出兩組相位差90°的脈沖信號。
圖2(a)為光電式編碼器的A/B相脈沖信號發生的典型電路。虛線框為縫隙,如果檢測光柵擋住光源的光線射向光電三極管,三極管呈截止狀態。此時A/B相輸入因上拉電路的影響呈邏輯高電平,如圖2(b)所示。反之,光電三極管受發光二極管的照射,呈飽和態(即導通)。此時A/B相因與地相接呈邏輯低電平。因此當碼盤旋轉時,會產生如圖3所示的A/B相脈沖。
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