Tìm hiểu về Encoder xung

MỤC LỤC PHẦN 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ ENCODER QUAY QUANG ................. 2 1. Khái niệm Encoder ............................................................................................... 2 2. Cấu tạo cơ bản của 1 encoder quay quang............................................................ 2 3. Phân loại................................................................................................................ 2 4. Ứng dụng của encoder quay ................................................................................. 2 PHẦN 2: ENCODER TUYỆT ĐỐI ............................................................................. 3 1. Cấu tạo .................................................................................................................. 3 2. Độ phân giải .......................................................................................................... 3 3. Ưu, nhược điểm .................................................................................................... 3 4. Cách đọc thông số của 1 encoder tuyệt đối .......................................................... 3 5. Cách phương pháp mã hóa các đĩa quay .............................................................. 4 6. Cách đọc encoder tuyệt đối................................................................................... 6 7. Lập trình và mô phỏng.......................................................................................... 7 PHẦN 3: ENCODER XUNG ....................................................................................... 8 1. Cấu tạo .................................................................................................................. 8 2. Độ phân giải .......................................................................................................... 8 3. Ưu, nhược điểm .................................................................................................... 8 4. Cách đọc thông số của 1 encoder tuyệt đối .......................................................... 9 5. Các loại Encoder xung .......................................................................................... 9 6. Cách mạch ứng dụng sử dụng encoder xung...................................................... 10 7. Lập trình và mô phỏng........................................................................................ 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 16 PHỤ LỤC.................................................................................................................... 16 PHẦN 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ ENCODER QUAY QUANG 1. Khái niệm Encoder Là 1 loại cảm biến vị trí, đưa ra thông tin về góc quay dưới dạng số mà không cần bộADC.Encoder quay quang còn được gọi là bộ mã hóa vòng quay. 2. Cấu tạo cơ bản của 1 encoder quay quang - Đĩa quay được xẻ rãnh gắn vào trục. - Một nguồn sáng và 1 tế bào quang điện bố trí thẳng hàng. - Mạch khuếch đại. 3. Phân loại - Encoder tuyệt đối (Absolute encoder): Mã nhị phân, mã gray, mã BCD - Encoder tương đối (Incremental encoder): loại 1 kênh, 2 kênh 4. Ứng dụng của encoder quay - Trong các bài toán đo tốc độ động cơ. - Xác định khoảng dịch chuyển của đối tượng thông qua xác định số vòng quay của trục... - Ứng dụng rỗng rãi trong nhiều lĩnh vưc: Robot, máy công cụ,hàng không vũ trụ, … PHẦN 2: ENCODER TUYỆT ĐỐI 1. Cấu tạo - Một đĩa quay được mã hóa theo các rãnhđồng tâm. - Đầu đọc: gồm các tia sáng và các tế bào quang điện. Mỗi tia sáng riêng biệt được chiếu đến từng rãnh cho từng tế bào quang điện. Mỗi tế bào quang điện đưa ra 1 bít cho đầu ra số. Ví dụ: đĩa có 8 rãnh đồng tâm thì đầu đọc có 8 tia sáng riêngbiệt và 8 tế bào quang điện. Đầu ra là đầu ra số 8 bít. 2. Độ phân giải Độ phân giải của encoder phụ thuộc vào số bit đầu ra. Ví dụ: 4 bit -> 24 = 16 vùng => độ phân giải: 22,50 8 bit -> 28= 256 vùng => độ phân giải: 1,40 10 bit -> 210=1024 vùng => độ phân giải: 0,350 3. Ưu, nhược điểm Ưu điểm: Thông tin vị trí là đầu ra số và là giá trị tuyệt đối. Giữ được giá trị góc tuyệt đối khi mất nguồn. Nhược điểm: Giá thành cao vì chế tạo phức tạp, đọc tín hiệu ngõ ra khó. 4. Cách đọc thông số của 1 encoder tuyệt đối Ví dụ:Encoder EP50 Để đạt dược độ phân giải khác nhau thì có đấu dây theo tài liệu kỹ thuật đi kèm của encoder. 5. Cách phương pháp mã hóa các đĩa quay a. Mã nhị phân trực tiếp (Binary) - Bit có trọng số bé nhất LSB nằm ngoài cùng. - Bit có trọng số lớn nhất MSB nằm trong cùng. Note: Khi sử dụng mã nhị phân trực tiếp, nếu không được chỉnh định đúng, nó có thể đưa ra dữ liệu hoàn toàn sai lệch.Giải pháp chống hiện tượng trên là sử dụng mã Gray. b. Mã nhị phân phản xạ (Gray) - Không có trọng số - Hai vùng bất kỳ liên tiếp chỉ khác nhau 1 bit. §Üa quay (C¸c tÕ bµo quang ®iÖn ®øng yªn) Tr¹ng th¸i lçi - Trong trường hợp xấu nhất, sai số lớn nhất giữa 2 vùng không bao giờ lớn hơn 1 bit. 6. Cách đọc encoder tuyệt đối Mã binary 9 0 ( ) *2i i Giatri dec Bi   Mã Gray Sử dụng thuật toán chuyển mã Gray thành mã nhị phân BEGIN: set B0 through B9 = 1 B9 = G9 IF B9 = G8 THEN B8 = 0 IF B8 = G7 THEN B7 = 0 IF B7 = G6 THEN B6 = 0 IF B6 = G5 THEN B5 = 0 IF B5 = G4 THEN B4 = 0 IF B4 = G3 THEN B3 = 0 IF B3 = G2 THEN B2 = 0 IF B2 = G1 THEN B1 = 0 9 0 ( ) *2i i Giatri dec Bi   IF B1 = G0 THEN B0 = 0 DONE 7. Lập trình và mô phỏng PHẦN 3: ENCODER XUNG 1. Cấu tạo - Một đĩa xẻ rãnh được gắn trêntrục. - Đầu đọc gồm 1 - 3 bộ thu phátquang. - Đầu ra là xung vuông . 2. Độ phân giải Phụ thuộc rãnh trên 1 vòng. Ví dụ: có loại 100 P/R, 360 PR,1000P/R, 3600P/R… 3. Ưu, nhược điểm Ưu điểm: Đầu ra dạng xung, nên trong các hệ thống điều khiển số không cần bộ chuyển đổi ADC. Dễ sử dụng,dễ đọc tín hiệu. Nhược điểm: Có thể cần mạch giải mã và mạch đếm. Không lưu đươc giá trị khi bị mất điện. 4. Cách đọc thông số của 1 encoder tuyệt đối Ví dụ: Encoder LS Mecapion (Metronix) S50 Xác định các đầu dây của encoder - Đối với mỗi loại encoder thường có tài liệu kỹ thuật đi kèm chỉ rõ các màu dây tương ứng với các tín hiêu. - Tuy nhiên, với 1 số encoder cũ hoặc các mắt đọc encoder rời, phân biệt các dây như sau: Các dây đó thường có 4 màu : Đỏ trắng vàng xanh + Dây đỏ là dây cấp 5V + Dây xanh là GND + Dây trắng, dây vàng là kênh A và B . Hai dây này ngược pha nhau 90 độ . 5. Các loại Encoder xung a. Loại 1 kênh - Vị trí được xác định dựa vào số xung đế m được.Mỗi xung ứng với 1góc cho trước - Sử dụng cặp thu phát quang thứ 2 để xác định điểm chuẩn . - Không xác định thông tin về hướng . b. Encoder xung 2 kênh - Thường có kênh A ( V1); kênh B(V2); và kênh Z ( điểm chuẩn ) - CCW : Khi V2 chuyển từ 1 xuống 0 thì V1 ở mức cao. - CW : Khi V2 chuyển từ 1 xuống 0 thì V1 ở mức thấp. 6. Cách mạch ứng dụng sử dụng encoder xung 1.Sử dụng encoder 1 kênh , cần kết hợp với tín hiệu Directon từ bộ điều khiển 2.Mạch giải mã trực tiếp tín hiệu từ V1, V2 3. Mạch giao tiếp encoder xung khi ghép nối với máy tính - Sử dụng IC chốt (latch) giữa bộ đếm và máy tính. - Dữ liệu được chốt lại ở đầu ra của IC chốt trong những khoảng thời gian ngắn để máy tính đọc dữ liệu. Trong khi dữ liệu được chốt, bộ đếm vẫn đếm bình thường. Sau thời gian đó, giá trị mới của bộ đếm sẽ được cậpnhật. 4.Mạch giao tiếp encoder xung và vi điều khiển 7. Lập trình và mô phỏng a. Độ phân giải x1 * Phần cứng * Phần mềm (phụ lục) b. Độ phân giải x4 *Ý tưởng: Trong một chu kỳ, V1 và V2 có 2 trạng thái riêng biệt khi 1 rãnh đi qua các cảm biến. * Thuật toán CW= V1t XOR V2 =1 CCW= V2t XOR V1 =1 * Phần cứng * Phần mềm ( phụ lục) TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bài giảng hệ thống điều khiển công nghiệp – TS. Hoàng Quang Chính – 2007. 2. Bài giảng cảm biến đo lường và xử lý tín hiệu đo – Bộ môn Robot đặc biệt và Cơ điện tử. 3. Các tài liệu trên mạng. PHỤ LỤC 1. Chương trình đọc encoder tuyệt đối. …. 2. Chương trình đọc encoder tương đối. a. Độ phân giải x1 …. b. Độ phân giải x4 ….