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有高精度絕對讀數的低成本旋轉編碼器

2013年04月01日  | Michael Korntheuer

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旋轉編碼器rotary encoder)通常用於帶伺服回饋的定位系統,在這種應用下,編碼器的成本一般並不重要。但編碼器也會用來對某些用戶介面上的旋轉鈕位置進行編碼,例如音頻系統上的音量旋轉鈕。對於這些旋轉鈕,可以為求低價、高精度和絕對讀數值而選擇電位器,但它們的行程有限,通常不到340°,或者可選擇光機式(mechanicaloptical)旋轉編碼器,它的行程沒有限制,但價格較高,精度低,只有相對讀數值。本設計實例嘗試將兩者結合起來,兼具了電位器的優點,以及光機旋轉編碼器無邊界操作的特性。

圖 1
圖1 編碼器是雙電刷正交式無端點電位器,包括一個阻性材料的全圓環,兩端接電源,其上移動著兩個電氣獨立的電刷。



編碼器採用了標準電位器的結構技術,因此便於生產。它基本上是一個雙電刷(dual-wiper)正交式無界電位器。它有一個全圓的阻性材料環,兩端接電,兩個電氣獨立的刷片在上面移動。兩片電刷片相互間以機械方式連接,角度為90度(圖1)。


 


圖2 當某個電刷到達端點處時,其信號應忽略掉,因為此處有非線性回應。



微控制器中的ADC讀出兩個信號;韌體用這兩個信號確定軸所處的象限。知道了象限以後,就可以用兩個電刷的信號計算出軸的位置。當刷片到達了電源連接處時,由於非線性回應,應忽略這個信號(圖2)。兩個電刷間有90度角,因此不可能同時處於非線性位置。今天,即使最基本的微控制器也會帶有一個10 位元的 ADC,因此兩信號合計有11 位元解析度,或優於0.2°。如果應用不需要絕對讀數,或使用軟體重定時,微控制器可以將其忽略。

這種正交無端點電位器提供的體驗近似於傳統類比收音機上的老式調諧旋轉鈕。它為人機界面設計提供了一新的可能,能夠以較低成本使消費產品獲得高貴感。




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