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高精度旋转编码器在伺服反馈定位系统中的应用

2016-12-14 16:53:24              

旋转编码器通常用于带伺服反馈的定位系统,这种情况下,编码器的成本一般并不重要。但编码器也会用于对某些用户界面上旋钮位置的编码,例如音频系统上的音量旋钮。对于这些旋钮,可以为求低价、高精度和绝对读数值而选择电位器,但它们行程有限,通常不到340°,或者可选择光机式旋转编码器,它的行程没有限制,但价格较高,精度低,只有相对读数值。本设计实例尝试将两者结合起来,兼具了电位器的优点,以及光机旋转编码器无边界操作的特性。

编码器采用了标准电位器的结构技术,因此便于生产。它基本上是一个双电刷正交式无界电位器。它有一个全圆的阻性材料环,两端接电,两个电气独立的刷片在上面移动。两电刷片相互间为90°角的机械连接(图1)。

微控制器中的ADC读出两个信号,固件用这两个信号确定轴所处的象限。知道了象限以后,就可以用两个电刷的信号计算出轴的位置。当刷片到达了电源连接处时,由于非线性响应,应忽略这个信号(图2)。两个电刷间有90°角,因此不可能同时处于非线性位置。今天,即使最基本的微控制器也会带一个10位ADC,因此两信号合计有11位分辨率,或优于0.2 °。如果应用不需要绝对读数,或使用软件复位时,微控制器可以将其忽略。

这种正交无端点电位器提供的体验近似于经典模拟收音机上的老式调谐旋钮。它为人机界面设计提供了新的可能,能够以低成本使消费产品获得高贵感。

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