Валкодер - устройство, меняющее какую-то величину взависимости от поворота оси. Такая штука водится, например, в роликовой мышиили в музыкальном центре. Собственно, сам по себе валкодер довольно прост, номы усложним задачу тем, что не будем использовать микроконтроллер, как этопрактикуется во всех промышленных образцах. Валкодер интересен тем, что в немпереплетаются очень многие приемы, применяемые в цифровой и аналоговойэлектронике. Итак ТЗ: разработать устройство, изменяющее выходное напряжение вдиапазоне 0 - 3В, в линейной зависимости от угла поворота оси. Изменениенапряжение должно быть реверсивным, с количеством градаций не менее 80.Выходной сигнал ложен быть изолирован он рабочих напряжений устройства(гальваническая развязка). Полное нарастание/спад напряжения происходит приизменении угла поворота оси от 0 до 1440 градусов (4 оборота). Устройстводолжно сохранять работоспособность в диапазоне питающего напряжения от 8 до15В. Предусмотреть цифровую индикацию напряжения.

1. С чегоначать?

Определим чего от нас хотят:

А. Во-первых "голова" устройства будет цифровой, т.к. будетсчитать импульсы, создаваемые вращающейся ручкой.
Б. Счет импульсов должен быть реверсивным, т.к.результирующая величина уменьшается и увеличивается в зависимости отнаправления вращения ручки.
В. Не менее 80 градаций выходного напряжения. Значит дляустановки напряжения нам потребуется не менее 8 бит двоичного кода (80[10] = 1010000[2]). 80 градаций за 4 оборота, значит за оборот, ручка должна выдавать 20импульсов. По одному импульсу через каждые 18 градусов.
Г. Для гальванической отвязки выходного напряжения, впреобразовательном каскаде (цифровой --> аналоговый) нужно будетиспользовать оптроны.
Д. При заявленном напряжении питания работают микросхемысерий К561 и 564.
Е. Цифровая индикация - простой узел, но потребуется еще 2дешифратора в 7-и сегментный код.

2. Теперь попробуем описать алгоритм работы

- При включении на выходе 0.

- ЕСЛИ на выходе 0 И есть импульс с датчика И ручка поворачиваетсяпо часовой стрелке - добавить 1 в выходной код.

- ЕСЛИ на выходе 0 И есть импульс с датчика И ручкаповорачивается против часовой стрелки- не выполнять никаких действий

- ЕСЛИ на выходе 1010000 И есть импульс с датчика И ручкаповорачивается по часовой стрелке- не выполнять никаких действий

- ЕСЛИ на выходе 1010000 И есть импульс с датчика И ручкаповорачивается против часовой стрелки- вычесть 1 из выходного кода

- ЕСЛИ на выходе число отличное от 0 и 1010000 И есть импульсс датчика И ручка поворачивается по часовой стрелке - добавить 1 в выходной код

- ЕСЛИ на выходе число отличное от 0 и 1010000 И есть импульсс датчика И ручка поворачивается против часовой стрелки - вычесть 1 извыходного кода.

- ЕСЛИ нет импульса с датчика - не выполнять никаких действий.

3. Составим блок-схему устройства

Очевидно, что механическая часть должна сообщать как о самомвращении, так и о его направлении. Значит датчик должен выдавать 2 сигнала. Врезультате получается, что устройство должно состоять из реверсивного счетчика,блока согласования-развязки и цифроаналогового преобразователя.

Валкодер

Согласователь должен выводить сигнал о переполнении изапрещать счетчику складывать (если получен максимум) или вычитать (еслиполучен минимум).

4. Конструируем датчик

Воды вылито достаточно, теперь можно говорить болеепредметно. Механика зависит от электроники, а электроника от механики, поэтому рассмотримдатчик как единое целое. Вполне понятно, что использовать оптический датчикгораздо удобнее, нежели контактный, значит мы пришли к перфорированному колесу.Получить импульсы проще простого, осталось определить направление вращения. Естьдва пути: использовать две оптопары (излучатель + приемник) расположив их такимобразом, что освещается сначала один приемник, а затем второй. Либо использоватьзаслонку, скользящую на той же оси, что и колесо (момент, создаваемый осью,должен превышать массу заслонки и она не должна поворачиваться под собственнойтяжестью).

Эта заслонка поворачивается синхронно с колесом на определенный угол(не более 4,5 градусов в обе стороны) и открывает/заслоняет дополнительный(стробирующий) фотоприемник. Этот вариант сильно усложняет механику, хотявесьма прост в схемотехнической реализации (логическая схема "И"), поэтомувернемся к первому варианту. Теперь прикинем временные эпюры сигналов,создаваемых датчиком.

Валкодер

Как видно из рисунка, сигналы приемников смещены по фазе на90 градусов. Этого легко добиться расположив приемники рядом в одну линию.Таким образом, когда отверстие проходит над приемниками, сначала освещаетсяпервый приемник, затем оба, затем второй.

Валкодер 

Предположим, колесо (3) вращается по часовой стрелке вокругоси (2). Когда отверстие (1) подходит к оптопарам, Сначала освещается правыйприемник (5), затем оба, затем только левый (4). И это повторяется 20 раз заодин оборот. Из приведенных эпюр видно, что на заднем фронте импульса с правогоприемника формируется некий стробирующий сигнал. На нем мы и будем строитьрезультирующий сигнал датчика: во-первых, он генерируется в единственномэкземпляре при освещении приемников, во-вторых, он прекрасно характеризуетнаправление вращения.

Совпадая с импульсом левого датчика при вращении почасовой стрелке, он дает возможность выделить положительный импульс при помощилогического элемента "И". Для получения этого чудо-импульса нам понадобитсяодновибратор для получения нужной длительности. Исходный фронт отрицательный,поэтому его нужно инвертировать. Попробуем набросать схему: петля ООСодновибратора рассчитывается исходя из максимальной частоты вращения колеса - длительностьстробирующего импульса не должна превышать 1/4 периода "правого" сигнала.Цепочка С1R4 рассчитывается исходя из того, чтоформируемый ею импульс должен составлять 0,1Тстр.

Валкодер

5. Построим самый простой блок в устройстве - счетчик

Хотел нарисовать схему на триггерах, но это показалось мнесовсем уж чудовищным глумлением над электроникой. Если интересно, схемуреверсивного счетчика на триггерах можно найти в любом справочнике по цифровыммикросхемам. Поэтому наша задача сводится к выбору стандартного счетчика изтрадиционных серий КМОП. Итак, определим требования к счетчику:

- Напряжение питания 8-15В

- Реверс

Таким условиям удовлетворяет К561ИЕ14

Валкодер

Как видно на картинке, у счетчика есть входы предустановки.При помощи этих входов мы можем быстро выставлять на выходе необходимоенапряжение, вызывая из внешнего ОЗУ соответствующий код. Разумеется в ОЗУдолжен быть создан некий банк сохраненных уровней. В ТЗ не оговорена такаявозможность, поэтому используем входы предустановки для сброса. Так же естьвход запрещения счета (РО). Но использовать его для защиты валкодера отпереполнения не получится. Дело в том, что этот вход вовсе блокирует считчик ине дает ему считать даже в свободном направлении, а нам нужно, чтобы придостижении критического уровня в одном направлении, свободное направлениеоставалось свободным. Поэтому сигнал переполнения мы выделим после дешифратора.Этим сигналом мы будем стробировать вход "С".

Валкодер

6. Теперь можно заняться сравнительно простыми, ногромоздкими узлами - дешифратором и цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП)

Вот таким, например, у меня получился дешифратор. Ничегохитрого: массовые дешифраторы и транзисторные ключи для управления оптронами иполупроводниковыми индикаторами СИД-ОА. Дешифраторы вполне традиционные: К561ИД1 - преобразователь двоичного кода в десятичный и К561ИД4 - преобразовательдвоичного кода в семисегментный.

Валкодер

ЦАП будет построен подобным образом. Единственный тонкиймомент - определение диапазонов. Сопоставление границ регулировки десяткам иединицам. У нас 7 десятков и 10 единиц. Разделим полное выходное напряжение на80 градаций: получается 0,04. Умножим на 10 - получается 0,4. Значит, единичныйразряд регулирует напряжение в пределах 400мВ. Следовательно, оставшиеся 2,6Вуправляются десятками. Теперь осталось только подобрать резисторы,переключаемые оптронными ключами и, с их помощью, выстроить нужную шкалурегулировки.

Валкодер

Вот такое получилось.

Автор: Павел А. Улитин (Soundoverlord); Публикация: www.cxem.net

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Навигация

Инструкции по эксплуатации

Модуль RP023 питания 5/3,3 В для беспаечных макетных плат.
Модуль питания для беспаечных плат
Плата представляет собой модуль питания, имеющий в своем составе два стабилизатора напряжений 5 и 3,3 В. Модуль имеет форму и размеры, позволяющие его устанавливать на стандартные макетные платы, используемые на начальном этапе разработки электронных устройств. При этом значительно экономится драгоценное место на макете, которого, как известно, много не бывает. Напряжение каждой шины питания выбирается с помощью установленного на ней переключателя, что позволяет независимо устанавливать требуемое напряжение на каждой из линий питания. Входное напряжение в диапазоне от 5 до 12 В может подаваться на любой из имеющихся разъемов: стандартный круглый разъем типа DJK-02A или miniUSB. Для контроля выходных напряжений на плате имеется индикатор. Технические характеристики: Входное напряжение постоянное, В - 5…12 Нагрузочная способность каждого выхода, А - 1 Габаритные размеры без
Цена 300.00 руб.
Copyright © 2017 Электрические принципиальные схемы.