Конструюємо валкодер. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вузли радіоаматорської техніки

 Коментарі до статті

Валкодер - пристрій, який змінює якусь величину залежно від повороту осі. Така штука водиться, наприклад, у роликовій миші чи музичному центрі. Власне, сам по собі валкодер досить простий, але ми ускладнимо завдання тим, що не використовуватимемо мікроконтролер, як це практикується у всіх промислових зразках. Валкодер цікавий тим, що в ньому переплітаються дуже багато прийомів, що застосовуються в цифровій та аналоговій електроніці. Отже, ТЗ: розробити пристрій, що змінює вихідну напругу в діапазоні 0 - 3В, в лінійній залежності від кута повороту осі. Зміна напруга повинна бути реверсивною, з кількістю градацій не менше 80. Вихідний сигнал кладений бути ізольований він робочих напруг пристрою (гальванічна розв'язка). Повне наростання/спад напруги відбувається за зміни кута повороту осі від 0 до 1440 градусів (4 обороти). Пристрій повинен зберігати працездатність в діапазоні напруги живлення від 8 до 15В. Передбачити цифрову індикацію напруги.

1. З чого почати?

Визначимо, чого від нас хочуть:

А. По-перше "голова" пристрою буде цифровим, т.к. буде вважати імпульси, створювані ручкою, що обертається.
Б. Рахунок імпульсів може бути реверсивним, т.к. результуюча величина зменшується та збільшується залежно від напрямку обертання ручки.
В. Не менше 80 градацій вихідної напруги. Отже для встановлення напруги нам знадобиться щонайменше 8 біт двійкового коду (80[10] = 1010000 [2]). 80 градацій за 4 обороти, отже, за оборот, ручка повинна видавати 20 імпульсів. За одним імпульсом через кожні 18 градусів.
Г. Для гальванічної відв'язки вихідної напруги, в перетворювальному каскаді (цифровий -> аналоговий) потрібно буде використовувати оптрони.
Д. При заявленій напрузі живлення працюють мікросхеми серій К561 та 564.
Е. Цифрова індикація - простий вузол, але потрібно ще 2 дешифратора в 7-й сегментний код.

2. Тепер спробуємо описати алгоритм роботи

- при включенні на виході 0.

- ЯКЩО на виході 0 І є імпульс з датчика І ручка повертається за годинниковою стрілкою - додати 1 у вихідний код.

- ЯКЩО на виході 0 І є імпульс з датчика І ручка повертається проти годинникової стрілки - не виконувати жодних дій

- ЯКЩО на виході 1010000 І є імпульс з датчика І ручка повертається за годинниковою стрілкою - не виконувати ніяких дій

- ЯКЩО на виході 1010000 І є імпульс з датчика І ручка повертається проти годинникової стрілки- відняти 1 з вихідного коду

- ЯКЩО на виході число відмінне від 0 і 1010000 І є імпульс з датчика І ручка повертається за годинниковою стрілкою - додати 1 у вихідний код

- ЯКЩО на виході число відмінне від 0 і 1010000 І є імпульс з датчика І ручка повертається проти годинникової стрілки - відняти 1 з вихідного коду.

- ЯКЩО немає імпульсу з датчика - не виконувати жодних дій.

3. Складемо блок-схему пристрою

Очевидно, що механічна частина повинна повідомляти як про обертання, так і про його напрям. Значить датчик повинен видавати 2 сигнали. В результаті виходить, що пристрій повинен складатися з реверсивного лічильника, блоку узгодження-розв'язки та цифроаналогового перетворювача.

Узгоджувач повинен виводити сигнал про переповнення та забороняти лічильнику складати (якщо отримано максимум) або віднімати (якщо отримано мінімум).

4. Конструюємо датчик

Води вилито достатньо, тепер можна говорити предметніше. Механіка залежить від електроніки, а електроніка від механіки, тож розглянемо датчик як єдине ціле. Цілком зрозуміло, що використовувати оптичний датчик набагато зручніше, ніж контактний, отже, ми прийшли до перфорованого колеса. Отримати імпульси простіше простого, залишилося визначити напрямок обертання. Є два шляхи: використовувати дві оптопари (випромінювач + приймач) розташувавши їх таким чином, що висвітлюється спочатку один приймач, а потім другий. Або використовувати заслінку, що ковзає тієї ж осі, як і колесо (момент, створюваний віссю, повинен перевищувати масу заслінки і вона повинна повертатися під власним вагою).

Ця заслінка повертається синхронно з колесом на певний кут (не більше 4,5 градусів в обидві сторони) і відкриває/затуляє додатковий фотоприймач. Цей варіант сильно ускладнює механіку, хоча дуже простий у схемотехнічній реалізації (логічна схема "І"), тому повернемося до першого варіанту. Тепер прикинемо часові епюри сигналів, створюваних датчиком.

Як видно з малюнка, сигнали приймачів зміщені фазою на 90 градусів. Цього легко досягти розташувавши приймачі поряд в одну лінію. Таким чином, коли отвір проходить над приймачами, спочатку висвітлюється перший приймач, потім обидва потім другий.

Припустимо, колесо (3) обертається за годинниковою стрілкою навколо осі (2). Коли отвір (1) підходить до оптопарів, спочатку висвітлюється правий приймач (5), потім обидва, потім лише лівий (4). І це повторюється 20 разів за оборот. З наведених епюр видно, що у задньому фронті імпульсу з правого приймача формується якийсь стробующий сигнал. На ньому ми і будуватимемо результуючий сигнал датчика: по-перше, він генерується в єдиному екземплярі при освітленні приймачів, по-друге, він чудово характеризує напрямок обертання.

Збігаючись з імпульсом лівого датчика при обертанні за годинниковою стрілкою, він дозволяє виділити позитивний імпульс за допомогою логічного елемента "І". Для отримання цього чудо імпульсу нам знадобиться одновібратор для отримання потрібної тривалості. Вихідний фронт негативний, тому його потрібно інвертувати. Спробуємо накидати схему: петля ООС одновібратора розраховується виходячи з максимальної частоти обертання колеса - тривалість стробуючого імпульсу не повинна перевищувати 1/4 періоду "правого" сигналу. Ланцюжок С1R4 розраховується виходячи з того, що імпульс, що формується нею, повинен становити 0,1Тстр.

5. Побудуємо найпростіший блок у пристрої - лічильник

Хотів намалювати схему на тригерах, але це здалося мені дуже жахливим глумом над електронікою. Якщо цікаво, схему реверсивного лічильника на тригерах можна знайти в будь-якому довіднику цифрових мікросхем. Тому наше завдання зводиться до вибору стандартного лічильника із традиційних серій КМОП. Отже, визначимо вимоги до лічильника:

- Напруга живлення 8-15В

- Реверс

Таким умовам задовольняє К561ІЕ14

Як видно на картинці, лічильник має входи передустановки. За допомогою цих входів ми можемо швидко виставляти на виході потрібну напругу, викликаючи із зовнішнього ОЗП відповідний код. Вочевидь в ОЗУ може бути створено певний банк збережених рівнів. У ТЗ не зазначено такої можливості, тому використовуємо входи передустановки для скидання. Також є вхід заборони рахунку (РО). Але використовувати його для захисту валкодера від переповнення не вдасться. Справа в тому, що цей вхід зовсім блокує лічильник і не дає йому рахувати навіть у вільному напрямку, а нам потрібно, щоб при досягненні критичного рівня в одному напрямку, вільний напрямок залишався вільним. Тому сигнал переповнення ми виділимо після дешифратора. Цим сигналом ми стробуватимемо вхід "С".

6. Тепер можна зайнятися порівняно простими, але громіздкими вузлами – дешифратором та цифро-аналоговим перетворювачем (ЦАП)

Ось таким, наприклад, у мене вийшов дешифратор. Нічого хитрого: масові дешифратори та транзисторні ключі для керування оптронами та напівпровідниковими індикаторами СІД-ОА. Дешифратори цілком традиційні: К561ІД1 - перетворювач двійкового коду на десятковий і К561ІД4 - перетворювач двійкового коду на семисегментний.

ЦАП буде побудовано таким чином. Єдиний тонкий момент – визначення діапазонів. Зіставлення меж регулювання десятків та одиниць. У нас 7 десятків та 10 одиниць. Розділимо повну вихідну напругу на 80 градацій: виходить 0,04. Помножимо на 10 – виходить 0,4. Отже, одиничний розряд регулює напругу не більше 400мВ. Отже, 2,6В, що залишилися, управляються десятками. Тепер залишилося тільки підібрати резистори, що перемикаються оптронними ключами і, за їх допомогою, побудувати потрібну шкалу регулювання.

Ось таке вийшло.

Автор: Павло А. Улітін (Soundoverlord); Публікація: cxem.net

Дивіться інші статті розділу Вузли радіоаматорської техніки.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву Синтезовано новий тип антибіотика для боротьби із супербактеріями 25.03.2018 Боротьба вчених проти супервірусів та супербактерій триває – сьогодні був зроблений ще один значний прорив у цій галузі, надавши фахівцям безліч їжі для роздумів та безліч матеріалів для вивчення. Справа в тому, що талановита команда мікробіологів з Університету Лінкольн, Великобританія, зуміла синтезувати новий тип антибіотика, здатного ефективно боротися з супербактеріями, будучи впровадженим як основу для противірусних препаратів сучасного класу. Попередні результати, отримані фахівцями, не можуть не дивувати, оскільки їм вдалося перемогти одну таку супербактерію у піддослідних мишах. Цей антибіотик у своїй суті є хімічно виміряною "версією" натурального антибіотика під назвою теїксобластину, виявленого американськими дослідниками у 2015 році - відомо, що його властивості дозволяють йому ефективно боротися з такими вірусами як MRSA та VRE. Фахівці з Університету Лінкольн зуміли синтезувати простішу форму цього натурального антибіотика, попрацювавши зі зміною розташування ключових амінокислот у його структурі - таким чином їм вдалося отримати відразу кілька штамів даного антибіотика. Далі їхні колеги із сінгапурського Інституту Дослідження Ока використовували один із штамів для спроби лікування деякої супербактерії у піддослідних щурах – і їм це успішно вдалося. Але крім своєї основної функції лікування та усунення супербактерії, цей змінений антибіотик також суттєво дозволяє запобігти подальшому зростанню подібних бактерій, створюючи особливе середовище в організмі людини.

Інші цікаві новини:

▪ Нова одиниця виміру - кеттабайт

▪ Настільний мікрофон Yamaha Adecia RM-TT

▪ Нові 3,5- та 4,5-розрядні аналого-цифрові перетворювачі

▪ Швидкісний вертоліт SB>1

▪ Знайдено планету, де йдуть дощі з дорогоцінного каміння

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

 

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Прошивки. Добірка статей

▪ стаття Аеросани з підвіскою, що гойдається. Поради моделісту

▪ стаття Де знаходиться центр мас системи Земля-Луна? Детальна відповідь

▪ стаття Отруєння концентрованими кислотами та їдкими лугами. Медична допомога

▪ стаття Детектор нуля. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Вимірювання електричних величин. Вимірювання напруги. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

ім'я:


E-mail (не обов'язково):


коментар:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024