Измерение угла поворота диска с помощью энкодера и микроконтроллера Atmega16A | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №5 (109) март-1 2016 г.

Дата публикации: 04.03.2016

Статья просмотрена: 279 раз

Библиографическое описание:

Тихонов П. А. Измерение угла поворота диска с помощью энкодера и микроконтроллера Atmega16A // Молодой ученый. — 2016. — №5. — С. 82-86. — URL https://moluch.ru/archive/109/26619/ (дата обращения: 18.07.2018).

 

В данной статье будет рассмотрен метод измерения угла поворота диска с помощью энкодера и микроконтроллера Atmega16A. Вначале будут рассмотрены общие сведения об энкодерах, их классификация, далее будет рассмотрена непосредственно сама прошивка для микроконтроллера.

 

Энкодер/преобразователь угловых перемещений — устройство, предназначенное для преобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол его поворота.

Существует несколько видов энкодеров (оптические, резистивные, магнитные, индуктивные, механические), работа каждого вида основана на своём принципе. Для решения данной задачи был выбран оптический энкодер.

Существует два типа оптических энкодеров, а именно: абсолютные и инкрементальные (относительные). Абсолютные энкодеры позволяют в любой момент времени знать текущий угол поворота оси, также после пропадания и восстановления питания. Инкрементальные определяют угол по количеству импульсов.

Простейшим типом инкрементного энкодера является одноканальный энкодер, обычно состоящий из механического прерывателя света, производящего определенное количество прямоугольных или синусоидальных импульсов, при каждом обороте вала. По количеству этих импульсов можно понять, на какой угол повернулся вал.

Одноканальный тахометр не позволяет определить направление вращения, поэтому используется только в качестве тахометра и не может быть использован в качестве датчика положения. Поэтому существуют двухканальные энкодеры, которые преодолели эти проблемы путём добавления второго канала, смещенного относительно первого таким образом, что два выходных канала сдвинуты по фазе на . Это позволяет определить, какой канал опережает другой и, следовательно, установить направление вращения. При этом увеличивается разрешение из-за увеличения количества различных состояний с двух (в одноканальном) до четырёх без изменения конструкции.

Для вывода информации об угле, в нашем расположении было четыре 7ми-сегментных дисплея.

Их принцип работы довольно прост. Существуют обозначения для каждого сегмента дисплея: последовательно буквы «A» — «G» и обозначение «DP» для точки. При подаче напряжения на сам ножку питания дисплея, загораются все его сегменты, поэтому, чтобы погасить неиспользуемые, на контакты, соответствующие своему сегменту, необходимо подать напряжение.

Зная это, можно перейти к программе для микроконтроллера.

«A» канал подключён к ножке Int0 микроконтроллера — контакту, отвечающему за внешние прерывания. Прерывание происходит на падающем фронте.

«B» канал подключён к одной из ножек, настроенной как вход.

Во время прерывания на Int0, проверяется логическое значение сигнала на канале «B». От этого значения зависит направление поворота (т. к. отставание у канала «B» на ).

В главном цикле программы происходит выполнение функции показа заданного числа: для каждого дисплея определяется цифра, которая должна быть выведена на него, далее, уже для каждого дисплея, в свою очередь, вызывается ещё одна функция, которая отвечает за само отображение цифры на дисплее.

По Int1 происходит прерывание по изменению сигнала. Оно отвечает за показ на дисплее угла/количества тиков.

Формула для преобразования количества тиков в угол следующая:

где  — текущее количество тиков,  — количество тиков на оборот

 

Код программы на C:

#include <avr/io.h>

#include <avr/sfr_defs.h>

#include <util/delay.h>

#include <avr/interrupt.h>

#include <stdlib.h>

 

int CURR_TICKS = 0;

bool B_LOGICAL_LEVEL = false;

 

// массив сегментов для каждой цифры

bool number_1[8] = {0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0};

bool number_2[8] = {1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0};

bool number_3[8] = {1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 0};

bool number_4[8] = {0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0};

bool number_5[8] = {1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 0};

bool number_6[8] = {1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0};

bool number_7[8] = {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0};

bool number_8[8] = {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0};

bool number_9[8] = {1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0};

bool number_0[8] = {1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0};

 

int pins_of_segments[8] = {1, 0, 5, 6, 7, 2, 3, 4};

 

// зажигает сегменты, согласно заданному массиву

void makeDisplay(int num, bool symbol[8]) {

    if (num != 1)

        PORTD &= ~_BV(PD7);

    if (num != 2)

        PORTD &= ~_BV(PD6);

    if (num != 3)

        PORTD &= ~_BV(PD5);

    if (num != 4)

        PORTD &= ~_BV(PD4);

 

    for (int i = 0; i < 8; i++) {

        if (!symbol[i])

            PORTB |= _BV(pins_of_segments[i]);

        else

            PORTB &= ~_BV(pins_of_segments[i]);

    }

 

    switch (num) {

        case 1:

            PORTD |= _BV(PD7);

            break;

        case 2:

            PORTD |= _BV(PD6);

            break;

        case 3:

            PORTD |= _BV(PD5);

            break;

        case 4:

            PORTD |= _BV(PD4);

            break;

    }

}

 

// выводит цифру на заданный дисплей

voidmakeDigit(inti,intdigit){

switch(digit){

case0:

makeDisplay(i,number_0);

break;

case1:

makeDisplay(i,number_1);

break;

case2:

makeDisplay(i,number_2);

break;

case3:

makeDisplay(i,number_3);

break;

case4:

makeDisplay(i,number_4);

break;

case5:

makeDisplay(i,number_5);

break;

case6:

makeDisplay(i,number_6);

break;

case7:

makeDisplay(i,number_7);

break;

case8:

makeDisplay(i,number_8);

break;

case9:

makeDisplay(i,number_9);

break;

}

}

 

// выводит число на дисплеи

voidmakeNumber(intnumber){

 

// разделение числа на разряды

for(inti=3;i>=0;i--){

makeDigit(i,number%10);

number/=10;

}

}

 

int main(void) {

    MCUCR |= (1 << ISC01); //настраиваем на срабатывание Int0 по падающем фронте

    MCUCR |= (1 << ISC10); // срабатывание Int1 по изменению сигнала

    GICR |= (1 << INT0); // разрешение внешнего прерывания Int0

    GICR |= (1 << INT1); // разрешение внешнего прерывания Int1

    DDRD &= ~_BV(PD2); // включение как вход Int0

    DDRD &= ~_BV(PD3); // включение как вход Int1

    sei(); // общеее разрешение прерываний

 

    while (1) {

        if ((1 << PD0) & PIND) // режим показа количества тиков

            makeNumber(CURR_TICKS);

        else // режим показа угла поворота в градусах

            makeNumber((int)(360 * (((float)(CURR_TICKS % 1000)) / 1000.0)));

    }

}

 

// обработчик внешнего прерывания INT0

ISR(INT0_vect) { //счётчик тактов

    if (!B_LOGICAL_LEVEL) {

        if (CURR_TICKS++ > 9999)

            CURR_TICKS = 0;

    }

    else {

        if (CURR_TICKS-- < 0)

            CURR_TICKS = 9999;

    }

}

 

// переключение режимов показа угол/количество тактов

ISR(INT1_vect) {

    B_LOGICAL_LEVEL = ((1 << PD3) & PIND);

}

 

В результате, получилась прошивка для микроконтроллера Atmega16A, позволяющая узнать количество тиков на оборот диска энкодера, а также угол поворота в количестве тиков и градусов и вывести эту информацию на семисегментные дисплеи.

 

Литература:

 

  1.                Atmel-8154C-8-bit-AVR-ATmega16A_Datasheet-07/2014 [Электронный ресурс] / Atmel Corporation — Электрон. дан. — Режим доступа: http://www.atmel.com/images/atmel-8154–8-bit-avr-atmega16a_datasheet.pdf, свободный
  2.                Изучаем AVR. Прерывания [Электронный ресурс] — Электрон. дан. — Режим доступа: http://makesystem.net/?p=1365, свободный
  3.                Горобец А. В. Энкодеры — Датчики линейных и круговых перемещений [Текст] / А. В. Горобец // Упаковка, 2008–3 с.
  4.                Оптические энкодеры [Электронный ресурс] / А. Антонов — Электрон. дан. — Режим доступа: http://robotosha.ru/robotics/optical-encoders.html, свободный
Основные термины (генерируются автоматически): PORTD, DDRD, PORTB, PIND, MCUCR, ISR, GICR, внешнее прерывание, изменение сигнала, направление вращения.


Похожие статьи

Управление шаговым двигателем с использованием...

 CW/CCW (DIR, pin 17): задается направление вращения ротора ШД (условно — при лог.

Если на данной линии логический нуль — модулируются сигналы INH1 и INH2, если единица — сигналы A, B, C, D.

interrupt [USART_RXC] void usart_rx_isr(void).

Подсистема ввода и вывода видеоинформации процессоров серии...

– Возможность управления выходом на DDR2 / mDDR через внешний сигнал разрешения записи.

– 12-битная обработка изображений RAW или 16-битное изменение размера Y-Cb-Cr.

– Позволяет обнаруживать в разных направлениях — вверх, влево и вправо.

Применение программируемых логических интегральных схем...

Управляющая программа состоит из набора кадров (команд), определяющих траекторию движения инструмента (заготовки), а также скорости вращения шпинделей, смену

С выхода интерполятора на вход регулятора скорости ЭП также подается сигнал задания скорости V...

Исследование системы векторного управления...

Выходные сигналы регуляторов РТ1 и РТ2 пропорциональны составляющим вектора напряжения статора двигателя Us1 и Us2.

На приведенных диаграммах показаны процессы изменения напряжения Us и тока Is статора, частоты вращения ω, электромагнитного...

Анализ методов синхронизации биоритмов человека...

Вид кодирования определяется при помощи компьютерного синтеза сигнала, соответствующего спектральной плотности мощности

при перемещении поля в дистальном направлении, направление вектора магнитной индукции в каждом канале при перемещении поля в...

Система управления активно управляемой газомагнитной опорой

Быстрота реагирования — управляющее приложение должно реагировать на события такие, как изменение сигналов ввода — вывода, вводимых оператором данных или команд

Литература: 1. Ульянов, А. В. Повышение точности вращения валов высокоскоростных роторных систем./

Цифровые импульсные преобразователя напряжения под...

С помощью внешних схем цифроаналоговых преобразователей на дискретных элементах или с помощью внешних микросхем цифроаналоговых преобразователей.

Рассчитаем минимальный шаг изменения аналогового сигнала 8-разрядного счетчика ШИМ

Способы сохранения целостности ВЧ-сигнала в печатном...

Это происходит главным образом из-за изменения ширины пути прохождения тока, которое приводит к рассогласованию линии.

Сигнал, распространяющийся слева направо, набегает на ёмкость и разделяется на два сигнала. Один сигнал отражается в обратном направлении, а...

Управление шаговым двигателем с использованием...

 CW/CCW (DIR, pin 17): задается направление вращения ротора ШД (условно — при лог.

Если на данной линии логический нуль — модулируются сигналы INH1 и INH2, если единица — сигналы A, B, C, D.

interrupt [USART_RXC] void usart_rx_isr(void).

Подсистема ввода и вывода видеоинформации процессоров серии...

– Возможность управления выходом на DDR2 / mDDR через внешний сигнал разрешения записи.

– 12-битная обработка изображений RAW или 16-битное изменение размера Y-Cb-Cr.

– Позволяет обнаруживать в разных направлениях — вверх, влево и вправо.

Применение программируемых логических интегральных схем...

Управляющая программа состоит из набора кадров (команд), определяющих траекторию движения инструмента (заготовки), а также скорости вращения шпинделей, смену

С выхода интерполятора на вход регулятора скорости ЭП также подается сигнал задания скорости V...

Исследование системы векторного управления...

Выходные сигналы регуляторов РТ1 и РТ2 пропорциональны составляющим вектора напряжения статора двигателя Us1 и Us2.

На приведенных диаграммах показаны процессы изменения напряжения Us и тока Is статора, частоты вращения ω, электромагнитного...

Анализ методов синхронизации биоритмов человека...

Вид кодирования определяется при помощи компьютерного синтеза сигнала, соответствующего спектральной плотности мощности

при перемещении поля в дистальном направлении, направление вектора магнитной индукции в каждом канале при перемещении поля в...

Система управления активно управляемой газомагнитной опорой

Быстрота реагирования — управляющее приложение должно реагировать на события такие, как изменение сигналов ввода — вывода, вводимых оператором данных или команд

Литература: 1. Ульянов, А. В. Повышение точности вращения валов высокоскоростных роторных систем./

Цифровые импульсные преобразователя напряжения под...

С помощью внешних схем цифроаналоговых преобразователей на дискретных элементах или с помощью внешних микросхем цифроаналоговых преобразователей.

Рассчитаем минимальный шаг изменения аналогового сигнала 8-разрядного счетчика ШИМ

Способы сохранения целостности ВЧ-сигнала в печатном...

Это происходит главным образом из-за изменения ширины пути прохождения тока, которое приводит к рассогласованию линии.

Сигнал, распространяющийся слева направо, набегает на ёмкость и разделяется на два сигнала. Один сигнал отражается в обратном направлении, а...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Управление шаговым двигателем с использованием...

 CW/CCW (DIR, pin 17): задается направление вращения ротора ШД (условно — при лог.

Если на данной линии логический нуль — модулируются сигналы INH1 и INH2, если единица — сигналы A, B, C, D.

interrupt [USART_RXC] void usart_rx_isr(void).

Подсистема ввода и вывода видеоинформации процессоров серии...

– Возможность управления выходом на DDR2 / mDDR через внешний сигнал разрешения записи.

– 12-битная обработка изображений RAW или 16-битное изменение размера Y-Cb-Cr.

– Позволяет обнаруживать в разных направлениях — вверх, влево и вправо.

Применение программируемых логических интегральных схем...

Управляющая программа состоит из набора кадров (команд), определяющих траекторию движения инструмента (заготовки), а также скорости вращения шпинделей, смену

С выхода интерполятора на вход регулятора скорости ЭП также подается сигнал задания скорости V...

Исследование системы векторного управления...

Выходные сигналы регуляторов РТ1 и РТ2 пропорциональны составляющим вектора напряжения статора двигателя Us1 и Us2.

На приведенных диаграммах показаны процессы изменения напряжения Us и тока Is статора, частоты вращения ω, электромагнитного...

Анализ методов синхронизации биоритмов человека...

Вид кодирования определяется при помощи компьютерного синтеза сигнала, соответствующего спектральной плотности мощности

при перемещении поля в дистальном направлении, направление вектора магнитной индукции в каждом канале при перемещении поля в...

Система управления активно управляемой газомагнитной опорой

Быстрота реагирования — управляющее приложение должно реагировать на события такие, как изменение сигналов ввода — вывода, вводимых оператором данных или команд

Литература: 1. Ульянов, А. В. Повышение точности вращения валов высокоскоростных роторных систем./

Цифровые импульсные преобразователя напряжения под...

С помощью внешних схем цифроаналоговых преобразователей на дискретных элементах или с помощью внешних микросхем цифроаналоговых преобразователей.

Рассчитаем минимальный шаг изменения аналогового сигнала 8-разрядного счетчика ШИМ

Способы сохранения целостности ВЧ-сигнала в печатном...

Это происходит главным образом из-за изменения ширины пути прохождения тока, которое приводит к рассогласованию линии.

Сигнал, распространяющийся слева направо, набегает на ёмкость и разделяется на два сигнала. Один сигнал отражается в обратном направлении, а...

Управление шаговым двигателем с использованием...

 CW/CCW (DIR, pin 17): задается направление вращения ротора ШД (условно — при лог.

Если на данной линии логический нуль — модулируются сигналы INH1 и INH2, если единица — сигналы A, B, C, D.

interrupt [USART_RXC] void usart_rx_isr(void).

Подсистема ввода и вывода видеоинформации процессоров серии...

– Возможность управления выходом на DDR2 / mDDR через внешний сигнал разрешения записи.

– 12-битная обработка изображений RAW или 16-битное изменение размера Y-Cb-Cr.

– Позволяет обнаруживать в разных направлениях — вверх, влево и вправо.

Применение программируемых логических интегральных схем...

Управляющая программа состоит из набора кадров (команд), определяющих траекторию движения инструмента (заготовки), а также скорости вращения шпинделей, смену

С выхода интерполятора на вход регулятора скорости ЭП также подается сигнал задания скорости V...

Исследование системы векторного управления...

Выходные сигналы регуляторов РТ1 и РТ2 пропорциональны составляющим вектора напряжения статора двигателя Us1 и Us2.

На приведенных диаграммах показаны процессы изменения напряжения Us и тока Is статора, частоты вращения ω, электромагнитного...

Анализ методов синхронизации биоритмов человека...

Вид кодирования определяется при помощи компьютерного синтеза сигнала, соответствующего спектральной плотности мощности

при перемещении поля в дистальном направлении, направление вектора магнитной индукции в каждом канале при перемещении поля в...

Система управления активно управляемой газомагнитной опорой

Быстрота реагирования — управляющее приложение должно реагировать на события такие, как изменение сигналов ввода — вывода, вводимых оператором данных или команд

Литература: 1. Ульянов, А. В. Повышение точности вращения валов высокоскоростных роторных систем./

Цифровые импульсные преобразователя напряжения под...

С помощью внешних схем цифроаналоговых преобразователей на дискретных элементах или с помощью внешних микросхем цифроаналоговых преобразователей.

Рассчитаем минимальный шаг изменения аналогового сигнала 8-разрядного счетчика ШИМ

Способы сохранения целостности ВЧ-сигнала в печатном...

Это происходит главным образом из-за изменения ширины пути прохождения тока, которое приводит к рассогласованию линии.

Сигнал, распространяющийся слева направо, набегает на ёмкость и разделяется на два сигнала. Один сигнал отражается в обратном направлении, а...

Задать вопрос