Kvadraturní enkodér

Pro kvalitní řízení robota potřebujeme vědět, jakou vzdálenost robot ujel a jak rychle se pohybuje. Nejpoužívanější metodou pro určení polohy robota je odometrie, která používá informace o otočení kol pro výpočet robotovy pozice. Potřebujeme tedy snímač, který nám tuto informaci zajistí. Jak zpracovávat výstupní signál vám prozradí tento článek.

Popis funkce

Enkodér a výstupní signály

Hardwarové zpracování

Softwarové zpracování

Způsoby dekódování

Fázově posunutý signál

Způsoby zpracování

Asynchronní

Synchronní

Příklady realizace softwarového zpracování

#define     IRC_PORT                … port, na ktery jsou pripojeny vystupy enkoderu
#define     PIN_A                   … cislo pinu kanalu A enkoderu 
#define     PIN_B                   … cislo pinu kanalu B enkoderu
#define     MASK_PIN_A  (1<<PIN_A)
#define     MASK_PIN_B  (1<<PIN_B)
#define     MASK_PIN_AB (MASK_PIN_A | MASK_PIN_B)

volatile int Position;              … promenna, ve ktere je poloha enkoderu

#define     GetPosition(x)    {sei(); x = Position; cli();}
                               … cteni pozice musi byt pri zakazanem preruseni

Asynchronní dékodování se základním rozlišením

interrupt EXT_PIN_A;
{
  if ((IRC_PORT & MASK_PIN_B) == 0) // Je-li při vzestupné hraně A,
    Position++;                     //   B = 0, pricti 1 tik
  else
    Position--;                     //   B = 1, odecti 1 tik
}

Asynchronní dekódování s dvojnásobným rozlišením

interrupt EXT_PIN_A;
{
  unsigned char IRC;
  IRC = IRC_PORT;

  if ((IRC & MASK_PIN_A) == 0)      // sestupna hrana A kanalu
  {
    if ((IRC & MASK_PIN_B) == 0)
      Position--;
    else
      Position;
  }
  else                              // vzestupna hrana na A
  {
    if ((IRC & MASK_PIN_B) == 0)
      Position;
    else
      Position--;
  }
}

Asynchronní dekódování se čtyřnásobným rozlišením

interrupt EXT_PIN_A;
{
  unsigned char IRC;
  IRC = IRC_PORT;

  if ((IRC & MASK_PIN_A) == 0)      // sestupna hrana A kanalu
  {
    if ((IRC & MASK_PIN_B) == 0)
      Position--;
    else
      Position;
  }
  else                              // vzestupna hrana na A
  {
    if ((IRC & MASK_PIN_B) == 0)
      Position;
    else
      Position--;
  }
}

interrupt EXT_PIN_B;
{
  unsigned char IRC;
  IRC = IRC_PORT;

  if ((IRC & MASK_PIN_B) == 0)      // sestupna hrana B kanalu
  {
    if ((IRC & MASK_PIN_A) == 0)
      Position;
    else
      Position-@-;
  }
  else                              // vzestupna hrana na B
  {
    if ((IRC & MASK_PIN_A) == 0)
      Position-@-;
    else
      Position;
  }
}

Synchronní dekódování se čtyřnásobným rozlišením

Princip dekódování

Pohyb vpřed

Pohyb vzad

unsigned char LastIRC;

interrupt CTC;
{
  unsigned char IRC, temp;

  IRC = IRC_PORT & MASK_PIN_AB;     // cteni stavu enkoderu
  if ((IRC & MASK_PIN_B) != 0)      // dekodovani grayova kodu, tj.
    IRC ^= MASK_PIN_A;              //   zamena druheho a tretiho stavu

  // rozdil soucasneho a predchoziho stavu, maskovani
  temp = (IRC – LastIRC) & MASK_PIN_AB;

  if (temp == MASK_PIN_A)           // test zda je rozdil stavu kladny (+1)
    Position++;
  else if (temp == MASK_PIN_AB)     // nebo zaporny (-1)
    Position--; 
  
  LastIRC = IRC;                    // uschovani soucasneho stavu
}

#ifndef _IntIRC_H_
#define _IntIRC_H_

#define     IRC_PORT    PIND
#define     PIN_A       2
#define     PIN_B       5
#define     MASK_PIN_A  (1<<PIN_A)
#define     MASK_PIN_B  (1<<PIN_B)
#define     MASK_PIN_AB (MASK_PIN_A | MASK_PIN_B)

#endif

#ifndef _IRC_H_
#define _IRC_H_

#include "IntIRC.h"

extern volatile int     EncoderPosition;  // pozice v ticich enkoderu

extern void InitIRC(void);

#endif

#include "IRC.h"

volatile int  EncoderPosition;      // pozice v ticich enkoderu
volatile char PreviousDir;          // pamet smeru otaceni, pro pripad ztraty hrany -// IRC snimace
volatile unsigned char LastIRC;     // predchozi obraz vstupu z enkoderu

void InitIRC(void)
{
  // CTC2, predelicka 8 – vstupni frekvence od citace 2 MHz
  // Citac s autoclear on compare match OCR
  TCCR2 = (1<<WGM21) | (0<<CS22) | (1<<CS21) | (0<<CS20);   
  OCR2  = 39;           // predvolba reload citace 40, vysledna frekvence 50 kHz
  TIMSK |= (1<<OCIE2);  // interrupt on Output Compare Match 2 

  LastIRC = IRC_PORT & MASK_PIN_AB;       // cteni aktualniho stavu IRC
  if ((LastIRC & MASK_PIN_B) != 0)         // dekodovani grayova kodu,
    LastIRC ^= MASK_PIN_A;                // uschovani stavu

  EncoderPosition = 0;                    // nulovani pozice enkoderu
}

#include 
#include 
#include 

#include "IntIRC.h"

.section    .text
      
; ==============
;
;     Prerusovaci rutina casovace zpracovani IRC snimace
;
;     Timer 2 … clock base 50 kHz 
;
;     Casova narocnost:
;           Dekodovani IRC          beze zmen   35 taktu    2.1875 uS
;                                   +/-         53 taktu    3.31   uS
;                                   2* +/-      55 taktu    3.4375 uS
;
;     Maximální vytizeni procesoru 17,5%
;
; ==============

.global     SIG_OUTPUT_COMPARE2
.func       SIG_OUTPUT_COMPARE2

#define     IRC   ZL
#define     temp  YH

SIG_OUTPUT_COMPARE2:                

IntIRC:

  push      r0
  in        r0, _SFR_IO_ADDR(SREG)
  push      ZH
  push      ZL
  push      temp
      
  in        IRC, _SFR_IO_ADDR(IRC_PORT)   ; cteni aktualniho stavu IRC
    
  ldi       temp, MASK_PIN_A              ; dekodovani grayova kodu
  sbrc      IRC, PIN_B                    ; je-li vyssi bit 1
  eor       IRC, temp                     ;   pak nizsi bit negovat
  andi      IRC, MASK_PIN_AB              ; maskovat pouze bity A, B

  lds       temp, LastIRC                 ; vyzvednuti minuleho stavu
  sts       LastIRC, IRC                  ; a ulozeni noveho

  sub       IRC, temp                     ; rozdil aktualniho a minuleho stavu
  andi      IRC, MASK_PIN_AB              ; maskovat pouze bity A,B (mozne přetečeni)

  breq      enc_zero                      ; rozdil je 0, nedoslo k pohybu
  cpi       IRC, MASK_PIN_A               ; rozdil stavu je "1"  
  breq      enc_inc                       ;   pricist tik
  cpi       IRC, MASK_PIN_AB              ; rozdil stavu je "-1"
  breq      enc_dec                       ;   odecist tik
                                          
  
  lds       ZL, PreviousDir               ; rozdil stavu je "2", ztrata stavu
  mov       ZH, ZL                        ;   zjistit prechozi smer pohybu
  lsl       ZL                            ; nasobit 2-mi, 
  asr       ZH                            ; pricteme, nebo odecteme 2 tiky
  rjmp      enc_add                       

enc_inc:    
  ldi       ZL, 1                         ; budeme pricitat 1 tik
  clr       ZH
  rjmp      enc_store

enc_dec:
  ldi       ZL, -1                        ; budeme odecitat 1 tik
  mov       ZH, ZL

enc_store:  
  sts       PreviousDir, ZL               ; uschova aktualniho smeru pohybu
      
enc_add:
  lds       temp, EncoderPosition         ; vypocet nove hodnoty pozice
  add       temp, ZL                      ;   enkoderu
  sts       EncoderPosition, temp
  lds       temp, EncoderPosition+1
  adc       temp, ZH
  sts       EncoderPosition+1, temp

enc_zero:
  pop       temp
  pop       ZL
  pop       ZH
  out       _SFR_IO_ADDR(SREG), r0
  pop       r0

  reti

.endfunc

Informační zdroje