Jak: Bezkontaktní rotační kodér: 3 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Tato aplikační poznámka popisuje, jak navrhnout vysoce spolehlivý rotační spínač nebo kodér pomocí Dialog GreenPAK ™. Tato konstrukce spínače je bezkontaktní, a proto ignoruje oxidaci kontaktů a opotřebení. Je ideální pro použití venku, kde je dlouhodobá vlhkost, prach, extrémní teploty atd. Dialog GreenPAK SLG46537: GreenPAK CMIC poskytuje všechny obvodové funkce pro tento design. Generuje signál (EVAL) pro lepší signál šumu, přijímá vstupy z každého sektorového bloku otočného přepínače a interpretuje každý sektorový blok pomocí asynchronního stavového stroje (ASM), aby byl zaručen pouze jeden výběr přepínače.

Níže jsme popsali potřebné kroky, abychom pochopili, jak bylo řešení naprogramováno k vytvoření bezkontaktního rotačního kodéru. Pokud však chcete získat pouze výsledek programování, stáhněte si software GreenPAK a zobrazte již dokončený soubor návrhu GreenPAK. Připojte vývojovou sadu GreenPAK k počítači a spusťte program a vytvořte převodník 8Ch PWM na pulzní modulaci polohy.

Krok 1: Koncept designu

Tento design funguje načasováním. Generuje hodinový (EVAL) signál, který pomalu vytáhne každou sektorovou podložku přes externí odpory 100 kohm (obrázek 1). Signál EVAL je kapacitně spojen s centrálním „stěračem“, který pohání stoupající okraj vybrané sektorové podložky rychleji než všechny ostatní (rychle na obrázku 1). Asynchronní stavový stroj GreenPAK (ASM) poté vyhodnotí, která stoupající hrana dorazila jako první, a výsledek se uzamkne. Výhodou konstrukce kapacitní spojky je spolehlivost. Ať už je kodér postaven kapacitně a poté se opotřebovává na přímé připojení, nebo je vybudován na přímé připojení a poté degraduje (oxiduje) na kapacitní, stále funguje. Schéma nejvyšší úrovně na obrázku 1 ukazuje výstupy připojené k externím LED diodám pro demonstraci.

Obrázek 2 je zachycení osciloskopu ukazující rozdíl v době výdrže sektorové podložky, která má k sobě zarovnány tyto stírací lišty, ve srovnání s dobou náběhu ostatních nevybraných podložek. Delta T je 248 nS, což je více než dostatečná rezerva pro vyřešení asynchronního stavového stroje (ASM) GreenPAK.

ASM lze vyřešit za nanosekundy a jeho interní arbitrážní obvody zaručují, že je platný pouze jeden stav. Proto se kdykoli zaregistruje pouze jeden výstup.

Krok 2: Implementace návrhu GreenPAK

Schéma naprogramované do GreenPAK CMIC je znázorněno na obrázku 3.

Z důvodu úspory energie je signál EVAL generován rychlostí odpovídající době odezvy aplikace. Používá se nízkofrekvenční oscilátor, který se dále dělí pomocí CNT2. V tomto případě je to přibližně 16 Hz. Viz nastavení konfigurace na obrázku 4.

Ilustrace možných stavových přechodů je znázorněna ve stavovém diagramu ASM (obrázek 5).

Mírně zpožděná kopie EVAL se používá jako reset ASM s každým cyklem. Tím je zajištěno, že vždy začínají od STATE0. Po podmínce resetování ASM je signál EVAL monitorován ASM na každém z padů. Pouze nejčasnější náběžná hrana způsobí přechod stavu ze STATE0. Jakékoli následné stoupající hrany z jiných padů budou ignorovány, protože je možný pouze jeden přechod stavu. Je to také kvůli způsobu, jakým jsme nakonfigurovali ASM, jak ukazuje obrázek 6. Každý ze 6 výstupních stavů ASM odpovídá pouze jednomu ze sektorových padů. Západky DFF udržují výsledek ASM stabilní, takže během resetu ASM nedochází k přepínání konečného výstupu. Požadovaná polarita pro řízení výstupních kolíků NMOS s otevřeným odtokem vyžaduje, abychom nakonfigurovali DFF s převrácenými výstupy.

Krok 3: Výsledky testu

Níže uvedené fotografie ukazují hrubý prototyp, plně funkční. Má také nízký výkon a měří pouze 5 uA pro GreenPAK. Rozložení padů a stěračů je maximalizováno pro nejsilnější signál. Ukázalo se, že prototyp je imunní vůči silnému vysokofrekvenčnímu rušení, jako jsou velké fluorescenční žárovky a rádio 5 W 145 MHz. Je to pravděpodobně proto, že všechny pady přijímají rušení v běžném režimu.

Je možné rozložit podložky a rozměry stěračů tak, aby nedocházelo k překrývání 2 podložek ve stejnou dobu na stěrač v jakékoli poloze. To nemusí být ve skutečnosti nutné, protože arbitrážní obvody ASM umožní platnost pouze jednoho ze stavů, a to i v případě 2 současně stoupajících hran. To je další důvod, proč je tento design robustní. Dobré citlivosti je dosaženo u rozvržení desky s velmi úzkými propojovacími stopami k padům a stejnou délkou k sobě, takže celková kapacita každého sektorového padu je sladěna s ostatními. Konečný produkt by mohl obsahovat mechanické zarážky stěrače, takže „zacvakne“, když je vycentrován do každé z poloh, a také poskytne příjemný hmatový pocit.

ZávěrDialog GreenPAK CMIC nabízí nízkoenergetické, robustní a kompletní řešení pro tento vysoce spolehlivý otočný přepínač. Je ideální pro aplikace, jako jsou venkovní časovače a ovládací prvky, které vyžadují stabilní a dlouhodobý provoz.