基于絕對編碼器的數據采集

該最小系統構成的電路簡(jiǎn)單，穩定性好，滿(mǎn)足了數據采集系統的要求。

4 數據信號的傳輸
對本系統而言，數據信號是二進(jìn)制編碼，在數據采集過(guò)程中沒(méi)有對數據編碼進(jìn)行封裝，因此數據信號的傳輸是直接通過(guò)物理鏈路層進(jìn)行。由于被控對象離中控室較遠，因此數據采集后需要傳輸較長(cháng)的距離，如采用一般的RS 232接口的非平衡傳輸方式，即所謂單端通信方式，其收、發(fā)端的數據信號是相對于信號地，典型的RS 232信號在正負電平之間變化，在發(fā)送數據時(shí)，發(fā)送端驅動(dòng)器輸出正電平在+5～+15 V，負電平在-5～-15 V。當無(wú)數據傳輸時(shí)，傳輸線(xiàn)上為T(mén)TL電平，從開(kāi)始傳送數據到數據傳輸結束，傳輸線(xiàn)上的電平從TTL電平到RS 232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3～+12 v與-3～-12 V。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為2～3 V，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線(xiàn)上的分布電容，其傳送距離最大約為15 m，最高速率為20 Kb／s。RS 232是為點(diǎn)對點(diǎn)通信而設計的，其驅動(dòng)器負載為3～7 kΩ，所以RS 232僅適合本地設備之間的通信，對距離較遠的數據傳輸顯然存在問(wèn)題。
RS 422標準全稱(chēng)是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”，由于接收器采用高輸入阻抗，發(fā)送驅動(dòng)器比RS 232的驅動(dòng)能力更強，故允許在相同傳輸線(xiàn)上連接多個(gè)接收節點(diǎn)。RS 422四線(xiàn)接口由于采用單獨的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數據方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式或硬件方式(一對單獨的雙絞線(xiàn))實(shí)現。RS 422的最大傳輸距離約為1 000 m，最大傳輸速率為10 Mb／s，其平衡雙絞線(xiàn)的長(cháng)度與傳輸速率成反比，在100 Kb／s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100 m長(cháng)的雙絞線(xiàn)上所能獲得的最大傳輸速率僅為1 Mb／s。在本系統中，數據采樣率為10 Kb／s，數據傳輸的距離大約為80 m，可見(jiàn)在本系統中采用RS 422完全可以滿(mǎn)足要求。

5 轉換器
數據采集后需要傳送到中控室的主計算機進(jìn)行處理，在中控室的計算機端，數據信號是通過(guò)串口以RS 232標準接入的。而數據源端輸出的信號是RS 422標準，數據編碼是格雷碼，不能直接與主計算機之間進(jìn)行數據傳輸，數據采集還需要由激勵信號啟動(dòng)。由此設計一個(gè)數據轉換器，由轉換器產(chǎn)生激勵信號，控制數據采樣的采樣率進(jìn)行采樣。轉換器也作為絕對編碼器輸出數據的接收器，轉換器接收數據以后，將格雷碼轉換為二進(jìn)制代碼，再將二進(jìn)制代碼進(jìn)行處理，直接轉換為控制轉速的編碼信號，這樣就大大減輕了主計算機對接收到的數據信號進(jìn)行分析處理的工作。轉換器將處理后的轉速信號以RS 232標準與主計算機的串口之間直接進(jìn)行數據通信，由于轉換器的位置也在中控室，距離主計算機很近，故采用RS 232標準完全能夠滿(mǎn)足要求，根據數據采集的采樣率，利用串口通信的波特率也能滿(mǎn)足系統需要。
在本系統中，絕對編碼器采用的是成品，保證了數據源的準確和穩定，主計算機采用工控機，其穩定性和可靠性也能滿(mǎn)足要求。數據轉換器為了提供同步激勵和接收數據以及標準轉換，只能自己分析設計，對底層物理鏈路層而言，需要進(jìn)行充分的考慮，本文不對轉換器的分析和設計進(jìn)行討論。

6 結語(yǔ)
在數據采集方面，就跟蹤控制系統而言，采用旋轉變壓器，其價(jià)格相對較低，但是其采集的一次信號為模擬量，要經(jīng)過(guò)中間的A／D轉換和二次誤差調整與精度補償，給數據源的精度帶來(lái)一定影響。使用絕對編碼器，由于輸出的是數字信號(光電轉換在內部完成)，減少了轉換與補償帶來(lái)的誤差影響，提高了數據精度，精確的數據源對控制精度起到了絕定性的作用。盡管數據通信已經(jīng)較為成熟，但選擇適當的方式減小數據傳輸過(guò)程帶來(lái)的影響也是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節，這在實(shí)際系統設計中應該得到相應的重視。就本文提出設計的系統模型，在硬件系統配置上進(jìn)行了充分的考慮，所采集的數據與跟蹤算法的配合，使跟蹤控制的精度得到了保證，在實(shí)際運行過(guò)程中監測的結果數據顯示，實(shí)際運行控制精度比設計預期的精度要高。