基于絕對編碼器的數(shù)據(jù)采集

該最小系統(tǒng)構(gòu)成的電路簡單，穩(wěn)定性好，滿足了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求。

4 數(shù)據(jù)信號的傳輸
對本系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)信號是二進制編碼，在數(shù)據(jù)采集過程中沒有對數(shù)據(jù)編碼進行封裝，因此數(shù)據(jù)信號的傳輸是直接通過物理鏈路層進行。由于被控對象離中控室較遠，因此數(shù)據(jù)采集后需要傳輸較長的距離，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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在+5～+15 V，負電平在-5～-15 V。當無數(shù)據(jù)傳輸時，傳輸線上為TTL電平，從開始傳送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，傳輸線上的電平從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是為點對點通信而設(shè)計的，其驅(qū)動器負載為3～7 kΩ，所以RS 232僅適合本地設(shè)備之間的通信，對距離較遠的數(shù)據(jù)傳輸顯然存在問題。
RS 422標準全稱是“平衡電壓數(shù)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(qū)動器比RS 232的驅(qū)動能力更強，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點。RS 422四線接口由于采用單獨的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)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)實現(xiàn)。RS 422的最大傳輸距離約為1 000 m，最大傳輸速率為10 Mb／s，其平衡雙絞線的長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長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1 Mb／s。在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采樣率為10 Kb／s，數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x大約為80 m，可見在本系統(tǒng)中采用RS 422完全可以滿足要求。

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

6 結(jié)語
在數(shù)據(jù)采集方面，就跟蹤控制系統(tǒng)而言，采用旋轉(zhuǎn)變壓器，其價格相對較低，但是其采集的一次信號為模擬量，要經(jīng)過中間的A／D轉(zhuǎn)換和二次誤差調(diào)整與精度補償，給數(shù)據(jù)源的精度帶來一定影響。使用絕對編碼器，由于輸出的是數(shù)字信號(光電轉(zhuǎn)換在內(nèi)部完成)，減少了轉(zhuǎn)換與補償帶來的誤差影響，提高了數(shù)據(jù)精度，精確的數(shù)據(jù)源對控制精度起到了絕定性的作用。盡管數(shù)據(jù)通信已經(jīng)較為成熟，但選擇適當?shù)姆绞綔p小數(shù)據(jù)傳輸過程帶來的影響也是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，這在實際系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)該得到相應(yīng)的重視。就本文提出設(shè)計的系統(tǒng)模型，在硬件系統(tǒng)配置上進行了充分的考慮，所采集的數(shù)據(jù)與跟蹤算法的配合，使跟蹤控制的精度得到了保證，在實際運行過程中監(jiān)測的結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，實際運行控制精度比設(shè)計預(yù)期的精度要高。