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光电编码器在车载音响系统中的应用分析
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2017-11-22
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光电编码器可以通过光电原理将一个机械的几何位移量转换为电子信号（电子脉冲信号或者数据串）。它是一种集光、机、电为一体的数字化检测装置，具有精度高、结构简单、体积小、使用可靠、易于维护、性价比高等优点。
一般来说，根据光电编码器产生脉冲的方式不同，可以分为增量式、绝对式以及复合式3大类。增量式旋转光电编码器容易做成全封闭型式，易于实现小型化。它的外观好像一个电位器，因其外部有一个可以左右旋转同时又可按下的旋钮，很多设备（如显示器、示波器等）用它作为人机交互接口。在车载电子设备中被广泛用于显示器菜单选择、汽车音响的音量控制调节以及汽车空调的控制调节等。笔者主要以日本阿尔卑斯EC11J微型光电编码器为例，分析了增量式旋转编码器的构造及原理，进一步提出了在汽车音量控制调节过程中如何用软件程序实现输出脉冲的辨向和计数的方法。文中如不特别说明，所提到的编码器均指增量式旋转光电编码器。
1 光电编码器的构造与工作原理
1．1 编码器的构造
典型的增量式光电编码器主要由机械系统、数据扫描系统、电气系统3大部分组成。机械系统主要起外壳和转动支撑作用。
数据扫描系统由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件组成，如图1所示。码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；检测光栅上刻有A、B两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线。它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开1／4节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差90°。在大多数情况下，直接从编码器的光电检测器件获取的信号电平较低，波形也不规则，还不能适应于控制、信号处理和远距离传输的要求。所以，在编码器还必须将此信号放大、整形。
电气系统部分主要包括保护电路、放大电路、抗干扰电路、数据转换输出等。
1．2 编码器的工作原理
当码盘随着转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件会输出两组相位差90°的脉冲信号。
图2（a）为光电式编码器的A／B相脉冲信号发生的典型电路。虚线框为缝隙，如果检测光栅挡住光源的光线射向光电三极管，三极管呈截止状态。此时A／B相输入因上拉电路的影响呈逻辑高电平，如图2（b）所示。反之，光电三极管受发光二极管的照射，呈饱和态（即导通）。此时A／B相因与地相接呈逻辑低电平。因此当码盘旋转时，会产生如图3所示的A／B相脉冲。
一般来说，根据光电编码器产生脉冲的方式不同，可以分为增量式、绝对式以及复合式3大类。增量式旋转光电编码器容易做成全封闭型式，易于实现小型化。它的外观好像一个电位器，因其外部有一个可以左右旋转同时又可按下的旋钮，很多设备（如显示器、示波器等）用它作为人机交互接口。在车载电子设备中被广泛用于显示器菜单选择、汽车音响的音量控制调节以及汽车空调的控制调节等。笔者主要以日本阿尔卑斯EC11J微型光电编码器为例，分析了增量式旋转编码器的构造及原理，进一步提出了在汽车音量控制调节过程中如何用软件程序实现输出脉冲的辨向和计数的方法。文中如不特别说明，所提到的编码器均指增量式旋转光电编码器。
1 光电编码器的构造与工作原理
1．1 编码器的构造
典型的增量式光电编码器主要由机械系统、数据扫描系统、电气系统3大部分组成。机械系统主要起外壳和转动支撑作用。
数据扫描系统由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件组成，如图1所示。码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；检测光栅上刻有A、B两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线。它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开1／4节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差90°。在大多数情况下，直接从编码器的光电检测器件获取的信号电平较低，波形也不规则，还不能适应于控制、信号处理和远距离传输的要求。所以，在编码器还必须将此信号放大、整形。
电气系统部分主要包括保护电路、放大电路、抗干扰电路、数据转换输出等。
1．2 编码器的工作原理
当码盘随着转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件会输出两组相位差90°的脉冲信号。
图2（a）为光电式编码器的A／B相脉冲信号发生的典型电路。虚线框为缝隙，如果检测光栅挡住光源的光线射向光电三极管，三极管呈截止状态。此时A／B相输入因上拉电路的影响呈逻辑高电平，如图2（b）所示。反之，光电三极管受发光二极管的照射，呈饱和态（即导通）。此时A／B相因与地相接呈逻辑低电平。因此当码盘旋转时，会产生如图3所示的A／B相脉冲。
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