ケロタン少佐のブログ一覧

みなさん、こんにちは。
ケロタン少佐デあります･･･(^_^)ヾ




さてさてさて･･･♪


前回では、『角度センサー』からの、

データの変化量と、回転方向が分りました。




今回は実際に、これらのデータを使って、

角度を割り出してみたいと思います。



そこで、またまた例題を･･･

（例.）

【定義】

・正午位置での基準位置の、位置データを0とする。
・時計回りに回転させます。
・回転角度は30度
・データは、規定時間毎に現在データをサンプリングする
ことにより取得する
・サンプリング時間は、1/1000秒毎(1ms/)とする。



上記定義より、これから実験を行う為に、

専用実験機器を描いてみました。

これにロータリーエンコーダーを接続して、実際に

角度を表示させてみたいと思います。




【本体、回路図】







【本体、パターン図】







【表示部、回路図】







【表示部、パターン図】









今後は、実験機器を製作して、実際に角度を測ってみたいと思います。



ところで、なぜ、このようなことを

やっているかといいますと

・

・

・


『操舵角センサー』から、データを取出してやりたいからデあります。


ちなみに、こちらのユニットは、ハンドルシャフトにある

『操舵角センサー』にも取付できるように対応させています。






そして、ゆくゆくは、『自作AFS』とかできたらなと･･･

更には、『加速度センサー』からもデータを取出し

『DCS・TCS割込み制御ユニット』が作れないものかと

妄想しているデあります･･･(^_^;)ヾ




長々と、今回の駄ブログに、お付き合いくださいましてありがとうございました･･･m(__)m




最後に･･･


今回も、長ったらしいプログラムを･･･(笑



【プログラム】
/*************************************************************************************************

AVR Studio 4 C言語用　Ver1.0(ATtiny2313用)　2008.12.2

ロータリーエンコーダーのテスト プログラム (R･E･T)

Program Name : rotary-encoder-test-program-ver1.0.c
Version : 1.0
Language : AVR C言語 (WinAVR)
Device : ATtiny2313
Clock : 1MHz(内蔵RC発振)
Author : ケロタン少佐


**************************************************************************************************

I/O

RESET,PA2 | 1****20| VCC
PD0 | 2****19| PB7
PD1 | 3****18| PB6
XTAL2,PA1 | 4****17| PB5
XTAL1,PA0 | 5****16| PB4.OC1B
INT0,PD2 | 6****15| PB3,OC1A
INT1,PD3 | 7****14| PB2,OC0A
T0,PD4 | 8****13| PB1
OC0B,T1,PD5 | 9****12| PB0
GND |10****11| PD6,ICP


PORTA2 ; 入力 ; 内部プルアップ,立下り検出- ; RESET
PORTA1 ; 出力 ; LED(red),作動確認用
PORTA0 ; 出力 ; LED(green),パイロット用

PORTB7 ; 出力 ; seg_a
PORTB6 ; 出力 ; seg_b
PORTB5 ; 出力 ; seg_c
PORTB4 ; 出力 ; seg_d
PORTB3 ; 出力 ; seg_e
PORTB2 ; 出力 ; seg_f
PORTB1 ; 出力 ; seg_g
PORTB0 ; 出力 ; seg_p

PORTD6 ; 出力 ; tr_1000
PORTD5 ; 出力 ; tr_100
PORTD4 ; 出力 ; tr_10
PORTD3 ; 出力 ; tr_1
PORTD2 ; 出力 ; def
PORTD1 ; 入力 ; 内部プルアップ,立下り検出- ; rsw_b
PORTD0 ; 入力 ; 内部プルアップ,立下り検出- ; rsw_a



**************************************************************************************************

動作仕様
1.4桁の7セグメントに回転情報を表示する。
2.操舵角センサーにも取付可能

STATUS LEDの動作
点滅･･･(2Hz)
セッティングモード中
点灯･･･(1Hz)
通常モード中


*********************************************************************************************** */

#include
#include
#include

// PORTA
#define RESET 2
#define LED_red 1
#define LED_green 0

// PORTB
#define seg_a 7
#define seg_b 6
#define seg_c 5
#define seg_d 4
#define seg_e 3
#define seg_f 2
#define seg_g 1
#define seg_p 0

// PORTD
#define def 7
#define tr_1000 6
#define tr_100 5
#define tr_10 4
#define tr_1 3
#define def 2
#define rsw_b 1
#define rsw_a 0


/*************************************************************************************************
******* グローバル宣言 */

volatile char s1,s0,t1,t0;
volatile uint16_t cnt,cnt4;


// 7セグ表示用データ

uint8_t seg_dat[] = {
0b11111100, ;0
0b01100000, ;1
0b11011010, ;2
0b11110010, ;3
0b01100110, ;4
0b10110110, ;5
0b10111110, ;6
0b11100100, ;7
0b11111110, ;8
0b11110110 ;9
};

/*************************************************************************************************
******* プロトタイプ宣言 */

void init_io(void);
void init_tim(void);
void init_dat(void);

void wait_100us(uint16_t);


/*************************************************************************************************
******* タイマ0割込み　1ms毎にエンコーダのデータを取得 */

SIGNAL(SIG_OVERFLOW0){ // 1MHz/64 = 16kHz

TCNT0=241; // タイマーのカウンタセット　256-16=241　　→1000Hz
s0=s1; // swを調べる　新データを旧データ変数に入れて

s1= (PIND & 0b00000011); // 新データを読み込む　bit1-0 にrswがあるから off=1 on=0

if (s1 == 3){
s1 = 2; // 3→2へ変換
} else if (s1 == 2){
s1 = 3; // 2→3へ変換
}

if (((s1 - s0 == 1)||(s1 - s0 == -3)) && (cnt < 39997)){ // Max 39997 = 9999 × 4ターム
cnt++; // 3→0も正回転(CW)
}
if (((s1 - s0 == -1)||(s1 - s0 == 3)) && (cnt > 0)){ // Min 0
cnt--; // 0→3も逆回転(CCW)
}

cnt4=cnt; // クリック付きは4ターム1セットなので cnt4=cnt/4に変更
}

/*************************************************************************************************
******* メイン */

int main(void){
uint8_t d1,d10,d100,d1000,i; // 符号なし8bit変数宣言
uint16_t j; // 7seg桁変換用の一次変数

// 初期化
init_io(); // I/O初期化
init_tim(); // タイマー初期化
init_dat(); // データ初期化

sei(); //

PORTA |= _BV(LED_green); // LED点灯


// セッティング記録の読込み

// 中立位置の検出
s0 = PIND & 0b00000011; // 入力信号初期値を代入

d1 = 0; // クリア
d10 = 0; // クリア

// メインループ
while(1) {

// ステータスLED点滅(red)
PORTA ^= _BV(LED_red); // LEDを反転


// 7セグメント表示用にBCD変換
j = cnt4; // 表示数字のカウントアップ
d1000 = j / 1000; // 1000の位抽出
j = j - d1000 * 1000; // 1000の位除外
d100 = j / 100; // 100の位抽出
j = j - d100 * 100; // 100の位除外
d10 = j / 10; // 10の位抽出
j = j - d10 * 10; // 10の位除外
d1 = j; // 1の位抽出

// 7セグメント表示処理
for(i=1;i<250;i++){
PORTD |= ~_BV(tr_1000); // 最上位桁表示
PORTB = seg_dat[d1000]; // 1000の位
wait_100us(5); // 500us
PORTD &= ~_BV(tr_1000); // 全表示消灯

PORTD |= ~_BV(tr_100); // 100の位表示
PORTB = seg_dat[d100]; //
wait_100us(5); // 500us
PORTD &= ~_BV(tr_100); // 全表示消灯

PORTD |= ~_BV(tr_10); // 10の位表示
PORTB = seg_dat[d10]; //
wait_100us(5); // 500us
PORTD &= ~_BV(tr_10); // 全表示消灯

PORTD |=_BV(tr_1); // 最下位桁表示
PORTB = seg_dat[d1]; // 1の位
wait_100us(5); // 500us
PORTD &= ~_BV(tr_1);
}

}
}

/*************************************************************************************************
******* init_io I/O 初期化処理　 */

void init_io(void){

PORTA = 0b00000100; // 2プルアップ
DDRA = 0b00000011; // 1-0出力

DDRB = 0b11111111; // 全出力
PORTB = 0b00000000; // 0=all

PORTD = 0b00000011; // 1-0プルアップ
DDRD = 0b01111100; // 6-2出力

}

/*************************************************************************************************
******* init_tim タイマー 初期化処理 */

void init_tim(void){

TCCR0=3; // タイマ0の分周比＝1/64
TIMSK=(1<<TOIE0); // タイマ0　割り込み許可
TCNT0=241; // タイマーのカウンタセット

}

/*************************************************************************************************
******* init_dat 各種データ 初期化処理　 */

void init_dat(void){

cnt = 0; // 初期値0

}

/*************************************************************************************************
******* wait関数_100us */

void wait_100us(uint16_t time) { // 100us wait ルーチン。 クロック設定のこと。
// 25MHzでも 260ms までとれる。
time*=1; // 8MHzのとき。timeにF_CPU（MHz）をかける。重要!!

uint8_t lpcnt;
__asm__ __volatile__("\n"
"Entry%=: \n\t"
"ldi %0,24\n" // 計算値は25。24の方が実測値は良い。
"Loop%=: \n\t"
"nop\n\t"
"dec %0\n\t"
"brne Loop%=\n\t"
"sbiw %1,1\n\t"
"brne Entry%=\n\t"
:"=&a"(lpcnt)
:"w"(time)
);
return;
}

/*************************************************************************************************
******* END */

みなさん、こんにちは。
ケロタン少佐デあります･･･(^_^)ヾ




さてさて･･･♪


では、『角度センサー』は、いかにして

角度データを作り出しているのでしょう？




(例)を出して考えてみます。


今、手元にボリューム（ロータリーエンコーダ）が1つあるとします。

このボリュームは正午の位置で中立基準となっています。

ここで、時計回りに30度程傾けてみましょう。




【図1.】







はい、時計回りに30度程傾きましたね。



では、この時、『角度センサー』は、どの様なデータを生成しているのでしょう？


・

・

・


と、その前に、『角度センサー』の内部構造について

みてみましょう。



【図2.】







はい。これは、『角度センサー』の内部構造を簡略化した図になります。

一般的な『角度センサー』には、『機械式』と『光学式』の2つが

使われています。


・機械式の場合は、2つの接点を開け閉めすることにより、
合計4パターンのデジタルデータを生成しています。

・光学式の場合は、2つのフォトダイオードを使用して、
同じく合計4パターンのデジタルデータを生成しています。


どちらの場合も、AとBの出力があり、BはAよりもワンテンポずれて

信号を出力しています。この信号は、単純なON・OFFのデジタル

信号になっており、どちらもパルスを形成しています。

そして、このパルスのズレによって、4つのデジタルパターンが

形成されています。





それでは、その4パターンのデータから、どの様にして

角度情報を得るかですが･･･


【図3.】







こちらが、実際に生成されるデータ配列になります。

『機械式』でも『光学式』でも合計4つのデータが

生成されるのは、先ほど述べました。

今、仮にその4つのデータを、0・1・3・2と定義します。

すると、時計回りにボリュームを回し続けると、



0・1・3・2・0・1・3・2・・・・・・0・1・3・2・・・


と生成データは出力され続けます。


ここでこの配列パターンを分り易く置き換えてみます。

定義として･･･

・0＿→＿0
・1＿→＿1
・3＿→＿2
・2＿→＿3

と置き換えます。


すると、データの遷移パターンは、


・0＿→＿1＿は＿1＿-＿0＿＝＿＋1
・0＿→＿2＿は＿2＿-＿0＿＝＿＋2
・0＿→＿3＿は＿3＿-＿0＿＝＿＋3
・1＿→＿2＿は＿2＿-＿1＿＝＿＋1
・1＿→＿3＿は＿3＿-＿1＿＝＿＋2
・2＿→＿3＿は＿3＿-＿2＿＝＿＋1


と、+1、+2、+3の変化があることがわかります。(ちょっと簡略化してます)


ここで変化量が＋値の場合は、時計回り

－値の場合は反時計周りであることが分りました。



次に、角度の求め方ですが･･･




こちらは次回に･･･♪





【角度検出その4】へつづく･･･

みなさん、こんにちは。
ケロタン少佐デあります･･･(^_^)ヾ




さて、つづきデあります♪


ネットにて色々と調べていくと･･･

歯車の角度検出には、『角度センサー』なるものが

使われていることが、分りました。



さてさて･･･

では『角度センサー』とは、どの様な仕組みなのでしょう？



そこで、身近に『角度センサー』が組み込まれている

ものを探してみることにしました。




色々と調べていくと、表題の『ロータリーエンコーダ』にも

使われていることが分りました。



ロータリーエンコーダとは･･･


そう、アレです。


最近のオーディオのボリューム調整とか

電子レンジのダイヤルとかに使われていたり。

自動車だと、エアコンの温度調整ダイヤルなどにも

使用されていますね。


アレって、回せど回せど終わりがなく、

無限にまわりますよね。



みなさんは、気になったことはありませんか？

ケロタンちょっと調べて、考えました。



考察は次回に･･･♪





【角度検出その3】へつづく･･･

みなさん、こんにちは。
ケロタン少佐デあります･･･(^_^)ヾ




最近、ながったらしいプログラムの記事ばかりで
ファンを無くしているとか、しないとか･･･(汗



ところで、歯車の角度検出ってどうやっているのでしょう？

みなさんは、気になったことはありませんか？

ケロタンちょっと調べて、考えました。



考察は次回に･･･♪





【角度検出その2】へつづく･･･