KR900005432B1 - Capacitance sensor driver encoder - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명에 따른 엔코더시스템의 블록선도.1 is a block diagram of an encoder system according to the present invention.
제2a-제2o도는 제1도의 여러 출력단자에서 관찰되는 신호의 파형.2a to 2o are waveforms of signals observed at various output terminals of FIG.
제3도는 본 발명이 적용되는 다른 형태의 센서를 도시한 도면.3 is a view showing another type of sensor to which the present invention is applied.
제4도는 본 발명이 적용되는 다른 형태의 센서를 도시한 도면.4 is a view showing another type of sensor to which the present invention is applied.
제5도는 전송방식의 예시도면.5 is an exemplary diagram of a transmission scheme.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 1단위를 지시하는 레지스터 11 : 10단위를 지시하는 레지스터10: register indicating 1 unit 11: register indicating 10 unit
12 : 100단위를 지시하는 레지스터 13 : 1000단위를 지시하는 레지스터12: register indicating 100 units 13: register indicating 1000 units
100 : 커패시턴스센서 110-119 : 고정전극100: capacitance sensor 110-119: fixed electrode
120 : 회전전극 150, 170 : 아날로그멀티플렉서120:
152 : 채널선택어드레스단자 200 : 마이크로컴퓨터152: channel selection address terminal 200: microcomputer
210-219 : 제1포트의 핀 271 : 직렬데이터 송출핀210-219: Pin 1 of the first port 271: Serial data sending pin
220 : 제2포트의 핀 310, 319 : 필터링회로220:
250 : 입력포트 400 : 증폭회로250: input port 400: amplification circuit
402 : 교류결합커패시터 410 : 연산증폭기402: AC coupled capacitor 410: operational amplifier
450 : 평균값회로 500 : 아날로그-디지탈변환회로450: Average value circuit 500: Analog-to-digital conversion circuit
600 : 정전압회로 610 : 트랜지스터600: constant voltage circuit 610: transistor
620 : 제너다이오드 630 : 전파정류기620: Zener diode 630: full wave rectifier
본 발명은 전기, 개스, 수도, 주유기, 텔레비젼등의 기계식 레지스터를 원격측정이 가능하게 하는 카패시턴스센서의 엔코더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전체의 회전각의 위치, 방향, 속도, 가속도 등을 측정하는 커패턴스센서에 구동신호를 인가하고 센서로부터 출력신호를 받아서 처리함으로써 회전체의 회전각의 위치 등을 2선식 전송선로를 통하여 원격검침이 가능하게 하는 마이크로컴퓨터와 아날로그-디지탈변환기를 사용한 엔코더시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an encoder of a capacitance sensor that enables telemetry of mechanical registers such as electricity, gas, water, lubricator, and television, and more particularly, the position, direction, speed, and acceleration of the rotation angle of the rotating body. Microcomputer and analog-to-digital converter which apply the driving signal to the pattern sensor for measuring the back and receive the output signal from the sensor and process the position of the rotation angle of the rotating body through the 2-wire transmission line. It relates to an encoder system using.
상기 발명에 관계되는 커패시턴스센서에 관한 원리는 공개특허공보제86-8456호(`86. 11. 15 공개 ) 및 공개특허공보 제87-6388호(`87. 7. 11 공개) 개시되어 있으며 상기 센서에 관련된 엔코더회로는 공개특허공보 제87-5252호(`87. 6. 5 공개) 및 상기의 공개특허공보 87-6388호에 개시되어 있다. 상기 엔코더회로는 게이트레벨의 디지털소자를 사용하고 있는 것으로서 기판제작에 많은 비용이 들고 신뢰도가 저하되고 품질관리가 어렵다. 상기 엔코더회로를 단일칩으로 설계하여 제작하는 것이 가장 좋은 방법이지만 현재의 우리의 기술수준으로는 가격이 높아지게 된다.The principle related to the capacitance sensor according to the present invention is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 86-8456 ('86. 11. 15) and 87-6388 ('87. 7. 11). The encoder circuit related to the sensor is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 87-5252 (`87. 5 Publication) and the above-mentioned Patent Publication No. 87-6388. The encoder circuit uses a gate-level digital device, which is expensive to manufacture a substrate, has low reliability, and is difficult to control quality. It is best to design and manufacture the encoder circuit as a single chip, but at the current level of technology, the price will increase.
상기 엔코더회로의 제어기능을 마이크로컴퓨터로 수행하는 것의 연구결과는 본 발명인들에 의하여 1986년 10월 2일 대한전자공학회 추계학술대회에서 발표되었다. 그러나 이것은 마이크로 컴퓨터를 이용하고 있을지라도 입력신호를 발생시키기 위하여 정형파발진 회로와 아날로그플렉서와 OR회로 등을 이용하는 복잡한 회로를 채택하고 있어서 효율적인 회로가 아니며 신뢰도가 낮다.The research results of performing the control function of the encoder circuit by the microcomputer were presented by the inventors at the Fall Conference of the Korean Institute of Electronics Engineers on October 2, 1986. However, even though a microcomputer is used, it is not an efficient circuit and has low reliability because it adopts a complex circuit using a square wave oscillation circuit, an analogplexer and an OR circuit to generate an input signal.
본 발명과 비슷한 엔코더회로가 미국특허 제4, 471, 4109호(1984년 9월 11일 아나손에게 허여되었음)가 있다. 이것도 커패시턴스센서와 마이크로컴퓨터를 이용한 것이지만 센서의 커패시턴스를 크게 만들어 주기 위하여 회전전극과 고정전극이 밀착되도록 스프링으로 압력을 가하고 있으므로 회전전극과 고정전극사이에 마찰력이 존재하기 때문에 적산전력계와 같이 높은 감도가 요구되는 곳이나 높은 정밀도가 요구되는 곳에는 사용할 수 없으며 측정에 있어서 펄스방식을 채택하고 있기 때문에 시스템의 분해능이 고정전극의 수에 의해 제한되어 대단히 낮은 36이다.An encoder circuit similar to the present invention is described in US Pat. No. 4,471,4109, issued to Anason on September 11, 1984. This is also using a capacitance sensor and a microcomputer, but in order to increase the capacitance of the sensor, pressure is applied by a spring so that the rotating electrode and the fixed electrode are in close contact. Therefore, since a friction force exists between the rotating electrode and the fixed electrode, high sensitivity such as an integrated power meter is obtained. It cannot be used where it is required or where high precision is required. Since the pulse method is used in the measurement, the resolution of the system is limited by the number of fixed electrodes, which is extremely low.
즉, 원판을 10개로 균등분할하여 동심원상으로 배치한 고정전극(따라서 하나의 고정전극이 차지하는 범위는 36°)의 주위를 회전극이 회전되게 하여서 상기 분할된 고정전극중의 어느 하나에서 검출되는 펄스신호를 이용하여 회전체의 위치를 판정하기 때문에 검출가능한 회전체의 각도 즉 분해능은 하나의 고정전극에 대응되는 36°밖에 되지 않게 되어 정밀측정이 불가능하게 된다.That is, the rotating electrodes are rotated around the fixed electrodes (the range occupied by one fixed electrode 36 °) arranged in concentric circles by equally dividing the original plate into 10 discs, thereby being detected by any one of the divided fixed electrodes. Since the position of the rotating body is determined using the pulse signal, the angle of the detectable rotating body, that is, the resolution, is only 36 ° corresponding to one fixed electrode, making precise measurement impossible.
한편, 분해능을 향상시키기 위하여, 고정전극의 수를 증가시키는 것도 고려될 수 있지만, 고정전극의 수의 증가에 수반하여 엔코더회로의 수도 이에 대응하여 증가되어야 하기 때문에 구조가 대단히 복잡하게 되고 그만큼 가격도 상승하게 된다. 또한 고정전극의 수의 증가에 따라 하나의 고정전극이 차지하는 면적도 반비례하여 작아지게 될 뿐만 아니라 회전전극의 면적도 동시에 작아지도록 하여야 되기 때문에 검출신호가 미약하게 되어 오류의 발생을 피할 수 없게 된다.On the other hand, in order to improve the resolution, an increase in the number of fixed electrodes may be considered, but the number of encoder circuits has to be increased correspondingly with an increase in the number of fixed electrodes, so that the structure becomes very complicated and the cost is high. Will rise. In addition, as the number of fixed electrodes increases, the area occupied by one fixed electrode is also reduced in inverse proportion, and the area of the rotating electrode must be made smaller at the same time, so that the detection signal becomes weak and the occurrence of an error cannot be avoided.
따라서 본 발명의 목적은 엔코더회로를 대폭 간소화시키는 반면 제작비용은 상승시키지 않고 측정데이터의 신뢰도를 크게 향상시키는 엔코더시스템을 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide an encoder system that greatly simplifies the encoder circuit while significantly increasing the reliability of the measurement data without increasing the manufacturing cost.
본 발명의 다른 목적은 원격측정에 의해 얻을 수 있는 잇점, 예를들면 전기 계량기의 원격검침과 동시에 피크타임제 또는 부하제어 등의 잇점을 부여할 수 있는 다양한 기능을 가질 수 있는 엔코더를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an encoder that can have various functions that can provide advantages such as peak time measurement or load control simultaneously with telemetering of an electric meter.
본 발명의 또 다른 목적은 커패시턴스센서의 분해능이 고정전극의 수에 의해 제한되는 단점을 극복하여 크게 향상된 분해능을 갖는 엔코더시스템을 제공하는 것이다. 이와같은 목적의 달성은, 첫째, 회전체의 회전면위의 일부에 배치된 회전전극과 상기 회전면과 항상 평행한 면을 갖는 고정체의 고정면 위에 다수의 고정전극이 배치되어 회전체의 회전각에 따라 상기 회전전극이 상기 고정전극의 일부와 대향하여 커패시턴스를 이루어서 상기 대향하고 있는 고정전극에 의해 상기 회전체의 회전각을 구분할 수 있는 커패시턴스센서와, 둘째 상기 센서에 필요한 입력신호를 발생시키고 인가하는 수단과, 셋째 상기 커패시턴스센서로부터 아날로그신호를 얻어서 증폭하는 수단과, 넷째 상기 증폭된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 수단과, 다섯째 상기의 각 수단에 접속되어 필요한 신호를 공급하고 받아들인 신호를 처리하는 마이크로컴퓨터에 의해 이루어진다.Still another object of the present invention is to provide an encoder system having a greatly improved resolution by overcoming the disadvantage that the resolution of the capacitance sensor is limited by the number of fixed electrodes. In order to achieve the above object, first, a plurality of fixed electrodes are disposed on a rotating electrode disposed on a part of a rotating surface of the rotating body and a fixed surface of the fixed body having a surface that is always parallel to the rotating surface, so that Accordingly, a capacitance sensor capable of distinguishing rotation angles of the rotating body by the opposite fixed electrode by forming a capacitance facing a portion of the fixed electrode, and generating and applying an input signal required for the sensor. Means, third means for obtaining and amplifying analog signals from said capacitance sensor, fourth means for converting said amplified analog signals into digital signals, and fifth means for supplying and accepting signals required for supplying and receiving necessary signals. Done by a microcomputer.
이하 첨부된 도면을 참조해서 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 본 발명의 하나의 실시예로서 적산전력계의 4자리 숫자의 기계식 레지스터(13, 12, 11, 10)중 1단위의 기계식 레지스터(10)(이하 레지스터라 약칭한다)에 접속된 경우의 커패시터센서(100)와 엔코더회로의 블록선도를 나타낸 것이다.FIG. 1 shows an embodiment of the present invention connected to a mechanical register 10 (hereinafter, abbreviated as a register) of one unit of the four-digit
커패시터센서(100)는 상기 레지스터(10)에 부착되고 동일속도로 회전하는 하나의 회전전극(120)과 이에 대향하여 동심원상으로 배치되고 동심원의 중심에 대하여 점대칭하여 배열되게 하여서 고정체위에 설치된 10개의 고정전극(100-119)이 구비되도록 구성되어 있다. 그리고, 본 실시예에서는, 상기 회전전극(120)(제3도 및 제4도에서 점선으로 도시)은 2개의 고정전극에 하나의 회전전극이 대응되도록 하나의 회전전극(120)의 면적은 하나의 고정전극의 면적의 대략 2배가 되도록 한 것이다. 그리고, 상기 회전전극(120)이 회전체의 회전각에 따라 바로 이웃하고 있는 두 개의 고정전극(114, 115)과 대향하여 커패시턴스를 이루도록 되어 있으며, 10개의 고정전극에 순차적으로 입력신호를 인가하면 바로 이웃에 있는 고정전극으로부터 출력신호를 얻을 수 있도록 엔코더회로와 접속된다. 또한, 레지스터(10)가 0을 지시하면 고정전극(110)과 (111)이 상기의 회전전극(120)과 대향하고 1을 지시하면 고정전극(111)과 (112)가, 2을 지시하면 고정전극(112)와 (113)이, ……의 순으로 상기의 회전전극(120)과 대향하여 커패시턴스를 형성하도록 배치한다.The
제1도의 실시예는 레지스터(10)의 지시숫자가 4인 경우를 나타낸 것으로서 회전전극(120)과 대향해서 커패시턴스를 이루는 고정전극의 번호는 (114)와 (115)이다. 그러므로 고정전극(114)에 입력신호가 인가되는 동안에만 고정전극(115)으로부터 출력이 얻어진다.The embodiment of FIG. 1 shows a case in which the indicator number of the
마이크로컴퓨터(200)는 단일칩소자로서 내부에 실시간용 시계, 롬, 램을 가진 것으로서 수십개의 입출력포트와 직렬로 데이터를 송수신할 수 있는 포트도 가진 것이다. 이런 특징을 갖춘 것으로는 미국의 캘리포니아주 산타클라라시 바우어스가 3065번지에 주소를 둔 주식회사 인텔의 제품인 8048 또는 8051 등이 있으며, 이들의 특성은 상기 회사에서 발행한 마이크로콘트롤러핸드북에 기술되어 있다.The
커패시터센서(100)의 10개의 고정전극에 각각 입력신호를 인가하기 위하여 마이크로프로세서(200)의 입출력포트의 핀 중에서 10개를 제1포트(210, 211, 212, 213, 214, 214, 216, 217, 218, 219)로 사용하며, 각각의 핀에는 주파수가 F인 P싸이클의 구형파가 순차적으로 출력되도록 하는 프로그램이 롬에 저정되어 있다.In order to apply an input signal to each of the ten fixed electrodes of the
상기 출력포트를 직접 상기 고정전극에 접속하여 입력을 인가할 수 있지만, 구형파는 고조파성분 즉 높은 주파수 성분까지도 포함하고 있기 때문에 출력신호를 처리하는 회로는 광대역 증폭기를 사용하야 한다. 광대역 증폭기의 회로에는 여러 가지의 좋은 회로가 있지만 큰 이득을 얻기 위해서는 역시 복잡한 회로가 설계되어야 한다. 본 발명에서는 상기 제1포트의 각 핀에 필터링회로(310, 311, 312, 313, 314, 315, 316, 317, 318, 319)를 접속하여 구형파를 아날로그신호로 변환하고, 상기 필터링회로의 각각의 출력단자를 상기 센서의 고정전극 중 끝자리가 동일한 전극에 접속함으로써 상기 센서에 아날로그신호가 인가되어 상기 센서의 출력신호도 아날로그신호가 되도록 하여 상기 출력신호를 처리하는 회로의 설계와 제작을 용이하게 하고 비용을 절감하는 효과를 얻게 한다. 상기 필터링회로는 저역통과, 대역통과, 등의 여러 가지의 필터가 이용될 수 있지만 상기의 싸이클 P가 작은 경우에는 상기의 필터를 사용하는 것보다는 적분기를 사용하는 것이 더 좋고, 특히 제1도에 도시된 2중적분기를 사용하는 것이 좋다.An input can be applied by directly connecting the output port to the fixed electrode. However, since a square wave includes harmonic components, even high frequency components, a circuit for processing an output signal should use a wideband amplifier. There are many good circuits in the broadband amplifier's circuit, but complex circuits must also be designed to achieve large gains. In the present invention, filtering
상기 커패시터센서(100)에서 하나의 고정전극에 입력신호가 가해지고 있을 동안 바로 이웃하는, 이 실시예에서는 하나 더 높은 번호의 고정전극으로부터 출력신호를 얻기 위해서는 아날로그멀티플렉서(150)의 각 채널을 제2도에 표시한 것과 같이 접속한다.In this embodiment, each channel of the
상기 센서의 출력신호가 아날로그파형이기 때문에 상기 멀티플렉서(150)는 아날로그신호를 멀티플렉싱하는 것이어야 한다. 상기 아날로그멀티플렉서(150)의 채널 선택어드레스단자(152)는 마이크로컴퓨터(200)의 제2포트(220, ……)에 접속한다. 마이크로컴퓨터(200)는 제1포트의 한 핀을 선택하기 위해서는 먼저 이 핀의 번호보다 하나 큰 숫자를 제2포트에 출력시켜 놓음으로써 출력을 얻을 수 있다. 아날로그멀티플렉서(150)의 출력단자에는 저항(402)과 커패시터(404)가 공통으로 접속된다. 저항(402)의 다른 단자는 접지시킨다. 아날로그멀티플렉서(150)의 채널이 도통상태일 때의 저항값은 저항(402)의 저항값에 비교해서 무시될 수 있어야 하고, 아날로그멀티플렉서(150)의 채널이 차단상태일 때의 저항값에 비교해서는 저항(402)의 저항값이 무시될 수 있도록 저항(150)을 결정하여야 한다. 즉, 아날로그멀티플렉서(150)의 채널이 도통상태일때의 저항값은 이상적인 상태에서는 0이나 실제로는 0이 아니므로 이때의 저항값을 r이라 하고, 아날로그멀티플렉서(150)의 채널이 차단상태일때의 저항값은 이상적인 상태에서는 무한대이나 실제로는 누설전류등으로 인하여 무한대가 되지 못하므로 이때의 저항값 R이라 하며 저항(402)의 저항값을 R402이라 할 때 r<<R402<<R의 조건을 만족시키도록 저항(402)의 값을 설정하여 주어야 한다.Since the output signal of the sensor is an analog waveform, the
회전전극과 고정전극사이에 정의도는 커패시턴스와 저항(402)은 입력신호를 미분하는 회로이지만, 여기서의 입력신호는 아날로그파형으로 아주 근사한 정현파신호이기 때문에 미분회로로 동작시키는 것이 아니라 분압회로로 동작시키는 것이다.Capacitance and
저항(402)의 단자전압을 크게 하기 위해서는 입력신호의 주파수가 높을수록 좋지만 이 전압을 증폭할 회로와 소자의 선택에 따라 선택된다. 저항(402)의 단자전압은 증폭회로(400)에 의하여 증폭되는데, 증폭회로(400)의 출력전압의 최대크기가 3V이상이 되도록 조정하는 것이 좋다. 커패시터(412)와 (422)는 교류 결합 커패시터로서 이들의 임피던스는 상기의 커패시턴스센서(100)에서 정의되는 커패시턴스의 임피던스에 비교해서는 단락상태로 되는 것이어야 한다.In order to increase the terminal voltage of the
상기 커패시턴스센서(100)의 입력신호가 정현파신호이기 때문에 이 센서(100)로부터 얻어지는 출력신호의 파형은 정현파형이 그대로 유지된다. 따라서 상기 센서(100)로부터 얻어지는 출력신호를 처리하는 연산증폭기(410)는 주파수대역폭은 좁지만 이득이 대단히 큰 연산증폭기를 이용할 수 있게 된다. 본 발명에 적합한 연산증폭기는 단일전원으로 동작되는 것으로서 미국의 캘리포니아주 산타클라라시 세미콘탁터가 2900번지에 주소를 둔 주식회가 내셔널세미콘닥터의 제품인 1900, 2900, 3900등이 있다. 이들의 특성은 상기 회사에서 발생된 리니어데이터북에 기술되어 있는 것과 같이 최대의 이득이 60데시벨 이상이며 3데시벨이 감소되는 주파수는 수만 Hz이고 그 이상의 주파수로 높아짐에 따라 이득은 급격히 감소되어 간다. 이러한 연산증폭기는 펄스파형을 증폭하기에는 간단한 회로에 의하여 대단히 큰 이득을 얻을 수 잇다.Since the input signal of the
증폭회로(400)의 출력을 직접 아날로그-디지탈변환기에 접속하여 증폭회로(400)의 출력전압을 2진법의 디지탈 숫자로 변환할 수 있지만, 먼저 평균값회로(450)에 접속하여 직류레벨로 변환한 다음 아날로그-디지탈변환기(500)에 접속되어 디지탈숫자로 변환하는 것이 좋다. 아날로그-디지탈 변환기(500)에 쉬미트회로 또는 레벨검출기를 이용함으로서 1비트의 디지탈숫자를 얻을 수 있으며 간단한 회로로 제작될 수 있다. 이러한 경우에 전체 시스템의 분해능은 고정전극의 수에 따라서 결정된다. 그러므로 고정전극의 수를 적게 하고서 좋은 분해능을 얻기 위해서 비트수가 긴 아날로그-디지탈변환기를 이용하는 것이 좋다.Although the output of the
여기서는 8비트의 아날로그-디지탈변환기를 사용함으러써 0.14도의 분해능을 갖는 시스템을 얻는다. 이에 적합한 소자로서는 상기의 주식회사 내셔널세미콘닥터의 제품인 ADC0817 또는 ADC0831등이 있으며, 이들의 특성은 상기 회사에서 발행한 리니어데이터북에 기술되어 있다. 아날로그-디지탈변환기(500)의 출력단자는 마이크로컴퓨터(200)의 제3의 포트에 접속된다. 마이크로컴퓨터(200)는 하나의 고정전극에 입력신호를 인가하고 하나 더 큰 번호의 고정전극으로부터 출력을 측정하는 동안에 상기의 아날로그-디지탈변환기(500)로부터 제3의 포트로 들어오는 값을 여러번 읽어 들여서 평균값을 계산하거나 동일한 값이 미리 정해진 회수이상으로 일치되면 이것을 상기 선택된 고정전극의 출력신호로 입력시켜서 상기 선택된 고정전극이 번호에 대응하는 램의 기억번지에 저장한다. 마이크로컴퓨터(200)은 상기의 커패시터센서(100)의 모든 고정전극에 대해 측정 실행하여 완료하면, 램에 기억된 측정값 고정전극의 번호가 상기 레지스터(10)가 지시하고 있는 숫자이다.Here, an 8-bit analog-to-digital converter is used to obtain a system with a resolution of 0.14 degrees. Suitable devices for this include ADC0817 or ADC0831, which are manufactured by National Semiconductor Corporation, and the characteristics thereof are described in the linear data book issued by the company. The output terminal of the analog-to-
제2a도는 마이크로컴퓨터(200)의 제1프트의 핀을 0번에서 9번까지의 순차적으로 선택하는 시간을 나타낸 것이며, 동시에 제2포트에는 이 수보다 하나 큰 수가 출력되어 있다. 그림 제2b도-제2k도는 제1포트의 각 핀에 나타나는 출력파형을 나타낸 것이다. 한 개의 핀이 선택되면 그 핀에는 "1"과 "0"을 번갈아 출력시키므로서 주파수가 F인 P싸이클의 구형파신호를 발생시킬 수 있는 것이다.FIG. 2A shows a time for sequentially selecting pins 0 to 9 of the first shift of the
제2a도는 아날로그멀티플랙서(150)의 채널에 의해 출력단자에 나타나는 파형으로서, 상기예에서는 레지스터(10)의 지시숫자가 4이기 때문에 고정전극(114)번과 (115)번이 상기의 회전전극에 의하여 결합되어 있으므로 제2a도에서와 같이 제1포트에서 4번핀이 선택되고 제2포트에 5가 출력되어 있을 동안에만 아날로그멀티플렉서(150)의 출력단자에 출력신호가 나타난다. 고정전극과 회전전극 사이의 커패시턴스의 단위가 F이므로 상기 출력신호의 레벨은 V이다. 제2m도는 증폭기(400)의 출력신호로서 3V이상이므로 증폭됨을 나타내고 있다.FIG. 2A is a waveform appearing on the output terminal by the channel of the
제2n도는 제2m도의 파형으로부터 직류성분을 얻은 것이다.Fig. 2n is a DC component obtained from the waveform of Fig. 2m.
제2o도는 아날로그-디지탈변환기(500)에 의해 샘플링되어 있는 상태와 출력신호를 나타낸 것이다. 제1포트에서 하나의 핀이 선택되어 있는 동안 2번의 샘플링을 하고 있음을 나타내고 있으며, 두 개의 값이 같으면 옳은 측정값으로 입력시키거나 그들의 평균값을 옳은 측정값으로 입력시킨다. 제1도에서 알 수 있는 것처럼 10개의 고정전극을 가진 센서를 이용하여 6자리의 지시 숫자를 읽으려면 마이크로컴퓨터(200)의 출력포트의 핀은 60개를 훨씬 더 넘게 된다. 이런 정도의 출력포트를 가진 것도 시판되기는 하지만 소요되는 필의 수를 줄이는 것도 엔코더시스템의 비용을 크게 절감하는 효과가 있다.Figure 2o shows the state and the output signal sampled by the analog-to-
제3도는 이러한 목적에도 알맞는 센서의 구조로서 상기의 공개특허공보 제87-6388호에 상세히 설명되어 있으며, 이것을 이용하므로서 센서의 입력신호를 발생시키기 위하여 소요되는 출력포트의 핀의 수를 24개 또는 5개로 대폭적으로 줄일 수 있게 된다.3 is described in detail in the above-mentioned Patent Publication No. 87-6388 as a structure of a sensor suitable for this purpose, and by using this, the number of pins of the output port required for generating the input signal of the sensor is 24. Or it can be greatly reduced to five.
제1도의 센서는 10개의 고정전극에 모두 마이크로컴퓨터의 출력포트의 핀이 하나씩 접속되어야 하지만 제3도의 센서에는 A, B, C, D, E의 5그룹의 전극 중에서 4그룹의 전극 중에서 4그룹의 전극에만 입력신호가 인가되는 것이므로 마이크로컴퓨터의 출력포트는 4개의 핀으로 가능하게 된다.In the sensor of FIG. 1, the pins of the output port of the microcomputer must be connected to all 10 fixed electrodes. However, in the sensor of FIG. 3, there are 4 groups of 4 electrodes among the 5 groups of electrodes A, B, C, D, and E. Since the input signal is applied only to the electrode of the microcomputer, the output port of the microcomputer is possible with four pins.
즉, 제3도에 도시되어 있는 바와같이 먼저 10개의 고정전극에서 5개의 고정전극(A, B, C, D, E)를 선택하고 상기 5개의 고정전극(A, B, C, D, E)에서 동일 방향으로 두 개씩 걸러있는 동일부호로 표시된 고정전극(A, B, C, D, E)과 접속하여 5개의 고정전극 그룹(A-A, B-B, C-C, D-D, E-E)으로 결합시킨다. 그리고 하나의 회전전극(120)의 면적은 상기 하나의 고정전극의 면적의 대략 2배가 되도록 형성하여 상기 회전전극(120)이 적어도 서로 이웃되는 2개의 고정전극에 걸쳐서 대향하도록 형성한다.That is, as shown in FIG. 3, first, five fixed electrodes A, B, C, D, and E are selected from ten fixed electrodes, and the five fixed electrodes A, B, C, D, and E are selected. ) And connected to the fixed electrodes (A, B, C, D, E) denoted by the same reference numerals that are filtered in two in the same direction and combined into five fixed electrode groups (AA, BB, CC, DD, EE). The area of one
그리고 상기 5개의 고정전극 그룹(A-A, B-B, C-C, D-D, E-E)중 4개의 고정전극(A, B, C, D)를 선택하여 제1도에 도시된 필터링 회로(310, 311, 312, 313)를 통하여 마이크로컴퓨터(200)의 출력포트(210-213)에 접속하고, 상기 5개의 고정전극 그룹(A-A, B-B, C-C, D-D, E-E)중 상기 마이크로컴퓨터(200)의 출력포트(210-213)에 접속되지 않는 고정전극 그룹(E-E)의 하나의 고정전극(E)를 포함하도록 하는 4개의 고정전극(B, C, D, E)를 선택하여 제1도에 도시되어 있는 아날로그멀티플렉서(150)의 4개의 입력단자에 접속되며, 나머지의 전체구성은 제1도에 도시한 구성과 동일하다.In addition, four fixed electrodes A, B, C, and D of the five fixed electrode groups AA, BB, CC, DD, and EE are selected, and the
이와같은 구성에 의하면, 먼저 마이크로컴퓨터(200)의 입출력 포트(210)에서 주파수 F인 P싸이클의 구형파가 출력되어 필터링회로(310)를 통하여 고정전극(A)에 입력되면 아날로그 멀티플렉서(150)는 아날로그신호를 멀티플렉싱하여 B 내지 E번의고정전극을 스캔링함으로써 고정전극 그룹(A-A)에 이웃되는 전극(B, C, D, E)으로 형성되는 AB, AC, AD, AE중 어느 것이 회전극과 대향하고 있는가를 검출하며 이의 결과의 신호는 제1도의 설명과 동일과정으로 처리된다. 그후 다시 마이크로컴퓨터(200)의 입출력포트(211)에서 주파수 F인 P싸이클의 구형파 신호가 출력되고 필터링회로(311)를 통하여 고정전극(B)에 입력되면 전술한 바와 동일과정으로 아날로그멀티플렉서(150)에서 B, C, D의 고정전극에 상기의 구형파신호를 인가하면, 어느 하나의 고정전극에 신호가 인가되어 있는 동안 B, C, D, E의 고정전극을 순차적으로 스캔링하고 이 스캔링에 의하여 B-B쌍의 고정전극 그룹에 이웃되는 전극에서 검출이 완료되면 다시 상기 마이크로컴퓨터(200)의 입출력포트(212)에서 구형파신호가 출력되어 고정전극(C)에 입력되고 전술한 방법으로 B 내지 E의 고정전극을 아날로그멀티플렉서(150)가 순차적으로 스캔링하여 C-C쌍의 고정전극 그룹에 이웃되는 전극에서 신호를 검출한다. 다시 이어서 D번의 고정전극에 구형파신호가 입력되며 전술한 과정에 의하여 D-D의 고정전극 그룹에 이웃되는 전극에서 신호가 검출된다. 즉, 마이크로컴퓨터(200)에서 순차적으로 A, B, C, D, E의 고정전극에 상기의 구형파신호를 인가하면, 어느 하나의 고정전극에 신호가 인가되어 있는 동안 B, C, D, E의 고정전극을 차례로 스캔닝하면서 어떤 전극 그룹이 회전체(120)와 대향하고 있는가를 나타내는 감지신호가 검출하게 된다.According to such a configuration, first, when the square wave of the P cycle having the frequency F is output from the input /
따라서 이들 검출된 고정전극 그룹을 예를들어 AB=7, CA-6, AD=0, AE=9, BB=X, BC=5, DB=4, DE=8, CB=X, CC=X, CD=3, EC=2, DB=X, DC=X, DD=X, DE=1으로 마이크로컴퓨터(200)가 처리하도록 하면 회전체(120)에 대향하고 있는 각 고정전극의 위치를 판정할 수 있다.(단, 두 고정전극 그룹을 표시하는 문자중 먼저 것은 신호가 인가되는 고정전극 나중것은 감지신호가 검출되는 고정전극을 나타냄)Thus, these detected fixed electrode groups are for example AB = 7, CA-6, AD = 0, AE = 9, BB = X, BC = 5, DB = 4, DE = 8, CB = X, CC = X When the
제4도는 회전전극의 면적이 고정전극의 면적의 2배가 되는 센서를 이용하는 경우에 있어서, 2개의 고정전극이 동시에 한 출력단자에 접속되어 가산된 출력신호를 얻을 수 잇는 아날로그멀티플렉서의 한 실시예를 나타낸 것이다. 회전전극에는 회전체의 중심에 있는 굴대구멍의 내측에 원통형도체를 형성하고 이 원통형도체를 회전전극에 연결시켜서 구성한 외부회로의 접속수단이 구비되어 있어서 마이크로컴퓨터의 출력포트로부터 회전전극으로 전술한 마이크로컴퓨터(200)의 입출력 포트(210)을 통하여 입력신호가 인가되는 동안 A, B, C, D, E의 5그룹은 아날로그멀티플렉서(150)에 접속되어서 마이크로컴퓨터의 제2포트(220, ……)로부터 들어오는 채널선택신호에 따라 5그룹의 고정전극 중에서 항상 2그룹의 고정전극만 출력단자에 접속될 수 있다.4 illustrates an embodiment of an analog multiplexer in which a fixed electrode is connected to one output terminal at the same time when a sensor in which the area of the rotating electrode is twice the area of the fixed electrode is obtained. It is shown. The rotating electrode is provided with a connecting means of an external circuit formed by forming a cylindrical conductor inside the mandrel hole at the center of the rotating body and connecting the cylindrical conductor to the rotating electrode. While an input signal is applied through the input /
출력단자는 커패시터(404)를 통하여 연산증폭기(410)의 입력단자에 접속되기 때문에 아날로그멀티플렉서(170)와 연산증폭기(410)는 가산증폭기로 동작하게 되어 증폭회로(400)의 출력단자에는 2개의 고정전극에 의한 신호가 가산되고 증폭되어 나타나게 된다.Since the output terminal is connected to the input terminal of the
이와같이 상기 센서의 반경이 작은 경우일지라도 고정전극에 대한 회전전극의 면적의 비율을 크게 함으로써 반경이 커진 센서를 이용하는 것과 같은 효과를 얻게 되어 엔코더회로의 구성을 보다 용이하게 한다.In this case, even when the radius of the sensor is small, by increasing the ratio of the area of the rotating electrode to the fixed electrode, the same effect as using a sensor with a larger radius is obtained, making the configuration of the encoder circuit easier.
회전체의 회전각을 측정한 데이터는 상기 마이크로컴퓨터에 있는 직렬데이터 송수신 단자의 기능과 전송선로를 이용하여 다른 장소에서 이용할 수 잇도록 전송할 수 있다. 이러한 목적을 달성할 수 있는 회로의 예를 제5도에 나타냈다. 이것에 의하면 엔코더 회로에 필요한 전원전압을 외부에서 데이터를 읽을 필요가 있을 때에만 공급할 수 있으며 전원이 공급되는 선로와 데이터를 송수신하는 선로가 동일하기 때문에 전화선로 또는 전력선 등을 이용할 수 있다.The measured data of the rotation angle of the rotating body can be transmitted so that it can be used elsewhere by using the function of the serial data transmission and reception terminal and the transmission line in the microcomputer. An example of a circuit that can achieve this purpose is shown in FIG. According to this, the power supply voltage required for the encoder circuit can be supplied only when it is necessary to read data from the outside, and since the power supply line and the line transmitting and receiving data are the same, a telephone line or a power line can be used.
마이크로컴퓨터(200)는 송출한 데이터에 따라 직렬전송 송출핀(217)에 0V 또는 5V를 출력시킨다. 정전압회로(600)는 10-20V를 받아서 5V의 일정한 전압을 전체 시스템에 공급한다. 마이크로컴퓨터(200)에 필요한 전류는 3-10이다. 트랜지스터(610)는 전류를 흡수하는 작용을 하는 것으로서 마이크로컴퓨터(200)로부터 들어오는 신호에 따라 흡수되는 전류의 크기가 다르게 된다. 제너다이오드(620)는 제너전압 이상이 들어오면 제너전압만큼한 강하시키고 여분의 전압은 제너다이오드(620)와 직렬로 연결된 소자에 공급한다. 정류기(630)는 입력단자에 들어오는 전압의 부호에 관계없이 회로에 항상 양극의 전압을 공급하기 위한 것이다. 전송선로쪽에서 시스템에 전압을 공급할 때, 제너전압보다 낮은 전압을 인가하면 제너다이오드(620)때문에 개방된 회로로 보이고 제너전압보다 10V이상 높은 전압은 인가하면 정전압회로(600)가 동작하게 되므로 마이크로컴퓨터(200)는 전송전로를 통하여 데이터를 송신할 수 있게 된다.The
데이터에 따라 트랜지스터(610)에 흐르는 전류가 다르게 되기 때문에, 데이터의 수신장소의 직류전원에 직렬로 들어 있는 저항(810)의 단자전압이 마이크로컴퓨터(200)의 데이터에 따라 변화하므로 이 변화를 검출함으로써 데이터 전송이 완료된다.Since the current flowing through the
이와 같이 본 발명에 의하면, 마이크로컴퓨터의 다양한 기능, 많은 입출력포트와 빠른 처리속도 등의 좋은 특성을 이용함으로써 입력신호의 발생과 센서의 접속방법을 간편하게 제어할 수 있어서 엔코더회로의 구성은 간단하지만 측정된 데이터의 처리방식은 개선할 수 있어서 신뢰성이 높은 엔코더시스템이 공급되는 것이다. 또한, 필터링회로를 이용하여 입력신호의 파형을 정현파형의 신호를 만들어 주기 때문에 센서의 출력을 증폭하는데 연산증폭기를 사용한 아날로그 증폭기를 이용할 수 있게 되고, 이에 따라 8비트의 아날로그-디지탈변환기를 사용하여 분해능을 크게 향상시킬 수 있고 정밀측정이 가능한 엔코더시스템이 제공되게 된다.As described above, according to the present invention, it is possible to easily control the generation of the input signal and the connection method of the sensor by using various functions of the microcomputer, good input / output ports and fast processing speed, so that the configuration of the encoder circuit is simple, but measurement is possible. The data processing method can be improved so that a reliable encoder system is supplied. In addition, since the waveform of the input signal is made of a sinusoidal waveform by using the filtering circuit, an analog amplifier using an operational amplifier can be used to amplify the output of the sensor. Thus, an 8-bit analog-to-digital converter is used. Encoder systems that can greatly improve resolution and enable precise measurements will be provided.
Claims (4)
Priority Applications (1)
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KR1019870008586A KR900005432B1 (en) | 1987-08-05 | 1987-08-05 | Capacitance sensor driver encoder |
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Family Applications (1)
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1987
- 1987-08-05 KR KR1019870008586A patent/KR900005432B1/en not_active IP Right Cessation
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KR890004241A (en) | 1989-04-20 |
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