基于绝对编码器的数据采集

该最小系统构成的电路简单，稳定性好，满足了数据采集系统的要求。

4 数据信号的传输
对本系统而言，数据信号是二进制编码，在数据采集过程中没有对数据编码进行封装，因此数据信号的传输是直接通过物理链路层进行。由于被控对象离中控室较远，因此数据采集后需要传输较长的距离，如采用一般的RS 232接口的非平衡传输方式，即所谓单端通信方式，其收、发端的数据信号是相对于信号地，典型的RS 232信号在正负电平之间变化，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15 V，负电平在-5～-15 V。当无数据传输时，传输线上为TTL电平，从开始传送数据到数据传输结束，传输线上的电平从TTL电平到RS 232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3～+12 v与-3～-12 V。由于发送电平与接收电平的差仅为2～3 V，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大约为15 m，最高速率为20 Kb／s。RS 232是为点对点通信而设计的，其驱动器负载为3～7 kΩ，所以RS 232仅适合本地设备之间的通信，对距离较远的数据传输显然存在问题。
RS 422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，由于接收器采用高输入阻抗，发送驱动器比RS 232的驱动能力更强，故允许在相同传输线上连接多个接收节点。RS 422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式或硬件方式(一对单独的双绞线)实现。RS 422的最大传输距离约为1 000 m，最大传输速率为10 Mb／s，其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100 Kb／s速率以下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100 m长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1 Mb／s。在本系统中，数据采样率为10 Kb／s，数据传输的距离大约为80 m，可见在本系统中采用RS 422完全可以满足要求。

5 转换器
数据采集后需要传送到中控室的主计算机进行处理，在中控室的计算机端，数据信号是通过串口以RS 232标准接入的。而数据源端输出的信号是RS 422标准，数据编码是格雷码，不能直接与主计算机之间进行数据传输，数据采集还需要由激励信号启动。由此设计一个数据转换器，由转换器产生激励信号，控制数据采样的采样率进行采样。转换器也作为绝对编码器输出数据的接收器，转换器接收数据以后，将格雷码转换为二进制代码，再将二进制代码进行处理，直接转换为控制转速的编码信号，这样就大大减轻了主计算机对接收到的数据信号进行分析处理的工作。转换器将处理后的转速信号以RS 232标准与主计算机的串口之间直接进行数据通信，由于转换器的位置也在中控室，距离主计算机很近，故采用RS 232标准完全能够满足要求，根据数据采集的采样率，利用串口通信的波特率也能满足系统需要。
在本系统中，绝对编码器采用的是成品，保证了数据源的准确和稳定，主计算机采用工控机，其稳定性和可靠性也能满足要求。数据转换器为了提供同步激励和接收数据以及标准转换，只能自己分析设计，对底层物理链路层而言，需要进行充分的考虑，本文不对转换器的分析和设计进行讨论。

6 结语
在数据采集方面，就跟踪控制系统而言，采用旋转变压器，其价格相对较低，但是其采集的一次信号为模拟量，要经过中间的A／D转换和二次误差调整与精度补偿，给数据源的精度带来一定影响。使用绝对编码器，由于输出的是数字信号(光电转换在内部完成)，减少了转换与补偿带来的误差影响，提高了数据精度，精确的数据源对控制精度起到了绝定性的作用。尽管数据通信已经较为成熟，但选择适当的方式减小数据传输过程带来的影响也是至关重要的一个环节，这在实际系统设计中应该得到相应的重视。就本文提出设计的系统模型，在硬件系统配置上进行了充分的考虑，所采集的数据与跟踪算法的配合，使跟踪控制的精度得到了保证，在实际运行过程中监测的结果数据显示，实际运行控制精度比设计预期的精度要高。