格雷码 编码器_一文详解编码器格雷码

本文介绍了绝对式编码器和控制器之间通信所必需的一种特殊的二进制排列&格雷码。

运行几乎所有现代控制系统的计算机处理器使用一种独特的语言。开/关值与“二进制”系统相关，通常表示为1和0。该系统适用于大多数工业传感器，但一个常见的设备——编码器——提出了一些不寻常的挑战，需要一个相当特殊的二进制安排与磁带控制器通信。这就是所谓的格雷码。

编码器在系统中的作用

体育可能是所有制造、加工和分销领域之间最常见的联系因素。很难找到任何不包括传送带、机器人或某种自动移动过程的工业设施。控制运动需要一定程度的反馈，以验证所需的运动是否在正确的时间发生。对于旋转运动(电机)，这种反馈通常采用编码器的形式。

有两种编码器：增量式和绝对式。

作为一个简单的比较，增量编码器跟踪旋转磁盘边缘周围的亮标记和暗标记之间的过渡。

它们非常准确和快速，但由于围绕圆盘的所有路径都是相同的，因此唯一可以获得的信息是圆盘移动的速度以及在给定时间内它走了多远，就像开车时看窗户一样。

绝对编码器盘具有由从盘的中心向边缘辐射的亮和暗标记组成的复杂图案。这种模式根据磁盘旋转的位置而有所不同。这些信息不仅可以告诉磁盘旋转的速度和距离，还可以随时准确地告诉磁盘的位置，即使电源正在循环。

这些绝对编码器有一系列传感器来读取整个图案，并且因为有多个传感器，所以连接的控制器必须同时读取它们以获得当前位置数据。

绝对编码器的定时问题

这些绝对编码器中的大多数具有8至10个成行排列的传感器，以读取从中心辐射的暗/亮标记图案。这将与8位或10位输出相关。在任何时候，该模式将包含00000000和1111111之间的某种组合，至少对于8位输出是这样。如果模式遵循真正的二进制组合，它将分别是磁盘上最低和最高的模式。在磁盘上的某个点，它将立即从最高模式回落到最低模式，并再次开始增加。

如果读取这些传感器的控制器不能同时读取它们，就会出现定时问题。它从第一个传感器开始，当它到达第八个或第十个传感器时，我们最大的希望是自第一个传感器读数以来模式没有改变。如果多个传感器同时由亮变暗，控制器将开始在旧模式下读取传感器，但在新模式下不太可能但有可能完成读取。因此，二进制序列是半旧半新但完全不正确。这将被解释为从一个地点到另一个遥远地点的疯狂运动。

如果移动缓慢，并且控制器可以非常快速地读取传感器图案，则问题可能不严重。不正确的读数仍可能出现，但在很长一段时间内只会出现一次。但是编码器旋转速度太快，我们通常不得不选择专业的高速计数器模块来检查和跟踪读数。即使是典型的数字输入模块也不够快，跟不上。这意味着这些错误的读数预计会更频繁地出现。结果可能是液压阀立即打开以补偿感觉到的“错误”(实际上并没有发生)。这一行动对设备造成的损害可能是灾难性的，因此即使是极少数情况也是不可接受的。

格雷码：传感器放置解决方案

放慢所有动作可能是一个可能的解决方案，但显然你不能只是放慢整个系统来获得更好的结果。

实际的解决方案要简单得多，但是需要一点创造力才能理解。这种解决方案是格雷码的实现，它涉及脱离标准的二进制计数序列，以消除多个位同时改变的机会。

标准的二进制序列给每位一个权重，就像我们的十进制系统有1、10和100的位置一样。每次达到每个位置的最大值时，在下一次计数中所有位置都重置为0，所以就像如果你达到999，下一个值是1000，它会将所有这些位置重置为0。

在二进制中，111可能是一个计数，然后在下一个1000的计数中，这些位置都被重置为0。请注意，几个数字同时变化。这是使用二进制输出的编码器的问题。

格雷码是以计数系统的发明者弗兰克格雷的名字命名的。这并不意味着对编码盘上的黑/白图案有任何修改。对于8位格雷码，系统确实从000000开始，但在下一次计数期间，任何时候只有一位可能发生变化。这样，控制器只能有两种可能的读数：

在位改变之前，将读取传感器阵列，这将指示没有改变。

在该位被改变之后的一瞬间，该阵列将被读取，并且控制器将知道已经发生了小的运动。

由于只能更改一个位，因此无法在更改过程中读取数组，在更改过程中，一些位已被正确更改，而另一些位未被正确更改。

格雷码实现

为了在控制器中使用这种格雷码系统，必须理解只有绝对编码器使用这种分类系统。在增量式编码器中，盘面上只有一种明暗模式，所以没有模式，只有转换。

格雷码不是计数序列，所以如果你直接把它读成二进制数，它似乎不会循环，所以它不会给你任何关于速度或位置的有用信息。

使用该格雷码输入的PLC或其他控制器必须设置高速计数器和跟踪公式，以将格雷码输入转换成二进制等价数，从而准确地发送位置数据。有些PLC有现成的这个功能，但对另一些来说，它必须由用户创建。