【視覺知識】邏輯電平與編碼器的視覺應用

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  • 來源:光虎光電科技(天津)有限公司

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  • 發布時間:2023-10-20 02:24:29

邏輯電平與編碼器的視覺應用


邏輯電平是指一種可以產生信號的狀態,通常由信號與地線之間的電位差來體現。邏輯電平的浮動范圍由邏輯家族中的不同器件特性所決定。


常見的邏輯電平有:TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVDS、GTL、BTL、ETL、GTLP;RS232、RS422、RS485等。這里以常見的幾個來做說明。


一、TTL電平


TTL電平信號被利用的最多,是因為通常數據表示采用二進制規定,+5V等價于邏輯“1”,0V等價于邏輯“0”,這被稱作TTL(Transistor-TransistorLogic晶體管-晶體管邏輯電平)信號系統,是一種標準通信技術。


TTL只能在+5V下工作,高低電平之間相差比較小、抗干擾能力差,是電流控制器件,電路速度較快,傳輸延遲時間5~10ns。


輸出 L:<0.8V ;H:>2.4V

輸入 L:<1.2V ;H:>2.0V


TTL電平一般過沖較為嚴重,可能在始端串22Ω或33Ω電阻;TTL電平輸入腳懸空時是內部認為高電平,只會接收一次脈沖信號。

 

二、CMOS電平


CMOS電平是由場效應管構成,其邏輯電平范圍比較大,邏輯“1”接近電源電壓,邏輯“0”接近于0V。由于高低電平之間相差比較大,所以抗干擾能力也比較強,而且具有很寬的噪聲容限。


輸出 L:<0.1*Vcc ;H:>0.9*Vcc

輸入 L:<0.3*Vcc ;H:>0.7*Vcc


三、RS232電平


RS232是美國電子工業協會于1962年發布的串行通信接口標準,RS即Recommend Standard推薦標準,232是標示號。該標準對串行通信的物理接口及邏輯電平都做了相關規定。


簡單的RS232通信由三條數據線組成,即TxD、RxD和GND。


RS232采用負邏輯電平,+12~15V工件,邏輯“1”電平為-3~-15V,邏輯“0”電平為+3~+15V。

 

四、RS485電平


RS485和RS232類似,但是是一種差分結構傳輸,相對RS232有更高的抗干擾能力,傳輸距離可以達到上千米。


RS485采用4線傳輸方式,差分傳輸,發送數據線為T+/T-,接收數據線為R+/R-。邏輯“1”以兩線間的電壓差為+2V~+6V;邏輯“0”以兩線間的電壓差為-2V~-6V。


差分傳輸:差分傳世是一種信號傳輸的技術,區別于傳統的一根信號線一根地線的做法,差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號,這兩個信號的振幅相同,相位相反。在這兩根線上的傳輸的信號就是差分信號。信號接收端比較這兩個電壓的差值來判斷發送端發送的邏輯狀態。邏輯“1”可以表示為T+比T-電壓高,邏輯“0”可以表示為T+比T-電壓低,極大的增加了傳輸的抗干擾能力。

  

五、RS422電平


RS422標準全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”。


RS422也采用4線差分傳輸方式。


在RS422總線中:邏輯“1”以兩線間的電壓差為+2V~+6V;邏輯“0”以兩線間的電壓差為-2V~-6V。

 

六、LVDS電平


LVDS通常是指低壓差分信號,全稱Low Voltage Differential Signaling,差分對輸入輸出。


LVDS物理接口使用1.2V偏置電壓作為基準,提供大約400mV的擺幅。內部有一個恒流源3.5~4mA,在差分線上改變方向來表示“0”和“1”。通過外部的100Ω電阻轉換為±350mV的差分電平。

 

七、編碼器在視覺中的應用


編碼器基于是將信號或數據進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。通常編碼器會將角位移或直線位移轉換成電信號,意大利Alkeria相機支持的邏輯電平為TTL、CMOS、RS422、RS485。


機器視覺上使用編碼器通常用于線掃相機,不使用線掃相機時,需要根據物體運動速度、工作距離來計算線周期(線掃相機頻率),并且在物體運動速度有所改變的情況下,物體會發生變形,影響圖像的采集。


使用編碼器固定在與傳送帶或導軌同軸后,只需要計算一次單個脈沖下線掃相機掃描寬度與實際相匹配,在保證工作距離不變的情況下,即可實現傳送帶變速運動時,獲取完美不變形的圖像。


假定一旋轉編碼器原始設定2000脈沖/圈,線掃相機為4K7μ,搭配使用35mm線掃鏡頭,一物體被放置在如下傳送帶上,轉軸的直徑為100mm,如何擺放線掃相機來保證圖像不變形?

 

編碼器安裝在轉軸中心位置,轉軸轉動一圈后,同軸的編碼器也轉動一圈,并發出2000個脈沖,已知轉軸直徑為100mm,可以得出傳送帶移動約314.16mm,每個脈沖發出時線掃相機掃描一行4096像素的圖像,則在一個脈沖內需掃描約0.1571mm,可直接計算出線掃相機放置在離傳送帶約785.4mm遠處時,只要在線掃相機極限行頻范圍內,無論傳送帶速度變化為多少,線掃相機始終可以采集到完美不變形的圖像。


線掃相機

意大利Alkeria線掃相機觸發引腳圖如下:


意大利Alkeria線掃相機

意大利Alkeria相機支持RS-422、RS-644(即LVDS)、LV-TTL(低壓TTL)、LV-CMOS(低壓CMOS)邏輯電平信號,即可支持編碼器觸發線掃,采集不變形的圖像。



【來源:光虎光學內部培訓資料】

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