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【视觉知识】逻辑电平与编码器的视觉应用

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  • 发布时间:2022-10-20 02:24:29

逻辑电平与编码器的视觉应用


逻辑电平是指一种可以产生信号的状态,通常由信号与地线之间的电位差来体现。逻辑电平的浮动范围由逻辑家族中的不同器件特性所决定。


常见的逻辑电平有:TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVDS、GTL、BTL、ETL、GTLP;RS232、RS422、RS485等。这里以常见的几个来做说明。


一、TTL电平


TTL电平信号被利用的最多,是因为通常数据表示采用二进制规定,+5V等价于逻辑“1”,0V等价于逻辑“0”,这被称作TTL(Transistor-TransistorLogic晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统,是一种标准通信技术。


TTL只能在+5V下工作,高低电平之间相差比较小、抗干扰能力差,是电流控制器件,电路速度较快,传输延迟时间5~10ns。


输出 L:<0.8V ;H:>2.4V

输入 L:<1.2V ;H:>2.0V


TTL电平一般过冲较为严重,可能在始端串22Ω或33Ω电阻;TTL电平输入脚悬空时是内部认为高电平,只会接收一次脉冲信号。

 

二、CMOS电平


CMOS电平是由场效应管构成,其逻辑电平范围比较大,逻辑“1”接近电源电压,逻辑“0”接近于0V。由于高低电平之间相差比较大,所以抗干扰能力也比较强,而且具有很宽的噪声容限。


输出 L:<0.1*Vcc ;H:>0.9*Vcc

输入 L:<0.3*Vcc ;H:>0.7*Vcc


三、RS232电平


RS232是美国电子工业协会于1962年发布的串行通信接口标准,RS即Recommend Standard推荐标准,232是标示号。该标准对串行通信的物理接口及逻辑电平都做了相关规定。


简单的RS232通信由三条数据线组成,即TxD、RxD和GND。


RS232采用负逻辑电平,+12~15V工件,逻辑“1”电平为-3~-15V,逻辑“0”电平为+3~+15V。

 

四、RS485电平


RS485和RS232类似,但是是一种差分结构传输,相对RS232有更高的抗干扰能力,传输距离可以达到上千米。


RS485采用4线传输方式,差分传输,发送数据线为T+/T-,接收数据线为R+/R-。逻辑“1”以两线间的电压差为+2V~+6V;逻辑“0”以两线间的电压差为-2V~-6V。


差分传输:差分传世是一种信号传输的技术,区别于传统的一根信号线一根地线的做法,差分传输在这两根线上都传输信号,这两个信号的振幅相同,相位相反。在这两根线上的传输的信号就是差分信号。信号接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的逻辑状态。逻辑“1”可以表示为T+比T-电压高,逻辑“0”可以表示为T+比T-电压低,极大的增加了传输的抗干扰能力。

  

五、RS422电平


RS422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”。


RS422也采用4线差分传输方式。


在RS422总线中:逻辑“1”以两线间的电压差为+2V~+6V;逻辑“0”以两线间的电压差为-2V~-6V。

 

六、LVDS电平


LVDS通常是指低压差分信号,全称Low Voltage Differential Signaling,差分对输入输出。


LVDS物理接口使用1.2V偏置电压作为基准,提供大约400mV的摆幅。内部有一个恒流源3.5~4mA,在差分线上改变方向来表示“0”和“1”。通过外部的100Ω电阻转换为±350mV的差分电平。

 

七、编码器在视觉中的应用


编码器基于是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。通常编码器会将角位移或直线位移转换成电信号,意大利Alkeria相机支持的逻辑电平为TTL、CMOS、RS422、RS485。


机器视觉上使用编码器通常用于线扫相机,不使用线扫相机时,需要根据物体运动速度、工作距离来计算线周期(线扫相机频率),并且在物体运动速度有所改变的情况下,物体会发生变形,影响图像的采集。


使用编码器固定在与传送带或导轨同轴后,只需要计算一次单个脉冲下线扫相机扫描宽度与实际相匹配,在保证工作距离不变的情况下,即可实现传送带变速运动时,获取完美不变形的图像。


假定一旋转编码器原始设定2000脉冲/圈,线扫相机为4K7μ,搭配使用35mm线扫镜头,一物体被放置在如下传送带上,转轴的直径为100mm,如何摆放线扫相机来保证图像不变形?

 

编码器安装在转轴中心位置,转轴转动一圈后,同轴的编码器也转动一圈,并发出2000个脉冲,已知转轴直径为100mm,可以得出传送带移动约314.16mm,每个脉冲发出时线扫相机扫描一行4096像素的图像,则在一个脉冲内需扫描约0.1571mm,可直接计算出线扫相机放置在离传送带约785.4mm远处时,只要在线扫相机极限行频范围内,无论传送带速度变化为多少,线扫相机始终可以采集到完美不变形的图像。


线扫相机

意大利Alkeria线扫相机触发引脚图如下:


意大利Alkeria线扫相机

意大利Alkeria相机支持RS-422RS-644(即LVDS)、LV-TTL(低压TTL)、LV-CMOS(低压CMOS)逻辑电平信号,即可支持编码器触发线扫,采集不变形的图像。



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