基于旋轉(zhuǎn)編碼器的多媒體定位展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

林永宏

摘 要：為解決大背景圖像、沙盤模型等需要局部虛擬顯示的問題，文章提出了基于旋轉(zhuǎn)編碼器的定位展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了多媒體圖像按照絕對地址移動和定位的虛擬演示。該設(shè)計(jì)在低成本、安裝和維護(hù)簡便的定位虛擬展示領(lǐng)域有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)編碼器；定位展示；單片機(jī)

中圖分類號：TH12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）27-0076-03

Abstract： In order to solve the problem that large background image and sand table model need local virtual display， this paper presents a design scheme of positioning display system based on rotary encoder， which realizes virtual demonstration of moving and positioning of multimedia image according to absolute address. The design has a considerable application prospect in the field of positioning virtual display， which is low-cost， easy to install and maintain.

Keywords： rotary encoder； positioning display； single chip microcomputer

引言

隨著體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)和信息時代的到來，展示設(shè)計(jì)已經(jīng)從靜態(tài)轉(zhuǎn)向動態(tài)，從物質(zhì)實(shí)體轉(zhuǎn)向非物質(zhì)實(shí)體，從現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)向虛擬，從一維轉(zhuǎn)向多維的方向發(fā)展，呈現(xiàn)出用戶參與互動以及數(shù)字虛擬化等特點(diǎn)[1][2]。展示銷售特別是在房屋銷售的過程中展示方式更是直接影響到了房屋的銷售，國內(nèi)外大都普遍采用建筑沙盤模型來給房屋消費(fèi)者呈現(xiàn)房屋的一系列外觀情況[3]，將沙盤模型和現(xiàn)在科技結(jié)合在一起，向購房者展現(xiàn)出房屋更多的功能[4]，無疑將帶動購房參與的積極性。除了基于web/GIS[5]外，當(dāng)前的定位展示系統(tǒng)大部分采用激光三維定位[3]、多媒體機(jī)對標(biāo)射頻識別（Radio Frequency Identification， RFID）技術(shù)[6]等，這些系統(tǒng)都存在設(shè)計(jì)實(shí)施成本較高，安裝復(fù)雜度高，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy等問題，而本設(shè)計(jì)中采用旋轉(zhuǎn)編碼器作為定位傳感器的實(shí)現(xiàn)方法，則具有成本低、安裝維護(hù)方便的特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 基于旋轉(zhuǎn)編碼器的定位展示系統(tǒng)

在大背景圖像或?qū)嵕叭缟潮P需要左右推動的細(xì)節(jié)展示，或者條形小圖片或?qū)嵕皥D片的移動和局部虛擬放大顯示以及其他的多媒體互動式展示和細(xì)節(jié)講解的場合，我們可以采用如下圖1所示的工作方式，圖中MAX，MIN分別代表左右移動的邊界。安裝在輪子上的多媒體機(jī)在軌道上左右推動，其上面顯示的內(nèi)容與后面的實(shí)景相對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)的定位對應(yīng)展示。

在圖1中與多媒體機(jī)連接的輪子中，其軸上附帶了一個基于旋轉(zhuǎn)編碼器定位裝置，其示意圖如圖2所示。旋轉(zhuǎn)編碼器是通過其轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，經(jīng)編碼器內(nèi)部電路產(chǎn)生相位差可達(dá)90度的正、反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)脈沖，且旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖寬度隨著旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速變化，即轉(zhuǎn)速越高，其脈沖寬度越窄。通常每圈計(jì)數(shù)脈沖數(shù)量有360個、500個、1000個等多種，用戶可根據(jù)精度需要進(jìn)行選擇[7]。

1.2 系統(tǒng)工作原理

當(dāng)人們推動多媒體機(jī)左右移動時，該定位裝置會給多媒體機(jī)顯示軟件一個當(dāng)前的顯示定位，根據(jù)該定位數(shù)據(jù)，圖像軟件可以虛擬的顯實(shí)我們需要了解的具體內(nèi)容和更詳細(xì)的圖樣，系統(tǒng)工作原理圖如圖3所示。在該設(shè)計(jì)中增加絕對地址的存儲，可以使系統(tǒng)圖像顯示位置不受開關(guān)電源的影響。

通過以上設(shè)計(jì)我們可以看到：多媒體機(jī)通過滑輪安裝在無長度限制的軌道上面；左、右推動帶動旋轉(zhuǎn)編碼器中心軸轉(zhuǎn)動，輸出A、B信號的不同編碼；A、B編碼信號進(jìn)入數(shù)字邏輯電路（或單片機(jī)）進(jìn)行編碼順序的判斷，對左右位移量進(jìn)行“加、減”操作；對多媒體機(jī)產(chǎn)生的位移絕對地址量進(jìn)行存儲，以便在任何開機(jī)時刻，圖像仍然停在原來的位置；當(dāng)多媒體機(jī)被推動到MIN位置，觸發(fā)微動開關(guān)則圖像絕對地址置“0”；第一次使用時應(yīng)當(dāng)先置“0”，再推至MAX位置，系統(tǒng)會顯示MAX（最左邊）最大的絕對地址量并存儲在flash中，軌道的總長度除以這個最大值就是圖像移動的“分辨率”；定位模塊通過數(shù)字邏輯電路（或單片機(jī)）輸出帶有絕對地址的USB或串口信號；多媒體機(jī)的圖像顯示軟件接收USB或串口的絕對移動地址數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)圖像的移動和顯示。

2 軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件選擇

我們在設(shè)計(jì)中選擇USB PIC單片機(jī)系列作為定位模塊數(shù)字電路的核心，其配備功能強(qiáng)大的12 MIPS RISC內(nèi)核、自編程閃存存儲器以及納瓦節(jié)能技術(shù)，片上全速USB 2.0接口包括一個片上收發(fā)器和一個并行流端口，能把數(shù)據(jù)直接傳送到外部的外設(shè)，可以在本系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)的采集、判斷和存儲應(yīng)用中發(fā)揮獨(dú)立控制器的作用。具體的芯片選擇為：PIC18F2550和PIC18F2455：28引腳SOIC和SDIP[8]，旋轉(zhuǎn)編碼器分辨率-編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5～10000線，在定位展示領(lǐng)域由于暫留時間更多，所以不需要很高的分辨率[9]，由于實(shí)際系統(tǒng)定位移動速度并不快，所以我們在設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)過程中我們可以選用簡單可靠的鼠標(biāo)編碼器作為替代，將脈沖輸出作為上述單片機(jī)的端口輸入進(jìn)行計(jì)數(shù)。

2.2 設(shè)計(jì)算法及軟件

2.2.1 最大左、右移動速度的計(jì)算

我們按照人的眼睛視網(wǎng)膜上的視神經(jīng)的反應(yīng)時間，圖片的移動最大速度不能過高，一般人們的視覺暫留時間0.05-0.2秒，所以我們可以得出以下公式：S代表移動速度（單位：米/秒），MAX代表定位展示模塊的最大計(jì)數(shù)值（無單位），L代表軌道長度（單位：米）。

S=L/（0.05*MAX）

2.2.2 編碼的計(jì)數(shù)與判斷

3 結(jié)束語

通過該方案的設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用，在定位展示項(xiàng)目中，可以不受軌道的限制，基于旋轉(zhuǎn)編碼器的定位模塊成本較低，可以滿足一定時間內(nèi)的虛擬顯示的定位需求，而且安裝和維護(hù)比較方便，該設(shè)計(jì)方案在大背景圖像或?qū)嵕凹?xì)節(jié)展示介紹、條形小圖片或?qū)嵕皥D片的移動和放大顯示、多媒體互動式展示和細(xì)節(jié)講解的場合具有廣泛的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

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[3]劉曉薇.建筑沙盤定位展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].廈門大學(xué)，2014.

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[8]https：//www.microchip.com/wwwproducts/en/PIC18F2550

[9]王小祥.增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的簡介與應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016，10：118-119.