邏輯電平與編碼器的視覺應(yīng)用

邏輯電平是指一種可以產(chǎn)生信號的狀態(tài)，通常由信號與地線之間的電位差來體現(xiàn)。邏輯電平的浮動(dòng)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(gè)來做說明。

TTL電平信號被利用的最多，是因?yàn)橥ǔ?shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī)定，+5V等價(jià)于邏輯“1”,0V等價(jià)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(tǒng)，是一種標(biāo)準(zhǔn)通信技術(shù)。

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(shí)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(yán)重，可能在始端串22Ω或33Ω電阻；TTL電平輸入腳懸空時(shí)是內(nèi)部認(rèn)為高電平，只會(huì)接收一次脈沖信號。

CMOS電平是由場效應(yīng)管構(gòu)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(qiáng)，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

RS232是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)于1962年發(fā)布的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，RS即Recommend Standard推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)示號。該標(biāo)準(zhǔn)對串行通信的物理接口及邏輯電平都做了相關(guān)規(guī)定。

簡單的RS232通信由三條數(shù)據(jù)線組成，即TxD、RxD和GND。

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

RS485和RS232類似，但是是一種差分結(jié)構(gòu)傳輸，相對RS232有更高的抗干擾能力，傳輸距離可以達(dá)到上千米。

RS485采用4線傳輸方式，差分傳輸，發(fā)送數(shù)據(jù)線為T+/T-，接收數(shù)據(jù)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?shù)募夹g(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)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(gè)信號的振幅相同，相位相反。在這兩根線上的傳輸?shù)男盘柧褪遣罘中盘枴Ｐ盘柦邮斩吮容^這兩個(gè)電壓的差值來判斷發(fā)送端發(fā)送的邏輯狀態(tài)。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?shù)目垢蓴_能力。

RS422標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)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。

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(zhǔn)，提供大約400mV的擺幅。內(nèi)部有一個(gè)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(zhuǎn)換為±350mV的差分電平。

編碼器基于是將信號或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號形式的設(shè)備。通常編碼器會(huì)將角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號，意大利Alkeria相機(jī)支持的邏輯電平為TTL、CMOS、RS422、RS485。

在機(jī)器視覺上使用編碼器通常用于線掃相機(jī)，不使用線掃相機(jī)時(shí)，需要根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)速度、工作距離來計(jì)算線周期（線掃相機(jī)頻率），并且在物體運(yùn)動(dòng)速度有所改變的情況下，物體會(huì)發(fā)生變形，影響圖像的采集。

使用編碼器固定在與傳送帶或?qū)к壨S后，只需要計(jì)算一次單個(gè)脈沖下線掃相機(jī)掃描寬度與實(shí)際相匹配，在保證工作距離不變的情況下，即可實(shí)現(xiàn)傳送帶變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，獲取完美不變形的圖像。

假定一旋轉(zhuǎn)編碼器原始設(shè)定2000脈沖/圈，線掃相機(jī)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(zhuǎn)軸的直徑為100mm，如何擺放線掃相機(jī)來保證圖像不變形？

編碼器安裝在轉(zhuǎn)軸中心位置，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈后，同軸的編碼器也轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，并發(fā)出2000個(gè)脈沖，已知轉(zhuǎn)軸直徑為100mm，可以得出傳送帶移動(dòng)約314.16mm，每個(gè)脈沖發(fā)出時(shí)線掃相機(jī)掃描一行4096像素的圖像，則在一個(gè)脈沖內(nèi)需掃描約0.1571mm，可直接計(jì)算出線掃相機(jī)放置在離傳送帶約785.4mm遠(yuǎn)處時(shí)，只要在線掃相機(jī)極限行頻范圍內(nèi)，無論傳送帶速度變化為多少，線掃相機(jī)始終可以采集到完美不變形的圖像。

意大利Alkeria線掃相機(jī)觸發(fā)引腳圖如下：

意大利Alkeria相機(jī)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(fā)線掃，采集不變形的圖像。

【來源：光虎光學(xué)內(nèi)部培訓(xùn)資料】