林永宏

摘 要：為解決大背景圖像、沙盤(pán)模型等需要局部虛擬顯示的問(wèn)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(duì)地址移動(dòng)和定位的虛擬演示。該設(shè)計(jì)在低成本、安裝和維護(hù)簡(jiǎn)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(hào)：TH12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(shí)代的到來(lái)，展示設(shè)計(jì)已經(jīng)從靜態(tài)轉(zhuǎn)向動(dòng)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(dòng)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(guò)程中展示方式更是直接影響到了房屋的銷售，國(guó)內(nèi)外大都普遍采用建筑沙盤(pán)模型來(lái)給房屋消費(fèi)者呈現(xiàn)房屋的一系列外觀情況[3]，將沙盤(pán)模型和現(xiàn)在科技結(jié)合在一起，向購(gòu)房者展現(xiàn)出房屋更多的功能[4]，無(wú)疑將帶動(dòng)購(gòu)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(duì)標(biāo)射頻識(shí)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(wèn)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(pán)需要左右推動(dòng)的細(xì)節(jié)展示，或者條形小圖片或?qū)嵕皥D片的移動(dòng)和局部虛擬放大顯示以及其他的多媒體互動(dòng)式展示和細(xì)節(jié)講解的場(chǎng)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(dòng)的邊界。安裝在輪子上的多媒體機(jī)在軌道上左右推動(dòng)，其上面顯示的內(nèi)容與后面的實(shí)景相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)的定位對(duì)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(gè)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(guò)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(gè)、500個(gè)、1000個(gè)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(dòng)多媒體機(jī)左右移動(dòng)時(shí)，該定位裝置會(huì)給多媒體機(jī)顯示軟件一個(gè)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(duì)地址的存儲(chǔ)，可以使系統(tǒng)圖像顯示位置不受開(kāi)關(guān)電源的影響。

通過(guò)以上設(shè)計(jì)我們可以看到：多媒體機(jī)通過(guò)滑輪安裝在無(wú)長(zhǎng)度限制的軌道上面；左、右推動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出A、B信號(hào)的不同編碼；A、B編碼信號(hào)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(duì)左右位移量進(jìn)行“加、減”操作；對(duì)多媒體機(jī)產(chǎn)生的位移絕對(duì)地址量進(jìn)行存儲(chǔ)，以便在任何開(kāi)機(jī)時(shí)刻，圖像仍然停在原來(lái)的位置；當(dāng)多媒體機(jī)被推動(dòng)到MIN位置，觸發(fā)微動(dòng)開(kāi)關(guān)則圖像絕對(duì)地址置“0”；第一次使用時(shí)應(yīng)當(dāng)先置“0”，再推至MAX位置，系統(tǒng)會(huì)顯示MAX（最左邊）最大的絕對(duì)地址量并存儲(chǔ)在flash中，軌道的總長(zhǎng)度除以這個(gè)最大值就是圖像移動(dòng)的“分辨率”；定位模塊通過(guò)數(shù)字邏輯電路（或單片機(jī)）輸出帶有絕對(duì)地址的USB或串口信號(hào)；多媒體機(jī)的圖像顯示軟件接收USB或串口的絕對(duì)移動(dòng)地址數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)圖像的移動(dòng)和顯示。

2 軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件選擇

我們?cè)谠O(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(chǔ)器以及納瓦節(jié)能技術(shù)，片上全速USB 2.0接口包括一個(gè)片上收發(fā)器和一個(gè)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(chǔ)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(shí)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(dòng)速度并不快，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們可以選用簡(jiǎn)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(dòng)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(shí)間，圖片的移動(dòng)最大速度不能過(guò)高，一般人們的視覺(jué)暫留時(shí)間0.05-0.2秒，所以我們可以得出以下公式：S代表移動(dòng)速度（單位：米/秒），MAX代表定位展示模塊的最大計(jì)數(shù)值（無(wú)單位），L代表軌道長(zhǎng)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(yǔ)

通過(guò)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(shí)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(dòng)和放大顯示、多媒體互動(dòng)式展示和細(xì)節(jié)講解的場(chǎng)合具有廣泛的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳志剛，耿濤，等.淺談產(chǎn)品交互式展示設(shè)計(jì)[J].大眾文藝，2011（09）：84-109.

[2]陳志剛，李世國(guó).虛擬環(huán)境中的三維用戶界面研究[J].包裝工程，2010（02）：37-40.

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

[4]徐德勝，黃玉全.沙盤(pán)模型在建設(shè)領(lǐng)域的功用初探[J].山西建筑，2010，26（1）：51-52.

[5]任曉梅，崔杜武.基于WebGIS的樓盤(pán)展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，6（32）：188-191.

[6]KlausFinkenzeller.射頻識(shí)別技術(shù)[M].吳曉峰，陳大才，譯.第三版.北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[7]邱宏安，朱治富.一種高精度旋轉(zhuǎn)編碼器單片機(jī)計(jì)數(shù)電路的實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量與控制，2000，03：51-55.

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

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