基于旋转编码器的多媒体定位展示系统的设计

林永宏

摘 要：为解决大背景图像、沙盘模型等需要局部虚拟显示的问题，文章提出了基于旋转编码器的定位展示系统的设计方案，实现了多媒体图像按照绝对地址移动和定位的虚拟演示。该设计在低成本、安装和维护简便的定位虚拟展示领域有相当的应用前景。

关键词：旋转编码器；定位展示；单片机

中图分类号：TH12 文献标志码：A 文章编号：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

隨着体验经济和信息时代的到来，展示设计已经从静态转向动态，从物质实体转向非物质实体，从现实转向虚拟，从一维转向多维的方向发展，呈现出用户参与互动以及数字虚拟化等特点[1][2]。展示销售特别是在房屋销售的过程中展示方式更是直接影响到了房屋的销售，国内外大都普遍采用建筑沙盘模型来给房屋消费者呈现房屋的一系列外观情况[3]，将沙盘模型和现在科技结合在一起，向购房者展现出房屋更多的功能[4]，无疑将带动购房参与的积极性。除了基于web/GIS[5]外，当前的定位展示系统大部分采用激光三维定位[3]、多媒体机对标射频识别（Radio Frequency Identification， RFID）技术[6]等，这些系统都存在设计实施成本较高，安装复杂度高，系统调试困难等问题，而本设计中采用旋转编码器作为定位传感器的实现方法，则具有成本低、安装维护方便的特点。

1 系统总体设计

1.1 基于旋转编码器的定位展示系统

在大背景图像或实景如沙盘需要左右推动的细节展示，或者条形小图片或实景图片的移动和局部虚拟放大显示以及其他的多媒体互动式展示和细节讲解的场合，我们可以采用如下图1所示的工作方式，图中MAX，MIN分别代表左右移动的边界。安装在轮子上的多媒体机在轨道上左右推动，其上面显示的内容与后面的实景相对应，实现虚拟与现实的定位对应展示。

在图1中与多媒体机连接的轮子中，其轴上附带了一个基于旋转编码器定位装置，其示意图如图2所示。旋转编码器是通过其转轴旋转，经编码器内部电路产生相位差可达90度的正、反转计数脉冲，且旋转编码器的输出脉冲宽度随着旋转转速变化，即转速越高，其脉冲宽度越窄。通常每圈计数脉冲数量有360个、500个、1000个等多种，用户可根据精度需要进行选择[7]。

1.2 系统工作原理

当人们推动多媒体机左右移动时，该定位装置会给多媒体机显示软件一个当前的显示定位，根据该定位数据，图像软件可以虚拟的显实我们需要了解的具体内容和更详细的图样，系统工作原理图如图3所示。在该设计中增加绝对地址的存储，可以使系统图像显示位置不受开关电源的影响。

通过以上设计我们可以看到：多媒体机通过滑轮安装在无长度限制的轨道上面；左、右推动带动旋转编码器中心轴转动，输出A、B信号的不同编码；A、B编码信号进入数字逻辑电路（或单片机）进行编码顺序的判断，对左右位移量进行“加、减”操作；对多媒体机产生的位移绝对地址量进行存储，以便在任何开机时刻，图像仍然停在原来的位置；当多媒体机被推动到MIN位置，触发微动开关则图像绝对地址置“0”；第一次使用时应当先置“0”，再推至MAX位置，系统会显示MAX（最左边）最大的绝对地址量并存储在flash中，轨道的总长度除以这个最大值就是图像移动的“分辨率”；定位模块通过数字逻辑电路（或单片机）输出带有绝对地址的USB或串口信号；多媒体机的图像显示软件接收USB或串口的绝对移动地址数据，实现图像的移动和显示。

2 软硬件设计

2.1 硬件选择

我们在设计中选择USB PIC单片机系列作为定位模块数字电路的核心，其配备功能强大的12 MIPS RISC内核、自编程闪存存储器以及纳瓦节能技术，片上全速USB 2.0接口包括一个片上收发器和一个并行流端口，能把数据直接传送到外部的外设，可以在本系统定位数据的采集、判断和存储应用中发挥独立控制器的作用。具体的芯片选择为：PIC18F2550和PIC18F2455：28引脚SOIC和SDIP[8]，旋转编码器分辨率-编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5～10000线，在定位展示领域由于暂留时间更多，所以不需要很高的分辨率[9]，由于实际系统定位移动速度并不快，所以我们在设计的实验过程中我们可以选用简单可靠的鼠标编码器作为替代，将脉冲输出作为上述单片机的端口输入进行计数。

2.2 设计算法及软件

2.2.1 最大左、右移动速度的计算

我们按照人的眼睛视网膜上的视神经的反应时间，图片的移动最大速度不能过高，一般人们的视觉暂留时间0.05-0.2秒，所以我们可以得出以下公式：S代表移动速度（单位：米/秒），MAX代表定位展示模块的最大计数值（无单位），L代表轨道长度（单位：米）。

S=L/（0.05*MAX）

2.2.2 编码的计数与判断

3 结束语

通过该方案的设计和实际应用，在定位展示项目中，可以不受轨道的限制，基于旋转编码器的定位模块成本较低，可以满足一定时间内的虚拟显示的定位需求，而且安装和维护比较方便，该设计方案在大背景图像或实景细节展示介绍、条形小图片或实景图片的移动和放大显示、多媒体互动式展示和细节讲解的场合具有广泛的借鉴意义。

参考文献：

[1]陈志刚，耿涛，等.浅谈产品交互式展示设计[J].大众文艺，2011（09）：84-109.

[2]陈志刚，李世国.虚拟环境中的三维用户界面研究[J].包装工程，2010（02）：37-40.

[3]刘晓薇.建筑沙盘定位展示系统的设计与实现[D].厦门大学，2014.

[4]徐德胜，黄玉全.沙盘模型在建设领域的功用初探[J].山西建筑，2010，26（1）：51-52.

[5]任晓梅，崔杜武.基于WebGIS的楼盘展示系统的设计与实现[J].陕西师范大学学报（自然科学版），2004，6（32）：188-191.

[6]KlausFinkenzeller.射频识别技术[M].吴晓峰，陈大才，译.第三版.北京：电子工业出版社，2006.

[7]邱宏安，朱治富.一种高精度旋转编码器单片机计数电路的实现[J].计算机自动测量与控制，2000，03：51-55.

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

[9]王小祥.增量式旋转编码器的简介与应用[J].数字技术与应用，2016，10：118-119.