Research Article
PDF Zotero Mendeley EndNote BibTex Cite

Kapasitif Açısal Pozisyon Sensörü için CORDIC ile Arktanjant Fonksiyonu Uygulanması

Year 2020, Volume , Issue , 160 - 164, 05.10.2020
https://doi.org/10.31590/ejosat.802008

Abstract

Arktanjant fonksiyonu güç sistemlerinde, AC devrelerdeki analizlerde, enkoderlerde açı ve hız hesabında sistemlerin izlenmesi ve kontrolü için vazgeçilmez bir parçadır. Bu tür kontrol uygulamaları çoğunlukla mikrodenetleyicilerde yapılmaktadır fakat mikrodenetleyicilerin işlem kapasiteleri kısıtlıdır. Arktanjant fonksiyonu bir mikrodenetleyici içerisinde seri açılımı yöntemi ile hesaplanmaya çalışılırsa hem çok fazla işlem gücü gerekir hem de uzun zaman harcar. Ayrıca seri açılımı yönteminde hassasiyetin artması için daha fazla terim gerekir ve bu işlem yoğunluğunu daha da arttırır. Fakat arama tabloları ve CORDIC algoritması kullanılarak bu işlemler hem daha hızlı hem de bit düzeyinde kaydırma, toplama ve çıkarma gibi basit işlemlerle yapılabilmektedir. Bu gibi bit düzeyindeki işlemler ortalama bir mikrodenetleyicinin rahatça yapabileceği işlerdir. Bu çalışmada kapasitif rotary enkoderlerde rotor açısı ve hız hesabı için CORDIC algoritması kullanılmış ve bu işlemler ARM çekirdeğini kullanan bir mikrodenetleyicide gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar hazır matematik kütüphanelerindeki arktanjant fonksiyonu ile kıyaslandığında CORDIC algoritmasının 0.0036” hassasiyet ile aynı işlemleri atan2 fonksiyonundan yaklaşık 9 kat ve atan2f fonksiyonundan 2 kat daha hızlı yaptığı gözlemlenmiştir.

References

  • J. E. Volder, “The CORDIC trigonometric computing technique,” IRE Trans. Electron. Computers, vol. EC-8, pp. 330–334, Sept. 1959.
  • D. S. Cochran, “Algorithms and accuracy in the HP-35,” HewlettPackard J., pp. 1–11, Jun. 1972.G. Brasseur, “Design Rules for Robust Capacitive Sensors,” IEEE Trans.
  • D. Zheng, S. Zhang, S. Wang, C. Hu and X. Zhao, "A Capacitive Rotary Encoder Based on Quadrature Modulation and Demodulation," in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 64, no. 1, pp. 143-153, Jan. 2015.
  • D. Zheng, S. Zhang, Y. Zhang, and C. Fan, “Application of CORDIC in capacitive rotary encoder signal demodulation,” in Proc. 8th IEEE Instrum. Control Technol. (ISICT), Jul. 2012, pp. 61–65.
  • B. Hou, Z. Tian, C. Li, Q. Wei, B. Zhou and R. Zhang, "A capacitive rotary encoder with a novel sensitive electrode," 2017 IEEE SENSORS, Glasgow, 2017, pp. 1-3, doi: 10.1109/ICSENS.2017.8234143.
  • S. Ravichandran and V. Asari, "Implementation of unidirectional CORDIC algorithm using precomputed rotation bits," The 2002 45th Midwest Symposium on Circuits and Systems, 2002. MWSCAS-2002., Tulsa, OK, USA, 2002, pp. III-III.

Arctangent Function Implementation with CORDIC for a Capacitive Angular Position Sensor

Year 2020, Volume , Issue , 160 - 164, 05.10.2020
https://doi.org/10.31590/ejosat.802008

Abstract

Arctangent function is an indispensable part for monitoring and control of systems in power systems, analysis of AC circuits, angle and speed calculation in encoders. Such control applications are mostly done in microcontrollers, but the processing capacity of microcontrollers are limited. If the arctangent function is tried to be calculated by serial expansion method in a microcontroller, it requires both a lot of CPU power and a long time. In addition, more terms are required to increase the accuracy in the series expansion method, and this further increases the density of the process. However, using the look up tables and the CORDIC algorithm, these operations can be done both faster and with simple operations such as bit shift, addition and subtraction. These operations are quite doable even for an average microcontroller. In this study, CORDIC algorithm was used for the rotor angle and speed calculation in capacitive rotary encoders and these operations were performed in a micro controller that uses ARM core. When the results are compared with the arctangent function in the math.h library, it has been observed that the CORDIC algorithm performs the same operations approximately 9 times faster than atan2 function and 2 times faster than atan2f fuction with a precision of 0.0036”.

References

  • J. E. Volder, “The CORDIC trigonometric computing technique,” IRE Trans. Electron. Computers, vol. EC-8, pp. 330–334, Sept. 1959.
  • D. S. Cochran, “Algorithms and accuracy in the HP-35,” HewlettPackard J., pp. 1–11, Jun. 1972.G. Brasseur, “Design Rules for Robust Capacitive Sensors,” IEEE Trans.
  • D. Zheng, S. Zhang, S. Wang, C. Hu and X. Zhao, "A Capacitive Rotary Encoder Based on Quadrature Modulation and Demodulation," in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 64, no. 1, pp. 143-153, Jan. 2015.
  • D. Zheng, S. Zhang, Y. Zhang, and C. Fan, “Application of CORDIC in capacitive rotary encoder signal demodulation,” in Proc. 8th IEEE Instrum. Control Technol. (ISICT), Jul. 2012, pp. 61–65.
  • B. Hou, Z. Tian, C. Li, Q. Wei, B. Zhou and R. Zhang, "A capacitive rotary encoder with a novel sensitive electrode," 2017 IEEE SENSORS, Glasgow, 2017, pp. 1-3, doi: 10.1109/ICSENS.2017.8234143.
  • S. Ravichandran and V. Asari, "Implementation of unidirectional CORDIC algorithm using precomputed rotation bits," The 2002 45th Midwest Symposium on Circuits and Systems, 2002. MWSCAS-2002., Tulsa, OK, USA, 2002, pp. III-III.

Details

Primary Language Turkish
Subjects Engineering
Journal Section Articles
Authors

Muhammet KARA
KARAMANOGLU MEHMETBEY UNIVERSITY
0000-0002-0353-1902
Türkiye


Emrehan YAVŞAN (Primary Author)
Necmettin Erbakan University
0000-0001-9521-4500
Türkiye


Mehmet KARALI This is me
Necmettin Erbakan University
0000-0002-2380-0575
Türkiye


Mehmet Akif ERİŞMİŞ
Necmettin Erbakan University
0000-0001-6837-2087
Türkiye

Thanks Bu çalışma “Kapasitif Rotary Enkoderler için Analog Anahtarlama Tabanlı Okuma Devresi” başlıklı TÜBİTAK tarafından 2210-D kapsamında 1649B021908049 burs başvuru numarasıyla desteklenen yüksek lisans tez çalışmasından bir bölümün derlenip detaylandırılmasıyla hazırlanmıştır.
Publication Date October 5, 2020
Published in Issue Year 2020, Volume , Issue

Cite

Bibtex @research article { ejosat802008, journal = {Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi}, issn = {}, eissn = {2148-2683}, address = {}, publisher = {Osman SAĞDIÇ}, year = {2020}, volume = {}, pages = {160 - 164}, doi = {10.31590/ejosat.802008}, title = {Kapasitif Açısal Pozisyon Sensörü için CORDIC ile Arktanjant Fonksiyonu Uygulanması}, key = {cite}, author = {Kara, Muhammet and Yavşan, Emrehan and Karalı, Mehmet and Erişmiş, Mehmet Akif} }
APA Kara, M. , Yavşan, E. , Karalı, M. & Erişmiş, M. A. (2020). Kapasitif Açısal Pozisyon Sensörü için CORDIC ile Arktanjant Fonksiyonu Uygulanması . Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi , Ejosat Special Issue 2020 (ICCEES) , 160-164 . DOI: 10.31590/ejosat.802008
MLA Kara, M. , Yavşan, E. , Karalı, M. , Erişmiş, M. A. "Kapasitif Açısal Pozisyon Sensörü için CORDIC ile Arktanjant Fonksiyonu Uygulanması" . Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi (2020 ): 160-164 <https://dergipark.org.tr/en/pub/ejosat/issue/56959/802008>
Chicago Kara, M. , Yavşan, E. , Karalı, M. , Erişmiş, M. A. "Kapasitif Açısal Pozisyon Sensörü için CORDIC ile Arktanjant Fonksiyonu Uygulanması". Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi (2020 ): 160-164
RIS TY - JOUR T1 - Kapasitif Açısal Pozisyon Sensörü için CORDIC ile Arktanjant Fonksiyonu Uygulanması AU - Muhammet Kara , Emrehan Yavşan , Mehmet Karalı , Mehmet Akif Erişmiş Y1 - 2020 PY - 2020 N1 - doi: 10.31590/ejosat.802008 DO - 10.31590/ejosat.802008 T2 - Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi JF - Journal JO - JOR SP - 160 EP - 164 VL - IS - SN - -2148-2683 M3 - doi: 10.31590/ejosat.802008 UR - https://doi.org/10.31590/ejosat.802008 Y2 - 2020 ER -
EndNote %0 European Journal of Science and Technology Kapasitif Açısal Pozisyon Sensörü için CORDIC ile Arktanjant Fonksiyonu Uygulanması %A Muhammet Kara , Emrehan Yavşan , Mehmet Karalı , Mehmet Akif Erişmiş %T Kapasitif Açısal Pozisyon Sensörü için CORDIC ile Arktanjant Fonksiyonu Uygulanması %D 2020 %J Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi %P -2148-2683 %V %N %R doi: 10.31590/ejosat.802008 %U 10.31590/ejosat.802008
ISNAD Kara, Muhammet , Yavşan, Emrehan , Karalı, Mehmet , Erişmiş, Mehmet Akif . "Kapasitif Açısal Pozisyon Sensörü için CORDIC ile Arktanjant Fonksiyonu Uygulanması". Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi / (October 2020): 160-164 . https://doi.org/10.31590/ejosat.802008
AMA Kara M. , Yavşan E. , Karalı M. , Erişmiş M. A. Kapasitif Açısal Pozisyon Sensörü için CORDIC ile Arktanjant Fonksiyonu Uygulanması. EJOSAT. 2020; 160-164.
Vancouver Kara M. , Yavşan E. , Karalı M. , Erişmiş M. A. Kapasitif Açısal Pozisyon Sensörü için CORDIC ile Arktanjant Fonksiyonu Uygulanması. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi. 2020; 160-164.
IEEE M. Kara , E. Yavşan , M. Karalı and M. A. Erişmiş , "Kapasitif Açısal Pozisyon Sensörü için CORDIC ile Arktanjant Fonksiyonu Uygulanması", Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, pp. 160-164, Oct. 2020, doi:10.31590/ejosat.802008