CN103792939B - 绝对值编码器信号测控仪及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供绝对值编码器信号测控仪及其检测方法，绝对值编码器信号测控仪包括壳体，壳体内部设有单片机、SSI接口转换电路与RS‑485转换电路，所述单片机分别与SSI接口转换电路、RS‑485转换电路交互式连接；所述壳体的侧壁设有SSI通讯输入、输出接口与RS‑485输入、输出接口。使用本发明的信号测控仪可以减少设备实际运转所带来的能源损耗及由此而来的潜在的不安全因素，有利于大型系统设备的分阶段安装调试和验收。从而提高了水利设备生产、安装和维修过程的安全性和可靠性，适应各种条件的现场环境，并提高水利工程施工管理水平与工作效率。

Description

绝对值编码器信号测控仪及其检测方法

技术领域

本发明主要涉及水利设备自动化控制技术领域，具体涉及绝对值编码器信号测控仪及其检测方法。

背景技术

水利是农业与人生存的命脉，是国民经济建设的基础，对国家的经济建设以及社会和谐发展起着重要的作用。在国民经济高速发展的形势下，水利设备自动化控制行业也得到了高速的发展，只有积极应用科学技术来开发新产品，提高水利设备的自动化控制水平，才能够更好满足社会需求。本发明可在闸门启闭机等自动化控制设备的生产、检测、现场安装以及后期设备联调过程中使用，用于检测和生成绝对值编码器控制信号，确认设备状态，提高设备安装精度。也便于工程的分阶段施工和验收，加快施工进度，提高工程质量。

随着自动化控制水平不断提高，闸门启闭机等自动化控制设备的应用越来越广泛。而现场闸门开度多由绝对值编码器来进行检测，绝对值编码器运用钟表齿轮机械的原理，具有抗干扰特性强、数据的可靠性强等特点。其是由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器大大提高了现场闸门开度的精度。

闸门启闭机设备的测试、维护以及现场安装调试需要使用测量仪表对绝对值编码器性能进行测试，以达到准确检测现场闸门的开度，否则会导致最终数据不准或在安装调试中对闸门启闭机造成损坏。并且目前还没有针对绝对值编码器进行测试的便携式设备，可同时检测和提供现地绝对值编码器数据信号，以适应各种条件下、各个施工阶段的现场要求。

发明内容

本发明就是要解决上述不便，提供一种绝对值编码器信号测控仪及其检测方法，以达到在各种条件的现场环境下都能测试绝对值编码器的输出信号，或向使用此类信号的设备发出相应控制信号。

为了达到上述目的，本发明提供绝对值编码器信号测控仪，包括壳体，所述壳体内部设有单片机、SSI接口转换电路与RS-485转换电路，所述单片机分别与SSI接口转换电路、RS-485转换电路交互式连接；所述壳体的侧壁设有SSI通讯输入、输出接口与RS-485输入、输出接口，所述SSI通讯输入接口的输入端与绝对值编码器的输出端连接，SSI通讯输入接口的输出端与SSI接口转换电路的输入端连接；所述SSI通讯输出接口的输入端与SSI接口转换电路的输出端连接，SSI通讯输出接口的输出端与检测设备的输入端连接；所述RS-485输入、输出接口的一端均与所述RS-485转换电路连接，另一端均与上位机连接。

进一步，所述单片机连接有为其提供工作电源的电池与外部电源接口；所述单片机输出端连接有显示屏，用于显示绝对值编码器输入信号，或者显示本仪表正在输出的模拟SSI接口标准信号。

进一步，所述壳体内设有数字和时钟信号转换电路，所述数字和时钟信号转换电路与SSI接口转换电路进行交互式连接，数字和时钟信号转换电路的输入端与所述的SSI通讯输入接口的输出端连接、其输出端与SSI接口转换电路的输入端连接。

进一步，所述壳体表面设有用于设置单片机参数的按键，所述按键的输出端与所述单片机连接。

进一步，所述检测设备为开度仪或位移测量仪。

本发明的另一个目的是提供上述绝对值编码器的信号测控仪的检测方法，包括如下步骤：

（1）打开电源开关，单片机自动检测电池电压值，如果电量不足，则发出警告信息；

（2）选择工作类型与设置单片机参数：检测绝对值编码器输入信号，或者模拟输出绝对值编码器控制信号；

（3）如选择检测绝对值编码器输入信号，则绝对值编码器输出的数据信号经单片机处理后，保存并发送到显示屏进行显示，并按照设定的时间间隔不断的刷新；单片机同时向安装设备发送SSI格式的数据信号，同时通过RS-485转换电路与上位机进行实时通讯，上位机接收信号并驱动单片机对绝对值编码器进行现场实时检测；

（4）如选择模拟输出绝对值编码器控制信号，则单片机通过SSI通讯输出接口向需要这些信号的检测设备提供受控的SSI格式编码信号，根据需要对信号的幅度、周期以及数据的增减等进行改变；或设置固定的编码增减量，依次发出SSI格式数据信号，以检测该检测设备能否及时做出正确的反应。

本发明信号测控仪提供电源检测功能，在低于系统可靠工作电压的情况下，则会发出报警的声音。由于信号测控仪主要依靠电池供电，在做一般测试的情况下，可连续正常工作约有2个月左右，而如果为现场设备提供4-20mA的电流信号，则连续工作时间最多不超过8个工作日，所以需要及时对电池进行更换充电。如现场能够提供电源，应尽可能给本设备接入外部供电电源，以保证本设备能够提供稳定的电流信号、电压信号以及可靠的无畸变通讯脉冲信号。

RS-485输入、输出接口用于和上位机进行通讯，用户可以通过计算机读取信号测控仪的测试数据，也可以通过此接口控制信号测控仪发出相应的控制信号；RS-485输入、输出接口还可以作为信号测控仪的扩展之用,通过级联的方式将诸多控制板级联在一起；也可使用该总线来连接RS-485总线协议的传感器来采集相应的数据。

绝对值编码器为该装置的主要测控设备，当闸门开度发生变化时，绝对值编码器就会做出相应反应，将形成的编码信息在仪表时钟脉冲的控制下，通过数字和时钟信号转换电路、SSI接口转换电路发送至单片机进行分析处理，在显示屏上显示出来，同时将数据存储在存储器中。通过RS-485输出接口可将处理后的数据发送至上位机上，这样上位机在控制室就可以获取现场检测到的闸门开度数据以及其变化值。使用户可根据实际情况来分析设备的运转状态是否正常，采取相应的控制措施,对设备进行调试。

使用信号测控仪可以减少设备实际运转所带来的能源损耗及由此而来的潜在的不安全因素，有利于大型系统设备的分阶段安装调试和验收。从而提高了水利设备生产、安装和维修过程的安全性和可靠性，适应各种条件的现场环境，既可以在现场进行监视控制，又可以利用现地计算机进行自动调试。对提高水利工程施工管理水平，提高工作效率等发挥相当大的作用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1：本发明信号测控仪的原理框图；

图2：SSI接口转换电路原理图；

图3：RS-485转换电路图；

图4：数字和时钟信号转换电路图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明做进一步的阐述。

实施例一：

如图1所示绝对值编码器的信号测控仪，包括壳体，所述壳体内部设有单片机1、SSI接口转换电路3与RS-485转换电路2，所述单片机1分别与SSI接口转换电路3、RS-485转换电路2交互式连接；所述壳体的侧壁设有SSI通讯输入接口7、SSI通讯输出接口5与RS-485输入接口13、RS-485输出接口14；所述SSI通讯输入接口7的输入端与绝对值编码器8的输出端连接，SSI通讯输入接口7的输出端通过数字和时钟信号转换电路4与SSI接口转换电路3的输入端交互式连接；所述SSI通讯输出接口5的输入端通过数字和时钟信号转换电路4与SSI接口转换电路3的输出端交互式连接，SSI通讯输出接口5的输出端与检测设备6的输入端连接；所述RS-485输入接口13、RS-485输出接口14的一端均与所述RS-485转换电路2连接，另一端均与上位机15连接。

进一步，所述单片机1连接有为其提供工作电源的电池10与外部电源接口9；所述单片机1输出端连接有显示屏12用于显示绝对值编码器输入信号，或者显示本仪表正在输出的模拟SSI接口标准信号。

进一步，所述壳体表面设有用于设置单片机参数的按键11，所述按键11的输出端与所述单片机1连接。

进一步，所述检测设备6为开度仪或位移测量仪。

其中SSI接口转换电路3是一种主机主动式读出方式，即在主控者发出的同步脉冲的控制下从最高位开始传输。为了防止干扰信号对数据的影响，绝对值编码器传送过来的数据是格雷码数据，因此必须对其接收或发送的SSI格式编码数据进行转换。SSI接口转换电路3作为主控方式读出绝对值编码器的位置信息的电路原理图如图2所示。

RS-485转换电路2是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。考虑到仪表现场使用距离较近，未接终端匹配电阻，该电路具有数据传送方向使能位，实现数据信号转换为RS-485信号的发送和接收，具体电路见图3.

信号测控仪提供受控的SSI格式的信号时，需要由数字和时钟信号转换电路4实现转换，其电路原理图见图4所示。

实施例二：

上述绝对值编码器信号测控仪的检测方法，包括如下步骤：

（1）打开电源开关，单片机自动检测电池电压值，如果电量不足，则发出警告信息；

（2）选择工作类型与设置单片机参数：检测绝对值编码器输入信号，或者模拟输出绝对值编码器控制信号；

（3）如选择检测绝对值编码器输入信号，则绝对值编码器输出的数据信号经单片机处理后，保存并发送到显示屏进行显示，并按照设定的时间间隔不断的刷新；单片机同时向安装设备发送SSI格式的数据信号，并同时通过RS-485转换电路与上位机进行实时通讯，上位机接收信号并驱动单片机对绝对值编码器进行现场实时检测；

（4）如选择模拟输出绝对值编码器控制信号，则单片机通过SSI通讯输出接口向需要这些信号的检测设备提供受控的SSI格式编码信号，根据需要对信号的幅度、周期以及数据的增减等进行改变；或设置固定的编码增减量，依次发出SSI格式数据信号，以检测该检测设备能否及时做出正确的反应。

当绝对值编码器的转轴旋转时，其编码数据也将发生变化，在绝对值编码器信号测控仪的同步控制下，将数据通过信号线传输至单片机进行处理分析，单片机通过RS-485输入、输出接口将数据发送至上位机中。这样信号测控仪或上位机就可以获取检测现场开度数据值以及其变化量，然后根据实际情况来判断绝对值编码器的工作状态及测试精度。此外，信号测控仪也可根据实际需要，模拟输出信号，提供给现场设备使用，以驱使现场的设备工作，确定控制信息能否在这些设备上得到正确的响应和做出正确的动作。所以本发明绝对值编码器信号测控仪提高了水利系统设备的安全性和可靠性，使得水务自动化设备现场安装、调试、测试、维护、维修等均可独立进行，本发明适应各种条件的现场环境，既可以使用上位机进行监视控制，又可以在现场进行人工或自动监测。提供快捷方便的信息为设备的精细调试提供保证，也提高了水利工程现代化管理水平，提高了工作效率，发挥了相当大的经济效益。

上面所述仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的使用范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.绝对值编码器信号测控仪的检测方法，包括壳体，所述壳体内部设有单片机、SSI接口转换电路与RS-485转换电路，所述单片机分别与SSI接口转换电路、RS-485转换电路交互式连接；所述壳体的侧壁设有SSI通讯输入、输出接口与RS-485输入、输出接口，所述SSI通讯输入接口的输入端与绝对值编码器的输出端连接，SSI通讯输入接口的输出端与SSI接口转换电路的输入端连接；所述SSI通讯输出接口的输入端与SSI接口转换电路的输出端连接，SSI通讯输出接口的输出端与检测设备的输入端连接；所述RS-485输入、输出接口的一端均与所述RS-485转换电路连接，另一端均与上位机连接；其特征在于：其检测方法包括如下步骤，

(1)打开电源开关，单片机自动检测电池电压值，如果电量不足，则发出警告信息；

(2)选择工作类型与设置单片机参数：检测绝对值编码器输入信号，或者模拟输出绝对值编码器控制信号；

(3)如选择检测绝对值编码器输入信号，则绝对值编码器输出的数据信号经单片机处理后，保存并发送到显示屏进行显示，并按照设定的时间间隔不断的刷新；单片机同时向安装设备发送SSI格式的数据信号，同时通过RS-485转换电路与上位机进行实时通讯，上位机接收信号并驱动单片机对绝对值编码器进行现场实时检测；

(4)如选择模拟输出绝对值编码器控制信号，则单片机通过SSI通讯输出接口向需要这些信号的检测设备提供受控的SSI接口编码信号，根据需要对信号的幅度、周期以及数据的增减等进行改变；或设置固定的编码增减量，依次发出SSI格式数据信号，以检测该检测设备能否及时做出正确的反应。

2.根据权利要求1所述的绝对值编码器的信号测控仪的检测方法，其特征在于：所述单片机连接有为其提供工作电源的电池与外部电源接口；所述单片机输出端连接有显示屏，用于显示绝对值编码器输入信号，或者显示本仪表正在输出的模拟SSI接口标准信号。

3.根据权利要求1所述的绝对值编码器信号测控仪的检测方法，其特征在于：所述壳体内设有数字和时钟信号转换电路，所述数字和时钟信号转换电路与SSI接口转换电路进行交互式连接，数字和时钟信号转换电路的输入端与所述的SSI通讯输入接口的输出端连接、其输出端与SSI接口转换电路的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的绝对值编码器信号测控仪的检测方法，其特征在于：所述壳体表面设有用于设置单片机参数的按键，所述按键的输出端与所述单片机连接。

5.根据权利要求1所述的绝对值编码器信号测控仪的检测方法，其特征在于：所述检测设备为开度仪或位移测量仪。