CN106569434A - 编码器式控制操纵手柄 - Google Patents

Abstract

本发明提供了能输出PWM控制信号的编码器式控制操纵手柄。本发明的编码器式控制操纵手柄包括扇形编码盘，所述扇形编码盘上设置光电对管支架，其二者同轴于转动轴上；所述光电对管支架上有与所述扇形编码盘上编码光轨对应的光电对管，即发光管及光电接收管；所述光电接收管通过光电信号接收处理电路与所述数值比较器连接，所述数值比较器与对时钟源计数的计数器相连，其输出与所述电平转换与驱动电连接。本发明的编码器式控制操纵手柄为一体化的、能控制PWM设备的操纵控制手柄，能直接操控如电磁阀的比例操控、LED的调光、开关变压器的输出、电机的调速等；本发明成本低，使用简单方便，特别适合工程机械及相应电气设备的电气控制改造或升级。

Description

编码器式控制操纵手柄

【技术领域】

本发明涉及机电工程领域，具体涉及一种编码器式控制操纵手柄。

【背景技术】

现有的PWM控制技术都要依赖于数字化编程系统，其控制操纵手柄就是在转动或推动一个电位器，其输出的连续的模拟电压先要进入控制器，如PLC、MCU、工业PC等，然后还要编程，或要用专用IC，才能输出所需要的PWM信号，不仅成本高，开发设计工作量大，周期长，对一般工程人员来讲，使用PWM技术的难度很大，特别是对于分散式的操控，还要设计控制器间的通信等，开发一个机电工程的电控操作系统更是困难重重。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种编码器式控制操纵手柄。

本发明的技术方案如下：

一种编码器式控制操纵手柄，包括扇形编码盘所述扇形编码盘上设置光电对管支架，其二者同轴于转动轴上；所述光电对管支架上有与所述扇形编码盘上编码光轨对应的光电对管，即发光管及光电接收管；所述光电接收管通过光电信号接收处理电路与所述数值比较器连接，所述数值比较器与所述电平转换与驱动电连接，且所述数值比较器、计数器、时钟源依次电连接。

还包括控制所述电平转换与驱动的输出切换开关、安装在扇形编码盘上的手柄及检测方向设置于所述光电对管支架上的光电对管。

所述扇形编码盘与所述光电对管支架同轴于转动轴，其中之一固定，另一个则安装手柄用于转动操纵控制；所述扇形编码盘的扇形弧度角度可按需要调整，也可以是完整的圆形；所述扇形编码盘上的编码图案可以是绝对码或格雷码，位数或编码轨道数可以是4位、6位、8位、10位，或其它系统分辨率需要的位数；所述扇形编码盘上的图案，可以是从扇形中间向两侧的对称或不对称分布的两组相同或不相同的编码图案。所述能转动的扇形编码盘(1)及其上的图案，可等效变换为可平直滑动的矩形编码条，实现平直滑动的PWM控制操纵手柄。

所述计数器，对频率可调的时钟源脉冲进行计数，其输出数值送到所述数值比较器的一个输入端；所述光电信号接收处理电路，将所述光电接收管的信号变换为绝对码，送到所述数值比较器的另一输入端；所述数值比较器输出的比较结果，经由所述电平转换与驱动后，输出到PWM型负载。

本发明的有益效果在于：本发明的编码器式控制操纵手柄将光电编码技术与数字电子技术相结合，做成了一体化的、能单独控制PWM设备的操纵控制手柄，只需接通电源，接上PWM型负载，就能用手柄操控相应的机电设备，如电磁阀的比例操控、LED的调光、开关变压器的输出、电机的调速等；本发明成本低，使用简单方便，特别适合工程机械及某些电气设备的电气控制改造或升级。

【附图说明】

图1为本发明实施例1结构示意图；

图2为本发明实施例1的电路图；

图3为本发明实施实例2的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1：

请参阅图1至图2，所述编码器式控制操纵手柄，包括扇形编码盘1所述扇形编码盘1上设置光电对管支架2，其二者同轴于转动轴4上；所述光电对管支架2上有与所述扇形编码盘1上编码光轨对应的光电对管3，即发光管6及光电接收管7；所述光电接收管7通过光电信号接收处理电路8与所述数值比较器11连接，所述数值比较器11与所述电平转换与驱动12电连接，且所述数值比较器11、计数器10、时钟源16依次电连接。

所述扇形编码盘1与所述光电对管支架2同轴于转动轴4，其中之一固定，另一个则安装手柄14用于转动操纵控制；所述扇形编码盘1的扇形弧度角度是90度；所述扇形编码盘1上的编码图案，是从一边的二进制0000渐进到另一边的二进制1111的4位绝对码；所述扇形编码盘1上的图案，是从扇形0度到90度的均匀等角编码图案。

所述计数器10对频率可调的时钟源16脉冲进行加法计数，其输出数值送到所述数值比较器11的一个输入端；所述光电信号接收处理电路8，将所述光电接收管7的信号变换为绝对码，送到所述数值比较器11的另一输入端；所述数值比较器11输出的比较结果就是PWM信号，经由所述电平转换与驱动12后，接PWM型负载。

当所述扇形编码盘1与所述光电对管支架2间，以所述转动轴4为轴有相对转动时，LED驱动9驱动的所述发光管6发光，照射到编码光轨上，所述光电接收管7会收到有光或无光的光信号，并转换为电信号后，经光电信号接收处理电路8后，输出为与扇形编码盘1对应的绝对式数字脉冲编码信号。

计数器10对时钟源做加1计数并动态输出；数值比较器11，接收到光电信号接收处理电路8输出的编码信号，并与加1计数器10的动态数值进行比较，当计数器值小于编码信号的数值时，数值比较器11的“小于”输出端输出高电平，当计数器值大于编码信号的数值时，数值比较器11的“小于”输出端输出低电平，计数器10不断的做加1计数直到溢出清零，数值比较器11的“小于”输出端又输出高电平，并进入到了下一个数值比较周期中；计数器10从零计数直到溢出后再清零，如此循环往复，周期恒定，使数值比较器11输出的周期与之相同也恒定，但数值比较器11输出的高电平的时间长度，与编码信号也就是与扇形编码盘1相对转动的角度成正比；这个数值比较器11输出的周期恒定、但高电平时长由操纵手柄控制的脉冲信号，就是PWM信号，经过电平转换与驱动12后，可直接操控相应PWM型负载。

本实施例是一个4位16档的PWM方案，可用于调LED亮度、或调直流电机转速、或调溢流阀压力、或调比例电磁阀流量等。工作时，推动操作手柄14，操作手柄14带动光电对管支架2以转动轴4为中心并相对扇形编码盘1转动，LED驱动9驱动的发光管组6发光，照射到编码光轨5上，光电接收管组7会收到有光或无光的光信号，并转换为电信号后，经光电信号接收处理电路8后，输出为与扇形编码盘1对应的绝对式数字脉冲编码信号，计数器10对时钟源16做加1计数并动态输出0000到1111，数值比较器11接收光电信号接收处理电路8输出的编码信号，如图1所示为1000，并与加1计数器10的动态数值进行比较，当计数器值小于编码信号1000时，数值比较器11输出高电平，当计数器值大于编码信号1000时，数值比较器11输出低电平，计数器10不断的做加1计数直到溢出清零，数值比较器11又输出高电平，并进入到了下一个数值比较周期中，计数器10从零计数直到溢出后再清零，如此循环往复，周期恒定，使数值比较器11输出的一个高低电来的周期与之相同也恒定，但数值比较器11输出的高电平的时间长度与编码信号也就是与扇形编码盘1相对转动的角度成正比；这个数值比较器11输出的周期恒定，且高电平时长由操作手柄14操纵控制，这就是PWM信号，它经过电平转换与驱动12后可直接操控相应的24V的PWM型负载。其中，如图2所示是本实施例对应的PWM生成的具体电路，当推动操作手柄14从最左边顺时针转动时，光电信号接收处理电路8将输出二进制的0000逐渐到1111的编码，24V的PWM型负载上将有占空比为0/16到15/16的PWM电压；要得到占空比不变的PWM输出，可依靠机械摩擦力或手控手柄，保持相对位置不变即可；图1所示位置对应编码为1000，此位置PWM的占空比为8/16即50％；PWM输出信号的频率为时钟源频率的1/16，要调节PWM输出信号的频率，只需调节时钟源的频率即可。与图1相比较，图2中增加了直流低电平叠加电路17，即对应低电平为非0的低电压，如+6V，以适用某类电磁阀的需要。

实施例2：

请参阅图3，本实施例以实施例1为基础，所述编码器式控制操纵手柄还包括控制所述电平转换与驱动12的输出切换开关13、安装在扇形编码盘1上的手柄14，检测方向设置于所述光电对管支架2上的光电对管15，及编码盘上增加的对应的反对称的编码光轨图案。将扇形编码盘图案改为中心对称、两边分别是一个4位16档绝对编码，图示位置为中心的0000编码位，所占弧度较大，以防在中心位手柄微动而输出非0000编码产生误动；增加的检测两测方向的光电对管15，其输出信号在手柄转过中心位置时，将使二选一的输出切换开关13动作，切换到与编码盘转动方向一致的对应负载上，实现对两个负载的PWM控制，即手柄14处在中央位置时，输出切换开关13所接的两负载因编码为0000都不动作，将手柄推向一边时，光电对管15首先使输出切换开关13立即动作，编码由0000逐渐到1111对应变化，对应负载会受对应PWM信号控制，而反方向推手柄过了0000到另一方向时光电对管15输出改变，该负载被关断，另一负载受相应PWM信号控制。该实例可直接控制液压缸的伸缩控制电磁阀，实现液压杆伸缩调速控制。

实施例3：

本发明中将由扇形编码盘1和光电对管支架2组成的光电编码装置可改变成机械接触式编码装置：即扇形编码盘1和光电对管支架2均采用绝缘材料制成，所述扇形编码盘1上编码光轨5的图案采用金属电极制成，可接高或低电平成为编码电极，在光电对管组3一边的对应位置，安装与编码电极的金属电极滑动接触的滑动电极，所有滑动电极按编码轨道接到光电信号接收处理电路8即可，其余电路同实施例一、二。本实施例由于电接触可能会有电火花，建议在易燃易爆环境中不要使用。

实例例4：

利用摇杆机构，将上述实施例一或实施例二安装在相互正交的两个转轴上，或将本发明方案移植到传统的摇杆式操纵控制手柄，可实现用PWM技术的平面二维控制输出。

实例例5：

在以上四个实例基础上，扩展编码位数为4位以上，增加PWM输出的档位数；其中电路的位扩展，可以在图2基础上很容易实现，也可用PLD器件来实现；而编码位数的扩展，一种方案是直接增加编码盘的位数，另一方案是在现有的四位编码基础上利用AD技术来扩展位数，如将4位或4条编码光轨5的编码输出做为高四位，将最低位即最外缘的输出信号，先处理变换为模拟信号，再用8位AD转换技术，将所得的8位数字变换为低八位，与高四位合并后输出，就成为一个十二位的编码信号。

实施例六：在以上五个实施例基础上，将编码图案该为格雷码，对光电信号接收处理电路8，需要用异或门或MCU将格雷码变换为绝对码再输出，其余部分不变。

实例例7：

将以上实例中的扇形编码盘，变换为矩形的条状编码器，将与光电对管的转动变为平直滑动，就将圆弧转动的操控手柄变成了平动直滑的操控手柄了。

以上所述的仅是本发明的实施方式，并非用来限制本发明的实施范围。在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种编码器式控制操纵手柄，其特征在于，包括扇形编码盘(1)所述扇形编码盘(1)上设置光电对管支架(2)，其二者同轴于转动轴(4)上；所述光电对管支架(2)上有与所述扇形编码盘(1)上编码光轨对应的光电对管(3)、即发光管(6)及光电接收管(7)；所述光电接收管(7)通过光电信号接收处理电路(8)与所述数值比较器(11)连接，所述数值比较器(11)与所述电平转换与驱动(12)电连接，且所述数值比较器(11)、计数器(10)、时钟源(16)依次电连接。

2.根据权利要求1所述的编码器式控制操纵手柄，其特征在于，还包括控制所述电平转换与驱动(12)的输出切换开关(13)、安装在扇形编码盘(1)上的手柄(14)及检测方向设置于所述光电对管支架(2)上的光电对管(15)。

3.根据权利要求1所述的编码器式，其特征在于，所述扇形编码盘(1)与所述光电对管支架(2)同轴于转动轴(4)，其中之一固定，另一个则安装手柄用于转动操纵控制；所述扇形编码盘(1)的扇形弧度角度可按需要调整，也可以是完整的圆形；所述扇形编码盘(1)上的编码图案可以是绝对码或格雷码，位数或编码轨道数可以是4位、6位、8位、10位，或其它系统分辨率需要的位数；所述扇形编码盘(1)上的图案，从扇形一边到只一边按编码数值从小到大均匀分布，也可以是从扇形中间向两侧的对称或不对称分布的两组相同或不相同的编码图案；所述能转动的扇形编码盘(1)及其上的图案，可等效变换为可平直滑动的矩形编码条，实现平直滑动的PWM控制操纵手柄。

4.根据权利要求1所述的编码器式控制操纵手柄，其特征在于，所述计数器(10)，对频率可调的时钟源(16)脉冲进行计数，其输出数值送到所述数值比较器(11)的一个输入端；所述光电信号接收处理电路(8)，将所述光电接收管(7)的信号变换为绝对码，送到所述数值比较器(11)的另一输入端；所述数值比较器(11)输出的比较结果，经由所述电平转换与驱动(12)后，接PWM型负载。