CN109470293B - 一种自适应编码器输出的检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

一种自适应编码器输出的检测方法，步骤1：信号接收装置输入编码器输出的校验信号，保持开关SW1、SW2断开，MCU判断信号接收装置输出的检测信号是否与校验信号一致，如果一致，则编码器输出电路的输出信号类型为电压输出类型，并保持，结束检测；否则，则进入步骤2；步骤2：闭合开关SW1,保持SW2断开，MCU判断信号接收装置的检测信号与校验信号是否一致；如果一致，编码器输出类型为集电极开路输出，并保持，结束检测；否则，则进入步骤3；步骤3：闭合SW2,保持SW1断开，MCU判断信号接收装置的检测信号与校验信号是否一致；如果一致，编码器输出类型为推挽式输出，并保持，结束检测；否则，判断是否为其他类型输出或者设备故障。

Description

一种自适应编码器输出的检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测装置及其方法，尤其是涉及一种自适应编码器输出的检测装置和方法。

背景技术

电编码器是一种集光、机、电为一体的数字化检测装置,在数控机床、机器人、雷达、光电经纬仪地面指挥仪、高精度闭环调速系统、伺服系统等诸多领域中得到了广泛的应用。典型的编码器包括码盘(Disk)、检测光栅(Mask)、光电转换电路(包括光源、光敏器件、信号转换电路)、机械部件等。其信号输出形式包括集电极开路输出、电压输出、推挽输出以及互补型输出，现有的编码器的输出形式都是固定的，现有与其连接的信号接收装置采用单一固定的接收形式，即只能与一种输出形式的编码器匹配，限制了信号接收装置的使用范围和兼容性。

发明内容

本发明主要针对这一现状，提出一种可以自动判断编码器输出类型，并自动匹配接收电路，明显扩大了信号接收装置的应用范围，其技术方案如下：

一种自适应编码器输出的检测装置，其特征为：包括编码器输出电路、信号接收装置；所述编码器输出电路的输出信号传输给信号接收装置的输入端，以判断编码器输出电路输出何种类型的电信号；所述编码器输出电路包括：电压输出电路、集电极开路输出电路、以及推挽式输出电路；所述电压输出电路包括第一NPN管，上拉电阻；所述上拉电阻一端接VCC电压，另一端接第一NPN管的集电极；所述第一NPN管基极与主电路的输出端连接，发射极接零电位，集电极作为输出端输出电压，该输出电压为固定高、低电平，且高电平由编码器决定；所述集电极开路输出电路包括第二NPN晶体管，信号直接从第二NPN晶体管的集电极输出，第二NPN晶体管的发射极接零电位；需检查电路部分连接上拉电阻，高电平适应检查部分电压；所述推挽式输出电路包括一个第三NPN晶体管和一个PNP晶体管，信号由第三NPN管的集电极(PNP管的发射极)输出，编码器内部通过PNP管上拉到内部高电平，输出信号的高电平由编码器决定，此输出方式的优点在于低噪声，高抗干扰能力；所述信号接收装置包括MCU以及外围电路，所述外围电路包括SW1开关，SW2开关、R1、R2、R3电阻，所述R3电阻一端与MCU连接，一端与输出电路连接；所述R1，SW1，SW2，R2顺序连接，电源VCC与R1一端连接。

本发明还公开一种自适应编码器输出的检测方法。

有益效果：提供了信号接受装置的兼容性，市面上电压输出，集电极开路输出和推挽式输出包括了绝大部分的编码器，大大的适应了信号接受装置的应用范围。而且检测电路的硬件开销也比较小，成本较低，实现兼容性。

附图说明

图1为本发明编码器电压输出电路结构原理图。

图2为本发明编码器集电极开路输出电路结构原理图。

图3为本发明编码器推挽式输出电路结构原理图。

图4为本发明检测装置示意图。

图5为本发明检测逻辑图。

具体实施方式

目前编码器的输出大部分是以：电压输出、集电极开路输出、以及推挽式输出，因此本发明根据各自输出不同的特点，设定不同的检测方法和数据传输方法，并尽量做到硬件电路的复用，降低硬件的设计成本。

实施例1

参见附图1-3记载了编码器三种不同的输出电路。

图1为编码器以电压输出的方式电路原理图。

该种电路输出为典型的三极管集电极输出电路，其电路本身自带上拉电阻，编码器输出信号传输到基极的信号为逻辑信号，即高低电平，当基极为高电平时，NPN管导通，输出低电平；当基极为低电平时，NPN管截止，输出为高电平，为内部VCC电压。

图2为编码器以集电极开路输出的方式电路原理图。

通过使用编码器输出侧的NPN晶体管，将NPN晶体管的发射极引出端子连接至0V，断开集电极与VCC的端子并把集电极作为输出端。这种输出方式需要信号接收装置提供上拉电阻才可以使信号接收装置正常接收到信号，而且可以电压不一致。

这种输出方式的特点是驱动能力强，其电路本身不带上拉电阻，需要信号接收装置提供上拉电阻，编码器到基极信号为逻辑信号，即高低电平。当基极为高电平时，NPN管导通，输出低电平；当基极为低电平时，NPN管截止，输出为高电平，为外部VCC。

图3为编码器推挽式输出方式的电路原理图。

这种输出方式由上下两个互补型的三极管组成，当其中一个三极管导通时，另外一个三极管则关断。电流通过输出侧的两个晶体管向两个方向流入，并始终输出电流。因此它阻抗低，而且不太受噪声和变形波的影响,可输出真正的高低电平，需要信号接收端有高的输入阻抗，即编码器需要大的输出负载阻抗来维持稳定的输出电压。

实施例2

根据上述编码器的输出的特点，采用以下检测方式，让编码器输出的校验信号与信号接收装置的检测信号进行比对，如果检测信号与校验信号一致，说明信号传递成功。

检测电路如图4所示，编码器输出的校验信号与信号接收装置MCU之间加入检测判断电路，包括电阻R1/R2/R3，开关SW1/SW2,根据编码器输出的校验信号不同输出的特点通过检测判断电路中电阻、开关的不同的组合，以达到兼容匹配的目的。

参见附图5所示，按照以下步骤进行检测：

①编码器输出校验信号，检测判断电路中保持SW1和SW2断开，信号接收装置判断检测到的校验信号与信号接收装置中发出的检测信号是否一致，如果一致，编码器输出类型为电压输出，并保持此种电路形式进行通信，结束检测；如果不一致，继续下一步。

举个例子来说，可以将编码器输出的校验信号事先预设，将信号接收装置的检测信号与校验信号按位进行“同或”运算，如果一致，输出结果为真。如果输出结果全部为真，表示一致。

②闭合开关SW1,保持SW2断开，MCU判断信号接收装置的检测信号与校验信号是否一致。如果一致，编码器输出类型为集电极开路输出，并保持此种电路形式进行通信，结束检测；如果不一致，继续下一步。

③闭合SW2,保持SW1断开，MCU判断信号接收装置的检测信号与校验信号是否一致。如果一致，编码器输出类型为推挽式输出，并保持此种电路形式进行通信，结束检测；如果不一致，判断是否为其他类型输出或者设备故障。

实施例3

可以省略检测判断步骤，实时检测步骤是把编码器当成一个黑盒子，但是在实际应用中，我们会通过产品资料指导产品的输出特性。因此可以通过外置选择开关来选择与编码器匹配的电路模式。例如通过两个外置开关，把信息直接传递给MCU，进行SWI和SW2的控制，例如01代表电压输出形式，10代表集电极开路输出形式，11代表推挽输出形式。此种方式在已知产品信息的情况下更加实用。

此外，本发明解释说明如下：开关SW1和SW2在电路实现形式上有很多种，在这种场景比较合适的是采用开关管(MOS管或者三极管都可以)和带有使能端的逻辑芯片，对于电路设计人员而言，SW包括所有能实现开关的电路形式。以NMOS开关管举例说明，编码器信号输出端(即校验信号输出端)连接到MOS管的D极，检测装置连接到MOS管的S极，MCU连接到MOS管的G极，通过MCU控制MOS管的G极高低电平，进而控制MOS管的导通和关断(G极高，MOS管导通；G极低，MOS管关断)。

所述附图1-3中“主电路”属于现有技术，其功能作用即为对编码器采集的信号实现数据处理，并将处理结果发送给输出电路中NPN管的基极，因此，在此发明中不予累述。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (2)

1.一种自适应编码器输出的检测方法，其特征为：包括自适应编码器输出的检测装置，所述自适应编码器输出的检测装置包括编码器输出电路、信号接收装置；所述编码器输出电路的输出信号传输给信号接收装置的输入端，以判断编码器输出电路输出何种类型的电信号；所述编码器输出电路包括：电压输出电路、集电极开路输出电路、以及推挽式输出电路；所述电压输出电路包括第一NPN管，上拉电阻；所述上拉电阻一端接VCC电压，另一端接第一NPN管的集电极；所述第一NPN管的基极与主电路的输出端连接，发射极接零电位，集电极作为输出端输出电压；所述集电极开路输出电路包括第二NPN晶体管，信号直接从第二NPN晶体管的集电极输出，第二NPN晶体管的发射极接零电位；所述推挽式输出电路包括一个第三NPN晶体管和一个PNP晶体管，信号由第三NPN管的集电极输出，编码器内部通过PNP管上拉到内部高电平，输出信号的高电平由编码器决定；所述信号接收装置包括MCU以及外围电路，所述外围电路包括SW1开关，SW2开关、R1、R2、R3电阻，所述R3电阻一端与MCU连接，一端与所述编码器输出电路连接；所述R1，SW1，SW2，R2顺序连接，电源VCC与R1一端连接；该检测方法包括如下步骤：

步骤1：信号接收装置输入编码器输出的校验信号，保持开关SW1、SW2断开，MCU判断信号接收装置输出的检测信号是否与校验信号一致，如果一致，则编码器输出电路的输出信号类型为电压输出类型，并保持此种电路形式进行通信，结束检测；如果不一致，则进入步骤2；

步骤2：闭合开关SW1,保持SW2断开，MCU判断信号接收装置的检测信号与校验信号是否一致；如果一致，编码器输出类型为集电极开路输出，并保持此种电路形式进行通信，结束检测；如果不一致，则进入步骤3；

步骤3：闭合SW2,保持SW1断开，MCU判断信号接收装置的检测信号与校验信号是否一致；如果一致，编码器输出类型为推挽式输出，并保持此种电路形式进行通信，结束检测；如果不一致，判断是否为其他类型输出或者设备故障。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征为：所述步骤1进一步包括：将编码器输出的校验信号事先预设，将信号接收装置的检测信号与校验信号按位进行“同或”运算，如果一致，输出结果为真，如果输出结果全部为真，表示一致。

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