CN111207784A - 一种零位可重写编码器及配套电写零系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一种零位可重写的编码器及配套电写零系统，该编码器除具备编码器测量功能之外，还设有掉电非易失的存储芯片，能够存储所安装机构的零位信息，还在于可通过外部写零系统将编码器的当前位置值作为零位信息写入掉电非易失存储芯片，还在于，编码器的过零转换输出软件模块能够将编码器位置测量系统原始读数与非易失存储芯片中的存储零位进行过零转换，输出编码器相对于重写入零位的偏差位置。

Description

一种零位可重写编码器及配套电写零系统

技术领域

本发明属于光电数字化检测领域，具体涉及一种零位可写的编码器及电写零系统。

背景技术

本发明涉及一种零位可写的编码器及电写零系统，主要应用于机载或者弹载光电伺服系统等产品中。机载或者弹载光电伺服系统等产品，机构的光学零位往往在装调前期无法确定，需在整机光学系统安装完善之后，采用光学手段来确定机构的零位位置，由于传统编码器在厂家加工完成之后，每套编码器的零位信息已经确定，不能再次更改，故只能将零位信息记录于用户软件或者芯片中，并由用户软件对角度信息进行过零处理，该存储方式中间环节较多，费时费力，且容易出现零位信息记错的情况。

发明内容

要解决的技术问题

为了弥补传统编码器的上述不足，本发明提出了一种零位可写的编码器及电写零系统。

技术方案

一种零位可写的编码器及电写零系统，其特征在于包括零位可重写编码器和电写零系统，电写零系统对编码器的零位进行重写操作，将编码器零位设置在用户需要的任何位置；所述的零位可重写编码器包括编码器位置测量系统、过零转换输出软件模块和掉电非易失存储芯片，编码器位置测量系统的输出连接过零转换输出软件模块，过零转换输出软件模块和掉电非易失存储芯片通过SPI接口互联，掉电非易失存储芯片用于存储用户机构零位信息，过零转换输出软件模块用于编码器通讯协议管理、与电写零系统进行通讯、获取电写零系统的写零信号，以及对编码器位置测量系统的位置信息进行过零转换功能；所述的电写零系统包括CPU系统、液晶显示器和按键，液晶显示器和按键均与CPU系统连接，过零转换输出软件模块与CPU系统通过复用通讯接口互联。

所述的过零转换输出软件模块工作在两种模式下，一种为正常工作模式，另外一种为电写零模式；正常工作模式下，过零转换输出软件模块获取编码器位置测量系统的角度信息和掉电非易失存储芯片中的零位信息，经过过零转换后，输出相对存储零位的角度信息；电写零模式下，过零转换输出软件模块通过建立与外部电写零系统通讯连接后，实时将编码器位置测量系统的位置信息通过RS422协议输出至电写零系统进行显示，同时，判断是否收到电写零系统的零位重置指令，在接收到电写零系统的零位重置指令后，将当前位置信息写入掉电非易失存储芯片中，并反馈零位写入成功状态至电写零系统。

所述的过零转换输出软件模块具体步骤如下：

步骤1：模块初始化：过零转换输出软件模块上电初始化通讯协议为RS422，并读取掉电非易失存储芯片中零位信息；

步骤2：确定通讯模式：过零转换输出软件模块通过兼容SSI协议和RS422协议的复用通讯接口按照RS422来接收写零系统的写零指令，若接收成功，则过零转换输出软件模块协议模式维持不变；否则延时1毫秒后重复接收写零指令动作，直至接收到写零指令或者总延时时间达到30s，在总延时达到30s后进入正常工作模式；

步骤3：写零工作模式：若步骤2中过零转换输出软件模块收到写零工作模式指令，则进入写零工作模式；进入写零工作模式后，按照如下流程执行：

3a)反馈写零工作模式至配套电写零系统；

3b)判断是否接收到零位重置指令，如果未收到零位重置指令，则依次重复执行读取位置测量系统位置信息、RS422输出位置信息至写零系统、反馈工作模式；直至收到零位重置指令；

3c)如果接收到零位重置指令，则重复执行写零操作，直至写零成功；写零成功后持续返回写零成功标志直至编码器下电；

步骤4：正常工作模式：若步骤2中过零转换输出软件模块进入正常工作模式，按照以下流程执行：

4a)通讯协议模式置为SSI协议；

4b)读取位置测量系统位置信息；

4c)将4b步骤中读取的位置信息，与掉电非易失存储芯片中的零位进行比较，并进行过零转换处理，即相对于掉电非易失存储芯片中的零位的偏差位置值；

4d)在存在外界时钟信号的情况下，以SSI协议形式输出位置信息；

4e)重复执行上述4b～4d步骤，直至编码器下电。

所述的电写零系统具体步骤如下：

步骤1：软件运行开始后采用RS422协议发送写零模式，同时判断是否收到编码器反馈的写零模式；若未收到，则重复发送写零模式；

步骤2：接收到编码器反馈的写零模式后，程序按照以下流程执行：

2a)接收编码器位置信息并进行显示；

2b)获取按键电平，并判断是否存在按键信号；

2c)若无按键信号，重复执行本流程中的步骤2a)～步骤2b)；直至接收到按键信号；

2d)接收到按键信号后，重复发送零位重置信号，直至编码器反馈写零成功状态；

2e)显示写零成功状态。

有益效果

本发明提出的一种零位可重写的编码器及配套电写零系统，该编码器除具备编码器测量功能之外，还设有掉电非易失的存储芯片，能够存储所安装机构的零位信息，还在于可通过外部写零系统将编码器的当前位置值作为零位信息写入掉电非易失存储芯片，还在于，编码器的过零转换输出软件模块能够将编码器位置测量系统原始读数与非易失存储芯片中的存储零位进行过零转换，输出编码器相对于重写入零位的偏差位置。本发明的编码器及电写零系统，能够满足用户随应用场景变化而产生的对零位重置的需求，可以运用在无刷电机零位对齐、机构光学零位重定等方面，具有广阔的应用前景。与现有技术相比，具有如下显著优点：

1.相比较于传统编码器，本发明编码器能够重新写入零位信息，便于用户后期重新进行写零操作；

2.编码器自身存储用户零位的方式，避免了用户管理诸多零位的繁杂工作；

3.外部电写零系统既能够进行编码器读数，又能够进行写零操作，写零的同时还能够显示角度信息，便于用户确认。

4.该类型编码器在与同步电机配合使用中具有零位管理方便的优势。

附图说明

图1零位可重写编码器及配套电写零系统交联图；

图2过零转换输出软件模块流程图；

图3电写零系统软件模块流程图；

图4通讯接口复用图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

一种零位可写的编码器及电写零系统除具备普通编码器位置测量(角度位置或线位置)功能之外，还可以根据用户需求，通过外部电写零系统对编码器的零位进行重写操作，将编码器零位设置在用户需要的任何位置；编码器包括具有掉电非易失存储系统，用于存储用户机构零位信息；还包括具有过零转换输出软件模块，用于编码器通讯协议管理、与电写零系统进行通讯、获取电写零系统的写零信号，以及对编码器位置测量系统的位置信息进行过零转换功能。

零位可重写编码器及配套电写零系统交联关系如附图1所示。所述的零位可重写编码器包括：

除了具备普通编码器的位置信号测量系统外，还包括掉电非易失存储芯片及过零转换输出软件模块；

零位可重写编码器工作在两种模式下，一种为正常工作模式，另外一种为电写零模式。正常工作模式下，过零转换输出软件模块获取编码器位置测量系统的角度信息和掉电非易失存储芯片中的零位信息，经过过零转换后，输出相对存储零位的角度信息。电写零模式下，过零转换输出软件模块通过建立与外部电写零系统通讯连接后，将编码器位置测量系统的位置信息通过RS422协议输出至电写零系统，供其显示，同时，判断是否收到电写零系统的零位重置指令，在接收到电写零系统的零位重置指令后，将当前位置信息写入掉电非易失存储芯片中，并反馈零位写入成功状态至电写零系统。

所述的电写零系统包括：

CPU系统、按键、显示屏、以及通讯芯片。CPU系统采用单片机作为微处理器，通过通讯芯片获取编码器的码值数据，并换转为角度信息或者直线位移信息在显示屏上进行显示，同时不断获取用户的写零按键信号，在收到用户的按键信号之后，通过通讯芯片周期重复发送写零信号至编码器，直至收到编码器返回写零成功状态。

现以圆形光电编码器为例，指出本发明的具体实施步骤，一种零位可写的编码器及电写零系统，具体包括如下：

所述的编码器除具有传统码盘的光栅、读数头、光源及接收光敏器件及解码系统外，还具备掉电非易失存储系统(25LC040-I/SN EEPROM芯片)，如附图4所示，所述的编码器接口电平为TTL电平(DC 5V)，兼容SSI协议与422协议，正常工作模式下采用SSI协议，写零模式下采用RS422协议。所述的电写零系统，包括型号为STC12C5A60S2的CPU系统，按键及液晶显示屏。现将所述编码器在两个工作模式下的工作步骤分别进行阐述：

模式一：写零模式。

按照附图1所示交联关系，将零位可重写编码器与电写零系统连接，二者同时上电，则过零转换输出软件模块工作流程附图2所示，具体描述如下：

步骤一、模块初始化。过零转换输出软件模块上电初始化通讯协议为RS422，并读取EEPROM芯片中零位信息。

步骤二：确定通讯模式。过零转换输出软件模块通过复用通讯接口(兼容SSI协议和RS422协议)按照RS422来接收写零系统的写零指令，接收成功后，过零转换输出软件模块协议模式维持不变。

步骤三：进入写零工作模式。进入写零工作模式后，按照如下流程执行：

a)反馈写零工作模式至配套电写零系统；

b)判断是否接收到零位重置指令，若未收到零位重置指令，首先执行读取编码器角度信息，接着通过RS422协议输出角度信息给写零系统，并反馈工作模式给写零系统；

c)如果接收到零位重置指令，则重复执行写零操作，直至写零成功；写零成功后持续返回写零成功标志直至编码器下电；

过零转换输出软件模块执行完上述步骤后，会按照配套电写零系统指令将当前角度信息作为零位重新写入至EEPROM芯片中，至此写零功能完成。

所述的配套电写零系统软件流程如图2所示，具体描述如下：

步骤一：软件运行开始后采用RS422协议发送写零模式，同时判断是否收到编码器反馈的写零模式；若未收到，则重复发送写零模式；

步骤二：接收到编码器反馈的写零模式后，程序按以下流程执行：

a)接收编码器位置信息并在液晶显示屏上进行显示；

b)装配人员旋转轴系，将轴系放置在零位处，观察写零系统液晶显示屏上的零位信息，记录此时的零位信息，并按下写零按键，执行写零操作。

c)写零系统循环获取按键电平，并判断是否存在按键信号；

d)当检测到按键信息时，重复发送零位重置信号给编码器，直至编码器反馈写零成功状态；

e)显示写零成功状态。

模式二：正常工作模式。

正常工作模式下，不需接外部写零系统，单独给编码器上电即可。编码器工作在正常工作模式下，执行流程如下：

步骤一、模块初始化。过零转换输出软件模块上电初始化通讯协议为RS422，并读取EEPROM芯片中零位信息。

步骤二：确定通讯模式。过零转换输出软件模块30s后将协议模式置为SSI协议。

步骤三：读取位置测量系统位置信息；

步骤四：将步骤三中读取的位置信息，与掉电非易失存储芯片中的零位进行比较，并进行过零转换处理，即相对于掉电非易失存储芯片中的零位的偏差位置值；

步骤五：在存在外界时钟信号的情况下，以SSI协议形式输出位置信息；

步骤六：重复执行步骤三至步骤五，直至编码器下电。

本发明不局限于圆形编码器，也包含直线编码器；也不局限于光电编码器，也包括磁编码器等。

Claims (4)

1.一种零位可写的编码器及电写零系统，其特征在于包括零位可重写编码器和电写零系统，电写零系统对编码器的零位进行重写操作，将编码器零位设置在用户需要的任何位置；所述的零位可重写编码器包括编码器位置测量系统、过零转换输出软件模块和掉电非易失存储芯片，编码器位置测量系统的输出连接过零转换输出软件模块，过零转换输出软件模块和掉电非易失存储芯片通过SPI接口互联，掉电非易失存储芯片用于存储用户机构零位信息，过零转换输出软件模块用于编码器通讯协议管理、与电写零系统进行通讯、获取电写零系统的写零信号，以及对编码器位置测量系统的位置信息进行过零转换功能；所述的电写零系统包括CPU系统、按键、显示屏、以及通讯芯片；CPU系统采用单片机作为微处理器，通过通讯芯片获取编码器的码值数据，并换转为角度信息或者直线位移信息在显示屏上进行显示，同时不断获取用户的写零按键信号，在收到用户的按键信号之后，通过通讯芯片周期重复发送写零信号至编码器，直至收到编码器返回写零成功状态。

2.根据权利要求1所述的一种零位可写的编码器及电写零系统，其特征在于所述的过零转换输出软件模块工作在两种模式下，一种为正常工作模式，另外一种为电写零模式；正常工作模式下，过零转换输出软件模块获取编码器位置测量系统的角度信息和掉电非易失存储芯片中的零位信息，经过过零转换后，输出相对存储零位的角度信息；电写零模式下，过零转换输出软件模块通过建立与外部电写零系统通讯连接后，实时将编码器位置测量系统的位置信息通过RS422协议输出至电写零系统进行显示，同时，判断是否收到电写零系统的零位重置指令，在接收到电写零系统的零位重置指令后，将当前位置信息写入掉电非易失存储芯片中，并反馈零位写入成功状态至电写零系统。

3.根据权利要求2所述的一种零位可写的编码器及电写零系统，其特征在于所述的过零转换输出软件模块具体步骤如下：

步骤1：模块初始化：过零转换输出软件模块上电初始化通讯协议为RS422，并读取掉电非易失存储芯片中零位信息；

步骤2：确定通讯模式：过零转换输出软件模块通过兼容SSI协议和RS422协议的复用通讯接口按照RS422来接收写零系统的写零指令，若接收成功，则过零转换输出软件模块协议模式维持不变；否则延时1毫秒后重复接收写零指令动作，直至接收到写零指令或者总延时时间达到30s，在总延时达到30s后进入正常工作模式；

步骤3：写零工作模式：若步骤2中过零转换输出软件模块收到写零工作模式指令，则进入写零工作模式；进入写零工作模式后，按照如下流程执行：

3a)反馈写零工作模式至配套电写零系统；

3b)判断是否接收到零位重置指令，如果未收到零位重置指令，则依次重复执行读取位置测量系统位置信息、RS422输出位置信息至写零系统、反馈工作模式；直至收到零位重置指令；

3c)如果接收到零位重置指令，则重复执行写零操作，直至写零成功；写零成功后持续返回写零成功标志直至编码器下电；

步骤4：正常工作模式：若步骤2中过零转换输出软件模块进入正常工作模式，按照以下流程执行：

4a)通讯协议模式置为SSI协议；

4b)读取位置测量系统位置信息；

4c)将4b步骤中读取的位置信息，与掉电非易失存储芯片中的零位进行比较，并进行过零转换处理，即相对于掉电非易失存储芯片中的零位的偏差位置值；

4d)在存在外界时钟信号的情况下，以SSI协议形式输出位置信息；

4e)重复执行上述4b～4d步骤，直至编码器下电。

4.根据权利要求1所述的一种零位可写的编码器及电写零系统，其特征在于所述的电写零系统具体步骤如下：

步骤1：软件运行开始后采用RS422协议发送写零模式，同时判断是否收到编码器反馈的写零模式；若未收到，则重复发送写零模式；

步骤2：接收到编码器反馈的写零模式后，程序按照以下流程执行：

2a)接收编码器位置信息并进行显示；

2b)获取按键电平，并判断是否存在按键信号；

2c)若无按键信号，重复执行本流程中的步骤2a)～步骤2b)；直至接收到按键信号；

2d)接收到按键信号后，重复发送零位重置信号，直至编码器反馈写零成功状态；

2e)显示写零成功状态。

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