CN111351512B - 一种增量式光电编码器信号处理装置及处理方法 - Google Patents

一种增量式光电编码器信号处理装置及处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种增量式光电编码器信号处理装置，其包括依次连接的：光电接收管，滑动变阻器，微控制器；所述微控制器包括：电压比较中断模块，波形输出模块。本发明利用滑动变阻器和微控制器代替传统放大整形及逻辑门电路，在电路工作时只在需要调试滑动变阻器，得到幅值合适的信号，送给微控制器大幅减少所需的电子元器件个数，缩小体积，降低功耗。直接通过微控制器自身的电压比较中断实现增量式光电编码器的整形和计数功能，可为上级系统提供方波和二进制角度两种形式的数据，更方便灵活。同时加入了增量式光电编码器的工作模式选择功能，可为上级系统提供方波和二进制的角度两种形式的数据，更方便灵活。

Description

一种增量式光电编码器信号处理装置及处理方法
技术领域
本发明属于光电编码器技术领域，具体涉及一种增量式光电编码器信号处理装置及处理方法。
背景技术
光电编码器是集光、机、电一体的一种数字测角装置。由于具有分辨率高、测量范围广、使用可靠、易于维护等优点而被广泛应用。光电编码器从编码方式分，可分为：增量式和绝对式。增量式光电编码器具有编码方式简单、工作稳定可靠和响应速度快等优点。
目前主要的增量式光电编码器的信号处理装置都是通过对光电接收二极管输出的信号进行差分放大、整形及逻辑运算，然后通过微处理器进行运算处理；或采用专用处理芯片来实现的。由于差分放大和整形电路的实现需要运算放大器及外围电路，逻辑运算需要相应的逻辑门电路，这样增加了所需的电子元件，因此增大处理装置的体积和功耗，同时放大和整形电路调试相对复杂；而专用处理芯片需要从事半导体的技术人员设计芯片并生产，开发周期长，成本高。
发明内容
本发明要解决现有增量式光电编码器的信号处理装置体积大，功耗高，电路设计和调试复杂以及开发周期长，成本高的技术问题，提供一种增量式光电编码器信号处理装置及处理方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
本发明提供一种增量式光电编码器信号处理装置，其包括依次连接的：光电接收管，滑动变阻器，微控制器；
所述微控制器包括：电压比较中断模块，波形输出模块；
所述光电接收管接收得到u0,u90,u180,u270四个相位的正弦信号，经过所述滑动变阻器，将u0,u90,u180,u270四个相位的正弦信号的直流偏移量C0,C90,C180,C270分别调至C0＝C180且C90＝C270；
当u0和u180送到微控制器电压比较中断模块的两端时，若u0≥u180，输出信号A电平置高；若u0<u180，输出信号A电平置低；
当u90和u270送到微控制器电压比较中断模块的两端时，若u90≥u270，输出信号B电平置高；若u90<u270，输出信号B电平置低；
零位信号通过与一个固定电压比较，得到零位信号的输出信号Z；
根据A,B两路输出信号的相位的循环变化，将A,B两路输出信号倍频，得到经过四倍频的方波信号；
将通过微控制器电压比较中断模块得到的输出信号A,B,Z或经过四倍频的方波信号输出到输出接口，可得到需要的波形。
在上述技术方案中，所述微控制器还包括：AD中断模块，通信中断模块；
如果需要二进制角度，则u0,u90,u180,u270四个相位的正弦信号分别连接到微控制器的电压比较中断模块的同时，可通过AD中断模块采集，并在微控制器内部进行信号放大、粗码计数、精码细分和精粗校正；得到的二进制角度可通过通信中断模块传输。
本发明还提供一种增量式光电编码器信号处理装置的处理方法，该处理方法包括以下步骤：
将u0,u90,u180,u270四个相位的正弦信号的直流偏移量C0,C90,C180,C270分别调至C0＝C180且C90＝C270；
u0和u180送到微控制器电压比较中断模块的两端，若u0≥u180，输出信号A电平置高；若u0<u180，输出信号A电平置低；得到输出信号A；
u90和u270送到微控制器电压比较中断模块的两端，若u90≥u270，输出信号B电平置高；若u90<u270，输出信号B电平置低；得到输出信号B；
零位信号通过与一个固定电压比较，得到输出信号Z；
根据A,B两路输出信号的相位的循环变化，将A,B两路输出信号倍频，得到经过四倍频的方波信号；
将输出信号A,B,Z或经过四倍频的方波信号输出。
在上述技术方案中，该处理方法还包括以下步骤：
采集u0,u90,u180,u270四个相位的正弦信号，
对采集到的四个相位的正弦信号进行信号放大、粗码计数、精码细分和精粗校正，得到的二进制角度；
得到的二进制角度输出。
在上述技术方案中，A,B两路输出信号的相位的循环变化情况为：
A,B两路信号的相位循环为：如果码盘正向转动即A的相位超前B的相位1/4周期，设A,B两路的起始相位为：A＝1,B＝1，后续依次为A＝1,B＝0；A＝0,B＝0；A＝0,B＝1，最后回到起始相位A＝1,B＝1；其余三种起始位置后面的相位循环原理相同；
如果码盘反向转动即B的相位超前A的相位1/4周期，设A,B两路的起始相位为：A＝1,B＝1，后续依次为A＝0,B＝1；A＝0,B＝0；A＝1,B＝0，最后回到起始相位A＝1,B＝1；其余三种起始位置后面的相位循环原理相同。。
本发明的有益效果是：
本发明利用滑动变阻器和微控制器代替传统放大整形及逻辑门电路，在电路工作时只在需要调试滑动变阻器，得到幅值合适的信号，送给微控制器大幅减少所需的电子元器件个数，缩小体积，降低功耗。直接通过微控制器自身的电压比较中断实现增量式光电编码器的整形和计数功能，可为上级系统提供方波和二进制角度两种形式的数据，更方便灵活。同时加入了增量式光电编码器的工作模式选择功能，可为上级系统提供方波和二进制的角度两种形式的数据，更方便灵活。
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说明。
图1为本发明的增量式光电编码器信号处理装置的原理示意图。
图2是本发明的增量式光电编码器信号处理装置的电路示意图。
图3是本发明的增量式光电编码器信号处理方法的处理流程图。
图4为A,B两路输出信号的相位的循环变化图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做以详细说明。
如图1所示，首先对本发明的信号输入端进行说明，光源发出的平行光入射到指示光栅和主光栅组成的莫尔条纹光场光栅，当主光栅相对指示光栅转动时，其莫尔条纹信号函数表达式为：
Figure GDA0002498324590000041
其中，b为光栅中透光区域宽度。将上式进行傅里叶变换，得到：
Figure GDA0002498324590000042
其中，a0～ai分别为各次余弦分量的系数。计算公式如下：
Figure GDA0002498324590000051
式中，p为光栅周期，将a0和ai代入公式(2)中，可以得到光栅透过特性的函数表达式：
Figure GDA0002498324590000052
其中，
Figure GDA0002498324590000053
称为基频。从上式可以看出：当平行光源入射时，光栅的函数是由常数
Figure GDA0002498324590000054
和多次正弦谐波组成。在实际应用时，光电接收二极管探测得到一次谐波即i＝1，令
Figure GDA0002498324590000055
则此时光电接收二极管的输出为四个相位的正弦波的简化表达式如下所示：
Figure GDA0002498324590000056
通过后续处理电路和处理方法对这四路正弦信号进行处理，就可得到主光栅相对指示光栅转动的角度，这就是基于莫尔条纹的角度测量的原理。
图2是本发明的增量式光电编码器信号处理装置的电路原理框图，光电接收管接收得到四个相位的正弦信号，经过滑动变阻器，将式(5)中的C0,C90,C180,C270；即四路信号的直流偏移量调至C0＝C180且C90＝C270。当u0和u180送到微控制器电压比较中断的两端时，若u0≥u180，输出信号A电平置高，若u0<u180，输出信号A电平置低；即如下所示：
Figure GDA0002498324590000061
同理对于u90和u270送给微控制器电压比较中断的两端，可得到输出信号B，表达式如下：
Figure GDA0002498324590000062
零位信号同样采用这样的方式，与一个固定电压比较，就可以得到零位信号的输出整形信号Z。
将通过微控制器电压比较中断得到的方波信号A,B,Z或经过四倍频的方波信号输出到波形输出接口，即可得到上级系统需要的波形。如果上级系统需要二进制角度，则将u0,u90,u180,u270四路信号连接到微控制器的电压比较中断的同时也要通过AD中断对其采集，并在微控制器内部进行信号放大、粗码计数、精码细分和精粗校正等；得到的二进制角度通过通信中断传输给上级系统。
图3是本发明的增量式光电编码器信号处理方法流程图。该处理方法包括以下步骤：上电后系统进行初始化，等待模式选择命令。为上级系统提供三种模式的数据，分别为方波信号A,B,Z，经过四倍频的方波信号，以及经过微控制器处理好的二进制角度。
在模式1中，直接将由滑动变阻器调制合格的u0,u90,u180,u270以及零位信号，送进微控制器的电压比较中断，由式(6)和(7)可得到方波信号A,B,Z，最后通过接口送给上级系统。
在模式2中，在微控制器的电压比较中断后，根据A,B两路信号的相位的循环变化，如图4所示：A,B两路信号的相位循环为：如果码盘正向转动即A的相位超前B的相位1/4周期，设A,B两路的起始相位为：A＝1,B＝1，后续依次为A＝1,B＝0；A＝0,B＝0；A＝0,B＝1，最后回到起始相位A＝1,B＝1；其余三种起始位置后面的相位循环原理相同；
如果码盘反向转动即B的相位超前A的相位1/4周期，设A,B两路的起始相位为：A＝1,B＝1，后续依次为A＝0,B＝1；A＝0,B＝0；A＝1,B＝0，最后回到起始相位A＝1,B＝1；其余三种起始位置后面的相位循环原理相同。
可将A,B两路信号倍频，得到倍频的方波。
在模式3中，在电压中断前需要用AD中断采集u0,u90,u180,u270四路信号，并且在微控制器内部信号放大，放大后的信号采用正切法细分；并与电压比较中断获得的粗码计数进行精粗结合，得到二进制角度。最后，将数据从通信接口传输给上级系统。
本发明利用滑动变阻器和微控制器代替传统放大整形及逻辑门电路，在电路工作时只在需要调试滑动变阻器，得到幅值合适的信号，送给微控制器大幅减少所需的电子元器件个数，缩小体积，降低功耗。直接通过微控制器自身的电压比较中断实现增量式光电编码器的整形和计数功能，可为上级系统提供方波和二进制角度两种形式的数据，更方便灵活。同时加入了增量式光电编码器的工作模式选择功能，可为上级系统提供方波和二进制的角度两种形式的数据，更方便灵活。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种增量式光电编码器信号处理装置，其特征在于，包括依次连接的：光电接收管，滑动变阻器，微控制器；
所述微控制器包括：电压比较中断模块，波形输出模块；
所述光电接收管接收得到u0,u90,u180,u270四个相位的正弦信号，经过所述滑动变阻器，将u0,u90,u180,u270四个相位的正弦信号的直流偏移量C0,C90,C180,C270分别调至C0＝C180且C90＝C270；
当u0和u180送到微控制器电压比较中断模块的两端时，若u0≥u180，输出信号A电平置高；若u0＜u180，输出信号A电平置低；
当u90和u270送到微控制器电压比较中断模块的两端时，若u90≥u270，输出信号B电平置高；若u90＜u270，输出信号B电平置低；
零位信号通过与一个固定电压比较，得到零位信号的输出信号Z；
根据A,B两路输出信号的相位的循环变化，将A,B两路输出信号倍频，得到经过四倍频的方波信号；
将通过微控制器电压比较中断模块得到的输出信号A,B,Z或经过四倍频的方波信号输出到输出接口，可得到需要的波形。
2.根据权利要求1所述的增量式光电编码器信号处理装置，其特征在于，
所述微控制器还包括：AD中断模块，通信中断模块；
如果需要二进制角度，则u0,u90,u180,u270四个相位的正弦信号分别连接到微控制器的电压比较中断模块的同时，可通过AD中断模块采集，并在微控制器内部进行信号放大、粗码计数、精码细分和精粗校正；得到的二进制角度可通过通信中断模块传输。
3.根据权利要求1所述的增量式光电编码器信号处理装置，其特征在于，A,B两路输出信号的相位的循环变化情况为：
A,B两路信号的相位循环为：如果码盘正向转动即A的相位超前B的相位1/4周期，设A,B两路的起始相位为：A＝1,B＝1，后续依次为A＝1,B＝0；A＝0,B＝0；A＝0,B＝1，最后回到起始相位A＝1,B＝1；其余三种起始位置后面的相位循环原理相同；
如果码盘反向转动即B的相位超前A的相位1/4周期，设A,B两路的起始相位为：A＝1,B＝1，后续依次为A＝0,B＝1；A＝0,B＝0；A＝1,B＝0，最后回到起始相位A＝1,B＝1；其余三种起始位置后面的相位循环原理相同。
4.权利要求2所述的增量式光电编码器信号处理装置的处理方法，其特征在于，该处理方法包括以下步骤：上电后系统进行初始化，等待模式选择命令；为上级系统提供模式1-3的三种模式的数据，分别为方波信号A,B,Z，经过四倍频的方波信号，以及经过微控制器处理好的二进制角度；
在模式1中：
将u0,u90,u180,u270四个相位的正弦信号的直流偏移量C0,C90,C180,C270分别调至C0＝C180且C90＝C270；
u0和u180送到微控制器电压比较中断模块的两端，若u0≥u180，输出信号A电平置高；若u0＜u180，输出信号A电平置低；得到输出信号A；
u90和u270送到微控制器电压比较中断模块的两端，若u90≥u270，输出信号B电平置高；若u90＜u270，输出信号B电平置低；得到输出信号B；
零位信号通过与一个固定电压比较，得到输出信号Z；
将输出信号A,B,Z输出；
在模式2中：
根据A,B两路输出信号的相位的循环变化，将A,B两路输出信号倍频，得到经过四倍频的方波信号，并输出该方波信号；
在模式3中：
在电压比较中断模块前需要用AD中断模块采集u0,u90,u180,u270四个相位的正弦信号，并且在微控制器内部信号放大，放大后的信号采用正切法细分；并与电压比较中断模块获得的粗码计数进行精粗结合，得到二进制角度，并输出二进制角度。
5.根据权利要求4所述的处理方法，其特征在于，A,B两路输出信号的相位的循环变化情况为：
A,B两路信号的相位循环为：如果码盘正向转动即A的相位超前B的相位1/4周期，设A,B两路的起始相位为：A＝1,B＝1，后续依次为A＝1,B＝0；A＝0,B＝0；A＝0,B＝1，最后回到起始相位A＝1,B＝1；其余三种起始位置后面的相位循环原理相同；
如果码盘反向转动即B的相位超前A的相位1/4周期，设A,B两路的起始相位为：A＝1,B＝1，后续依次为A＝0,B＝1；A＝0,B＝0；A＝1,B＝0，最后回到起始相位A＝1,B＝1；其余三种起始位置后面的相位循环原理相同。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111811562B (zh) * 2020-07-22 2021-04-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种基于微控制器的增量式光电编码器精粗校正方法
CN111765913B (zh) * 2020-07-22 2021-07-06 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于数字电位计的绝对式测圈光电编码器
CN113587963B (zh) * 2021-07-06 2024-04-19 吉林建筑大学 一种莫尔条纹信号的细分方法
CN115046573A (zh) * 2022-06-15 2022-09-13 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种矩阵码式绝对光电编码器信号处理装置及方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006138822A (ja) * 2004-11-15 2006-06-01 Ricoh Co Ltd エンコーダ位置検出回路
CN101113915A (zh) * 2007-09-07 2008-01-30 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种绝对式光电轴角编码器信号自适应拾取电路
CN201774503U (zh) * 2010-03-24 2011-03-23 上海宝钢工业检测公司 一种增量编码器信号脉冲纠偏装置
CN104977033A (zh) * 2014-04-01 2015-10-14 北京通大华泉科技有限公司 光栅编码器
CN204807102U (zh) * 2015-05-27 2015-11-25 徐州华宇电子测控有限公司 一种光电增量编码器z道信号采集装置
CN106802597B (zh) * 2016-12-28 2019-03-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种增量式光电轴角编码器数据处理装置及处理方法

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