CN115112156B - 一种识别数字轮角位置的光电编码方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种识别数字轮角位置的光电编码方法及装置，克服了现有技术中利用敏感元件识别数字轮角位置无法自动纠正错码、易引起计量纠纷的问题，包括以下步骤：S1：对数字轮进行读取，得到对照格雷码编码组；S2：对所有数字轮进行实时读取，得到每一个数字轮的初始格雷码编码组；S3：判断本次采集的初始格雷码编码组是否有错码；S4：若存在错码，则对错码进行纠正，得到正确的格雷码编码组。提供了可解析角位置的格雷码，并能在错码时自我识别并纠正。
Description
技术领域
本发明涉及机电信号处理技术领域，特别涉及了一种识别数字轮角位置的光电编码方法及装置。
背景技术
格雷码是一套循环编码组，相邻两组编码只有一个编码有差异，即电子信号组从一种状态过渡到另一种状态，只有一个信号发生变化。目前，格雷码已成熟应用于水表、电表、气表等计量仪表的机电转换上，将计量仪表数字轮的角位置转化为电子信号，方便智能抄读和数据管理。
在现有技术中，大都是借助敏感元件读出二进制码，从而识别角位置。然而，目前的方案已经将敏感元件的高低电平状态的所有编码组合资源充分利用，即一个敏感元件电平高低状态的识别故障会导致另一个错误抄读的产生，从而引起计量纠纷。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中利用敏感元件识别数字轮角位置无法自动纠正错码、易引起计量纠纷的问题，提供了一种识别数字轮角位置的光电编码方法及装置，提供了可解析角位置的格雷码，并能在错码时自我识别并纠正。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种识别数字轮角位置的光电编码方法，包括下列步骤：
S1：对数字轮进行读取，得到对照格雷码编码组；
S2：对所有数字轮进行实时读取，得到每一个数字轮的初始格雷码编码组；
S3：判断本次采集的初始格雷码编码组是否有错码；
S4：若存在错码，则对错码进行纠正，得到正确的格雷码编码组。
本发明主要包括格雷码编码实现和错码自我识别并纠正，能够简单、高效地识别数字轮角位置，完成机械读数的电子转换，并能有效识别因为敏感元件损坏、码盘制作问题等引起的错误编码，并对错码进行纠正。
所述的步骤S1中，对数字轮进行读表的具体步骤为：
S1.1：将数字轮均分为N组编码扇区，每（N/10）组编码对应一个数字轮的机械数字；
S1.2：在数字轮端面上设置码道，在数字轮圆周上均匀、间隔设置若干传感节点；
S1.3：匀速转动数字轮，利用光敏元件读取数字轮N个位置的信号电位，数字轮转动一周，产生N组格雷码，由此得到数字轮对照格雷码编码组。
如，步骤S1.1中，N取40，则每4组编码对应一个数字轮的机械数字，反映十进制数字0-9的初位、第一中位、第二中位以及末位四个位置状态。在数字轮端面上设置透光孔，制作码道。对数字轮进行读表时：对多个数字轮进行多次读表，根据读表结果，剔除明显错误的编码，读表时每一个数字轮的每一个机械数字都要读取，经过多次数据读取，确定正确的原始编码组。
作为优选，所述的步骤S2进一步表示为：
判断初始格雷码编码组中，是否所有相邻两组格雷码编码组只有一位二进制数不同以及第一组格雷码与第N组格雷码是否只有一位二进制数不同，若是，则说明当前初始格雷码编码组没有错码，若不是，则说明当前初始格雷码编码组中存在错码。格雷码编码组中，任意两个相邻的代码只有一位二进制数不同，且最后一位与第一位数之间也仅一位数不同，若中间有不按次规律出现的格雷码，则说明编码错误。
作为优选，所述的步骤S3中，还包括：
若所有相邻两组格雷码编码组只有一位二进制数不同：
判断当前格雷码是第1位组格雷码还是第N位组雷码，若当前格雷码是第N组格雷码，判断该数字轮相邻的高位数字轮的格雷码是不是第1组格雷码，若是，则将当前格雷码纠错为第一组格雷码，若不是，则当前格雷码不纠错；若当前格雷码是第一组格雷码，判断相邻的高位数字轮的格雷码是不是第N组格雷码，若是，则将当前格雷码纠错为第N组格雷码，若不是，则当前格雷码不纠错。
本发明中，低位数字轮的初位和末位与高位数字轮的初位和末位有同步对应关系，高位数字轮和低位数字轮之间需要考虑进位关系。
作为优选，所述的步骤S3还包括：
将初始格雷码编码组与对照格雷码编码组进行比对，确定出现错码的具体组以及出现故障的传感节点。
作为优选，所述的步骤S3还包括：
根据相邻两组格雷码只有一位二进制数不同，确定出现错码的具体组；匀速转动数字轮，检测传感节点的输出电位，若传感节点输出电位一直处于一个状态，则说明传感节点出现故障，该传感节点对应输出的格雷码也出现故障。传感节点通过光敏元件输出对应电位。
作为优选，对错码进行纠正，得到正确的格雷码编码组的具体步骤为：
若只有单个传感节点故障，则将故障的传感节点的输出的低电平状态“0”改为高电平状态“1”，进行纠错。对只存在单个传感节点故障的的数字轮来说，传感节点故障，将高电平“1”变为低电平“0”输出，但低电平“0”并不会发生改变，因此若故障的传感节点原本输出的就是低电平“0”，故障后，其输出状态也不会改变，不会影响该格雷码编码，即我们并不会检测到该组格雷码出错，能检测到出错的，则说明原本是高电平“1”，故障后出现低电平“0”。
一种识别数字轮角位置的装置，包括数字轮码盘以及与数字轮码盘连接的光敏元件，所述数字轮码盘上设有码盘通段以及码盘阻段。码盘通段具有透光或不反射特性，码盘阻段具有阻光或反射特性，由于码盘通段以及码盘阻段的存在，使得数字轮的端面具有挡光和透光的作用，从而实现编码。码盘通段可以是设置在数字轮码盘上的透光孔。
作为优选，还包括传感节点，所述传感节点均匀分布在与码盘通段等直径的同心圆上，所述传感节点通过光引导与光敏元件连接。光引导就是传感节点与光敏元件连接的光通路。
作为优选，所述的码盘阻段和码盘通段在圆周分布可形成四种变量：
a：72°，126°，36°；
b：72°，90°，36°；
c：72°，54°，36°；
d：72°，18°，36°。
在数字轮转动一整圈时，码盘通段与码盘阻段的分界线的角度会发生变化，其角度变量则如上所示。
因此，本发明具有如下有益效果：1、简单、高效地识别数字轮角位置，完成机械读数的电子转换；2、可有效识别因为敏感元件损坏、码盘制作问题等引起的错误编码，不会出现错读和误读，并输出正确的编码组；3、敏感元件排布紧凑，相互不干扰、节省成本。
附图说明
图1为本发明方法的具体操作流程图。
图2为本发明典型四种数字轮码盘图。
图3为本发明典型四种敏感元件分布图。
图4为本发明一套40组编码图。
图中：1、数字轮；1-1、码盘阻段；1-2、码盘通段；2、光敏元件；3、传感节点；4、光引导。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1所示的实施例中，可以看到一种识别数字轮角位置的光电编码方法，其操作流程为：步骤一，对数字轮进行读取，得到对照格雷码编码组；步骤二，对所有数字轮进行实时读取，得到每一个数字轮的初始格雷码编码组；步骤三，判断本次采集的初始格雷码编码组是否有错码；步骤四，若存在错码，则对错码进行纠正，得到正确的格雷码编码组。本发明主要包括格雷码编码实现和错码自我识别并纠正，能够简单、高效地识别数字轮角位置，完成机械读数的电子转换，并能有效识别因为敏感元件损坏、码盘制作问题等引起的错误编码，并对错码进行纠正。
具体表现为：
第一步：对数字轮进行读取，得到对照格雷码编码组
本实施例中，将数字轮均分为40组编码扇区，每4组编码对应一个数字轮的机械数字；在数字轮端面上设置码道，在数字轮圆周上均匀、间隔设置若干传感节点，设置方式可以为在数字轮的每一个数字处设置一个传感节点，共设置10个传感节点；匀速转动数字轮，利用光敏元件读取数字轮40个位置的信号电位，数字轮转动一周，产生40组格雷码，由此得到数字轮初始格雷码编码组。对若干数字轮采取同样的编码方式，得到初始格雷码编码组。
本实施例在数字轮中间设置了两个码道，光线通过码道从数字轮的一侧照射到另一侧，由于码道的存在，使得字轮的端面具有挡光和透光的作用。利用光敏元件，当数字轮转动时，传感节点对应的光敏元件接收到的电流也发生变化，从而输出不同的高低电平，得到对应的格雷码编码。
第二步：对所有数字轮进行实时读表，得到每一个数字轮的初始格雷码编码组
采用第一步中相同的方式得到数字轮的初始格雷码编码组，所述数字轮包括高位数字轮与低位数字轮。
第三步：判断本次采集的初始格雷码编码组是否有错码
判断初始格雷码编码组中，是否所有相邻两组格雷码编码组只有一位二进制数不同以及第一组格雷码与第N组格雷码是否只有一位二进制数不同，若是，则说明当前初始格雷码编码组没有错码，若不是，则说明当前初始格雷码编码组中存在错码。
本发明中，低位数字轮的初位和末位与高位数字轮的初位和末位有同步对应关系，高位数字轮和低位数字轮之间需要考虑进位关系。
若所有相邻两组格雷码编码组只有一位二进制数不同：
判断当前格雷码是第1位组格雷码还是第N位组雷码，若当前格雷码是第N组格雷码，判断该数字轮相邻的高位数字轮的格雷码是不是第1组格雷码，若是，则将当前格雷码纠错为第一组格雷码，若不是，则当前格雷码不纠错；若当前格雷码是第一组格雷码，判断相邻的高位数字轮的格雷码是不是第N组格雷码，若是，则将当前格雷码纠错为第N组格雷码，若不是，则当前格雷码不纠错。
下面继续判断具体的出现故障的编码以及出现故障的传感节点：
方法一：将初始格雷码编码组与对照格雷码编码组进行比对，确定出现错码的具体组以及出现故障的传感节点。
方法二：根据相邻两组格雷码只有一位二进制数不同，确定出现错码的具体组；匀速转动数字轮，检测传感节点的输出电位，若传感节点输出电位一直处于一个状态，则说明传感节点出现故障，该传感节点对应输出的格雷码也出现故障。
第四步：若存在错码，则对错码进行纠正，得到正确的格雷码编码组
若只有单个传感节点故障，则将故障的传感节点的输出的低电平状态“0”改为高电平状态“1”，进行纠错。若同时有多个传感节点故障，则需根据对照格雷码编码组，对错码进行纠正。
本实施例还相应地提供一种识别数字轮角位置的装置，应用于上述识别数字轮角位置的的光电编码方法，如图1所示，包括数字轮1，数字轮码盘上设有码盘通段1-2以及码盘阻段1-1，如图2所示，与码盘通段等直径的同心圆上均匀、间隔分布有10个传感节点3，传感节点与光敏元件2连接，并由光引导4作为与光敏元件连接的光通道。码盘阻段和码盘通段在圆周分布i，j，k可形成四种典型的变量：
a：72°，126°，36°；
b：72°，90°，36°；
c：72°，54°，36°；
d：72°，18°，36°。
下面通过具体的例子进一步说明本方法的方案：
本实施例将数字轮码盘分为40组编码扇区，即N等于4，每四组编码对应一个数字轮的机械数字。光敏元件对于数字轮每一圈转动呈现出40种不同的信号状态，每一信号状态以9°的数字轮的转动角对称地分布。
如图4所示，图中标黑的圆圈表示数字1，空白的圆圈表示数字0，40组编码分别是：
（01）1，1，1，0，0，0，1，0，0，0
（02）0，1，1，0，0，0，1，0，0，0；
（03）0，1，1，0，0，0，1，1，0，0；
（04）0，1，1，0，0，0，0，1，0，0；
（05）0，1，1，1，0，0，0，1，0，0；
（06）0，0，1，1，0，0，0，1，0，0；
（07）0，0，1，1，0，0，0，1，1，0；
（08）0，0，1，1，0，0，0，0，1，0；
（09）0，0，1，1，1，0，0，0，1，0；
（10）0，0，0，1，1，0，0，0，1，0；
（11）0，0，0，1，1，0，0，0，1，1；
（12）0，0，0，1，1，0，0，0，0，1；
（13）0，0，0，1，1，1，0，0，0，1；
（14）0，0，0，0，1，1，0，0，0，1；
（15）1，0，0，0，1，1，0，0，0，1；
（16）1，0，0，0，1，1，0，0，0，0；
（17）1，0，0，0，1，1，1，0，0，0；
（18）1，0，0，0，0，1，1，0，0，0；
（19）1，1，0，0，0，1，1，0，0，0；
（20）0，1，0，0，0，1，1，0，0，0；
（21）0，1，0，0，0，1，1，1，0，0；
（22）0，1，0，0，0，0，1，1，0，0；
（23）0，1，1，0，0，0，1，1，0，0；
（24）0，0，1，0，0，0，1，1，0，0；
（25）0，0，1，0，0，0，1，1，1，0；
（26）0，0，1，0，0，0，0，1，1，0；
（27）0，0，1，1，0，0，0，1，1，0；
（28）0，0，0，1，0，0，0，1，1，0；
（29）0，0，0，1，0，0，0，1，1，1；
（30）0，0，0，1，0，0，0，0，1，1；
（31）0，0，0，1，1，0，0，0，1，1；
（32）0，0，0，0，1，0，0，0，1，1；
（33）1，0，0，0，1，0，0，0，1，1；
（34）1，0，0，0，1，0，0，0，0，1；
（35）1，0，0，0，1，1，0，0，0，1；
（36）1，0，0，0，0，1，0，0，0，1；
（37）1，1，0，0，0，1，0，0，0，1；
（38）1，1，0，0，0，1，0，0，0，0；
（39）1，1，0，0，0，1，1，0，0，0；
（40）1，1，0，0，0，0，1，0，0，0。
以（01）、（02）、（03）和（04）四组编码出错为例，当A传感节点出现故障时，仅由（01）编码变为（02）编码，其余三组编码不改变。
当B传感节点出现故障时，出现：
①1，0，1，0，0，0，1，0，0，0；
②0，0，1，0，0，0，1，0，0，0；
③0，0，1，0，0，0，1，1，0，0；
④0，0，1，0，0，0，0，1，0，0；
四组不属于40组编码库，可分别纠正为（01）、（02）、（03）和（04）编码。
当C传感节点出现故障时，出现（40）编码以及：
②0，1，0，0，0，0，1，0，0，0；
③0，1，0，0，0，0，1，1，0，0；
④0，1，0，0，0，0，0，1，0，0；
三组不属于40组编码库，（40）编码与（01）编码相邻，本身属于数字轮进位阶段，需要综合判断，三组非正常编码可分别纠正为（02）、（03）和（04）编码。
当G传感节点出现故障时，出现：
①1，1，1，0，0，0，0，0，0，0；
①0，1，1，0，0，0，0，0，0，0；
③0，1，1，0，0，0，0，1，0，0；
三组不属于40组编码库，可分别纠正为（01）、（02）和（03）编码。
综合以上，都可以识别数字轮角位置，其他传感节点故障类同。从而实现错码自我识别并纠正。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (5)
1.一种识别数字轮角位置的光电编码方法，其特征在于，它包括下列步骤：
S1：对数字轮进行读取，得到对照格雷码编码组；
具体步骤为：
S1.1：将数字轮均分为N组编码扇区，每（N/10）组编码对应一个数字轮的机械数字；
S1.2：在数字轮端面上设置码道，在数字轮圆周上均匀、间隔设置若干传感节点；
S1.3：匀速转动数字轮，利用光敏元件读取数字轮N个位置的信号电位，数字轮转动一周，产生N组格雷码，由此得到数字轮对照格雷码编码组；
S2：对所有数字轮进行实时读取，得到每一个数字轮的初始格雷码编码组；
S3：判断本次采集的初始格雷码编码组是否有错码；
所述步骤S3包括：
判断初始格雷码编码组中，是否所有相邻两组格雷码编码组只有一位二进制数不同以及第一组格雷码与第N组格雷码是否只有一位二进制数不同，若是，则说明当前初始格雷码编码组没有错码，若不是，则说明当前初始格雷码编码组中存在错码；
若所有相邻两组格雷码编码组只有一位二进制数不同，确定出现错码的具体组：匀速转动数字轮，检测光敏元件的输出电位，若光敏元件输出电位一直处于一个状态，则说明光敏元件出现故障，该光敏元件对应输出的格雷码也出现故障；
若所有相邻两组格雷码编码组只有一位二进制数不同：判断当前格雷码是第1组格雷码还是第N组雷码，若当前格雷码是第N组格雷码，判断该数字轮相邻的高位数字轮的格雷码是不是第1组格雷码，若是，则将当前格雷码纠错为第一组格雷码，若不是，则当前格雷码不纠错；若当前格雷码是第一组格雷码，判断相邻的高位数字轮的格雷码是不是第N组格雷码，若是，则将当前格雷码纠错为第N组格雷码，若不是，则当前格雷码不纠错；
S4：若存在错码，则对错码进行纠正，得到正确的格雷码编码组：若只有单个光敏元件故障，则将故障的光敏元件的输出的低电平状态“0”改为高电平状态“1”，进行纠错；若同时有多个光敏元件故障，则需根据对照格雷码编码组，对错码进行纠正。
2.根据权利要求1所述的一种识别数字轮角位置的光电编码方法，其特征在于，所述的步骤S3还包括：
将初始格雷码编码组与对照格雷码编码组进行比对，确定出现错码的具体组以及出现故障的传感节点。
3.一种识别数字轮角位置的装置，应用于权利要求1-2任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，包括数字轮码盘以及与数字轮码盘连接的光敏元件，所述数字轮码盘上设有码盘通段以及码盘阻段。
4.根据权利要求3所述的一种识别数字轮角位置的装置，其特征在于，还包括传感节点，所述传感节点均匀分布在与码盘通段等直径的同心圆上，所述传感节点通过光引导连接有光敏元件。
5.根据权利要求3或4所述的一种识别数字轮角位置的装置，其特征在于，所述的码盘阻段和码盘通段在圆周分布可形成四种变量：
a：72°，126°，36°；
b：72°，90°，36°；
c：72°，54°，36°；
d：72°，18°，36°。
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