CN115437987A - 编码器通信转发方法及装置、存储介质、贴片机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信传输领域，具体公开了一种编码器通信转发方法及装置、存储介质、贴片机，所述方法包括以下步骤：将链路中的编码器分为若干组，每组至少包含两个编码器；每组编码器的信息分别发送至对应的编码器接收板并由编码器接收板重新编码；编码器接收板按编码顺序将该组编码器的信息发送至编码器发送板，编码器发送板将接收到的数据流进行解析后，再发送至对应的驱动器。该方案通过转接板（包括编码器接收板和编码器发送板）将所述多个编码器分组，并将每组编码器信息分别转发至驱动器，有效避免了拖链内的线缆数量多的问题，降低了整机装配的难度和线缆之间的电磁干扰。

Description

编码器通信转发方法及装置、存储介质、贴片机

技术领域

本发明涉及通信传输领域，具体地涉及一种编码器通信转发方法及装置、存储介质、贴片机。

背景技术

贴装头是贴片机的主要运动工作部件，负责控制电机高速运动进行元器件贴装，贴装头内有电机驱动器板与贴装头控制板和电机编码器进行通信，接收电机位置信息。贴装头模块与外部通信的线缆较多，为了保护线缆在高速运动时不会受到破坏，采用了拖链的方式来保护贴装头模块与其他模块之间的线缆。

拖链又称为坦克链，适用于使用在复合运动场合，能够对内置的电缆、油管、气管、水管等起到收纳、牵引、保护作用，拖链的每节都能打开，便于安装和维护，运动时噪音低，耐磨，可高速运动。

为了提高贴片机性能，贴片机贴装头模块内的电机的数量增加，拖链内线缆的数量也随之变多，这也为贴装头模块的结构设计增加了难度。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种编码器通信转发方法及装置、存储介质、贴片机，能够减少线缆数量，使拖链内走线更加整洁，也便于接线和装配。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种编码器通信转发方法，包括以下步骤：

将链路中的编码器分为若干组，每组至少包含两个编码器；

每组编码器的信息分别发送至对应的编码器接收板并由编码器接收板重新编码；

编码器接收板按编码顺序将该组编码器的信息发送至编码器发送板，

编码器发送板将接收到的数据流进行解析后，再发送至对应的驱动器。

本发明第二方面提供了一种编码器通信转发装置，所述装置包括

多个编码器，用于获取位置信息；

驱动器，用于接收位置信息；

若干个转接板，用于将所述多个编码器分组，并将每组编码器信息分别转发至驱动器，每组包含至少两个编码器，每个转接板对应一组编码器，每组编码器包含至少两个。

本发明第三方面提供了一种可读存储介质，其上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述编码器通信转发方法的步骤。

本发明第四方面提供了一种贴片机，包括上述编码器通信转发装置，其中，所述多个编码器分别用于获取Z轴、R轴和CA轴的位置信息。

通过上述技术方案，转接板（包括编码器接收板和编码器发送板）将所述多个编码器分组，并将每组编码器信息分别转发至驱动器，有效避免了拖链内的线缆数量多的问题，降低了整机装配的难度和线缆之间的电磁干扰。

附图说明

图1是贴片机设备拖链示意图；

图2是不采用转接板拖链内走线示意图；

图3是采用转接板拖链内走线示意图；

图4是本发明的编码器通信转发示意图；

图5是本发明实施例的编码器接收板和编码器发送板之间信息转发流程示意图；

图6是本发明实施例的编码器到PS端的485通信链路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

贴片机设备拖链示意图如图1所示，图中“1口”和“2口”表示拖链视角方向。为了减少贴片机拖链内的线缆数量，将多个驱动器的485通信通过转接板（包括编码器接收板和编码器发送板）转发，基于此，本发明第一方面提供一种编码器通信转发装置，如图4所示，所述装置包括

多个编码器，用于获取位置信息；

驱动器，用于接收位置信息；

若干个转接板，用于将所述多个编码器分组，并将每组编码器信息分别转发至驱动器，每组包含至少两个编码器，每个转接板对应一组编码器，每组编码器包含至少两个；其中，所述转接板包括编码器接收板和编码器发送板；所述编码器接收板分别与编码器发送板和编码器通信连接，用于接收来自编码器的信息并将编码器重新编码，按编码顺序将该组编码器的信息发送至编码器发送板；所述编码器发送板与驱动器通信连接，将接收到的数据流进行解析后，再发送至对应的驱动器。

编码器接收板负责接收多路电机的编码器通信，并将编码器信息通过一路485总线上传到编码器发送板，编码器发送板将编码器信息进行解码，重新组合成多路编码器信息并发送到各电机驱动器板。

进一步优选地，所述驱动器内设有计数器，所述计数器设计为驱动器上电即开始运行，以驱动器初始化完成后的第一次编码器接收板至编码器发送板通信完成作为同步标志，对计数器进行复位和/或校正。

由图2可知，采用本发明编码器通信转发装置之前，拖链内的线缆有13根。如图3所示，采用本发明编码器通信转发装置之后，即采用转接板后，拖链内的线缆减少了11号和12号两根，并且有空间做进一步的分隔，使拖链内走线更加整洁，也便于接线和装配；此外各组线缆之间更大的间隔也可以减小线缆之间的相互干扰。图2和图3中数字表示线缆的编号，“1口视图移动端”和“2口视图固定端”分别对应图1中的“1口”和“2口”视角。

该方案利用转接板的方式，将多路编码器通信合并为一路，从而减少了贴装头拖链内的走线数量，降低了拖链内部线缆布局和安装的难度。

本发明第二方面提供一种编码器通信转发方法，该方法基于上述编码器通信转发装置，包括以下步骤：

S1、将链路中的编码器分为若干组，每组至少包含两个编码器；

S2、每组编码器的信息分别发送至对应的编码器接收板并由编码器接收板重新编码；

S3、编码器接收板按编码顺序将该组编码器的信息发送至编码器发送板，

S4、编码器发送板将接收到的数据流进行解析后，再发送至对应的驱动器，所述编码器与编码器接收板之间的通信、所述编码器接收板与编码器发送板之间的通信和所述编码器发送板与驱动器之间的通信均采用485通信。

将多个驱动器的485通信通过编码器转接板（包括编码器接收板和编码器发送板）转发。编码器接收板负责接收多路编码器485通信，并进行重新编码，通过一路485接口由编码器接收板发送至编码器发送板，通信信息由编码器发送板负责接收和解码，最后再发送到各电机驱动器板卡，从而达到减少拖链内线缆数量的目的，降低整机装配的难度和线缆之间的电磁干扰。因此，编码器接收板负责向电机发送查询命令，电机在收到查询命令后会将编码器信息上传，编码器接收板不解析编码器信息，直接将收到的数据打包上传，编码器发送板也采用相同的方式，实时将编码器通信内容上传，解析工作最后在电机驱动器FPGA内部完成。

然而这种设计也引入了新的问题，即采用完整的带有循环冗余校验码校验的485总线传输，会导致编码器通信的延迟增加（延迟增大到原来的两倍甚至更多），此延迟会导致电机位置信息晃动，电流环计算误差变大，反映到电机运动上即电机运动时有抖动现象。

进一步优选地，为了克服上述编码器通信转发方法引起的通信延迟问题，步骤S3中，所述编码器接收板按编码顺序将该组编码器的信息发送至编码器发送板包括以下过程：

编码器接收板首先查询第一个编码器的信息，在第一个编码器信息返回n-1/n帧时，同步开启编码器接收板上传第一个编码器信息，使得在第一个编码器信息返回至编码器接收板时，该信息帧可同时由上传到编码器发送板；

在第一个编码器信息返回1/n帧时，编码器接收板控制第二个编码器的信息开始返回，使得第二个编码器信息返回n-1/n帧时，第一个编码器信息已上传到编码器发送板，依次类推，直至所述该组编码器的信息发送完成；

其中，n为编码器接收板上传频率比编码器返回频率的值。

示例性地，在贴片机系统中使用编码器接收板与编码器发送板，两者硬件设计完全一致，FPGA代码不同。编码器接收板用于连接13路编码器（包括Z轴10个，R轴2个,CA轴1个），编码器接收板控制电机编码器初始化并查询位置信息和温度信息；同时编码器接收板按照两个编码器为一组的分组方式（其中有一组为三个编码器，本实施例仅介绍两个为一组的通信方法）将多路编码器信息通过一路高速的RS485通信发送到编码器发送板。编码器发送板对接收到的数据流进行解析，按照分组情况将编码器信息分发给相应的驱动器。

在编码器接收板至编码器发送板的通信流程中，由编码器接收板控制对应分组内各编码器位置信息查询的时机和顺序，其中，各编码器信息数据返回至编码器接收板的频率最大为2.5MHz，编码器接收板至编码器发送板上传信息的最大频率为10MHz。如图5所示，以分路1中Z1、Z2轴为例：首先查询Z1的位置信息，在Z1对应编码器数据返回至编码器接收板约3/4帧时，同步开启编码器接收板的Z1信息向由编码器发送板上传，在Z1编码器向编码器接收板上传完信息时，该信息帧可同时由编码器接收板上传到编码器发送板；在Z1编码器数据返回约1/4帧时，控制Z2编码器开始返回位置信息帧，待Z2编码器数据返回3/4帧时，Z1的信息已上传到编码器发送板，此时开始上传Z2的信息；在每个编码器信息上传完成后，上传该轴编码器的状态信息，包括初始化状态和错误信息。

由于运动计算需要，电机驱动器板采用固定频率读取编码器信息并进行计算，编码器发送板也采用相同频率将编码器位置信息进行上传。由于编码器发送板上采用的晶振与电机驱动器板是有差异的，这个误差累积起来会导致编码器位置信息到达驱动器板时间的不确定，从而导致采集到的数据延迟不固定，运动计算结果出现偏差。

进一步优选地，为了克服上述编码器通信延迟的不确定性问题，确保驱动器端读到的位置信息是最新的，进一步降低本发明编码器通信转发方法的延时，在所述驱动器内设置计数器，所述计数器设计为驱动器上电即开始运行，以驱动器初始化完成后的第一次编码器接收板至编码器发送板通信完成作为同步标志，对计数器进行复位；每次所述通信完成标志位到来时，检测此时的编码器计数，如果编码器计数计数器数值大于阈值上限，或小于阈值下限，优选大于40或小于2992，则进行一次计数器校正，并将计数置为0。

示例性地，消除由于编码器转接板和驱动器板晶振的差异引入的不确定延迟，PL端收到来自编码器驱动板的编码器数据后，即把编码器数据写入到BRAM中，同时产生中断，中断通过EMIO传输到PS端，PS端收到中断后，读取BRAM，这样保证了PS端每次读到的数据都是最新的。同时为了保证在不连电机时，仍有中断产生（PS还会从BRAM中读取ADC数据等），还需有内部计数器，当没有连接电机时，使用内部逻辑产生中断，当连接电机时，中断产生与编码器数据到达时间同步。此外，由于PS端运动计算需求，中断的频率应是固定的。

首先在PL端内部计数器：为了产生频率固定的中断，PL端设计了内部计数器。在上电初始化完成之前或者没有连接编码器时，PS端同样需要中断来读取BRAM，所以计数器设计为驱动器上电即开始运行，计数器的时钟频率为120MHz，每10000个时钟周期会清零，计数器循环一次的周期为83.33μs,每循环一周期发送一次中断，如图6所示。

随后使计数器同步：为了使PS端读取编码器位置信息的延迟确定，并可以调整至能达到最小值，需要中断产生与编码器发送板发送数据的延迟固定，为此需要对计数器进行同步。以初始化完成后的第一次485通信完成作为计数器同步标志，对计数counter进行复位。

最后计数器校正：如图6所示，485通信的时间是固定的，发送端到接收端转换时可能会出现一两个周期的晃动，但对于数据接收没有影响，接收端大约有2μs的裕量。此外晶振的标称频率与实际频率也可能会有差异，驱动器和编码器转接板所用的晶振稳定度为±25PPM，为此必须对计数器进行校正使二者的通信延迟保持稳定。晶振的偏移是一个累积量，不会突然变化，每传输周期的偏移量最大为83.325μs×25×10^-6 ≈ 2083fs =2.083ns，根据前文所述，编码器数据到达与PS端读取BRAM之间有2μs的间隔，所以计数器校正偏差设置为1μs，每次485通信开始标志位到来时，都会检测此时的编码器计数，如果编码器计数大于40或小于2992，则进行一次计数器校正，将counter置为0。预计最少500次通信会进行一次计数器校正。这个变化从运动计算的角度来看是可以接受的。

图6中，由左至右中，第一个方形表示PS端读取BRAM的时间，第二个方形表示编码器接收板发送读编码器指令时间，第三个方形表示编码器转接板同步上传位置信息开始的时间，第四个方形表示数据到达编码器接收板的时间，第五个方形表示编码器转接板同步上传位置信息结束的时间，第六个方形表示PS端更新BRAM的时间，第七个方形表示PS端读取BRAM的时间，第四个方形与第五个方形之间为2μs,为编码器转接板引入的延迟，第五个方形与第六个方形之间为1μs,为数据到达PL端到PL端更新数据的时间间隔，第六个方形与第七个方形之间为2μs，为PS端更新BRAM到PS端读取BRAM数据的时间间隔，为数据到达不确定性保留的裕量。有图6可知，采用上述方案，可以将编码器通信的延迟降低到50μs左右，而采用完整的两次485转发则需要100μs以上，此外采用了与编码器数据到达时间关联的中断产生方案，也保证了PS端读取的位置信息的实时性。

针对采用转接板引入的通信延迟增加问题，本发明采用了一种低延迟的通信转发方法，保证了编码器数据的实时性和运动计算结果的准确性。

本发明第三方面提供一种可读存储介质，其上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述编码器通信转发方法的步骤。

本发明第四方面提供一种贴片机，包括上述编码器通信转发装置，其中，所述多个编码器分别用于获取Z轴、R轴和CA轴的位置信息。

综上所述，本发明技术方案通过转接板（包括编码器接收板和编码器发送板）将所述多个编码器分组，并将每组编码器信息分别转发至驱动器，有效避免了拖链内的线缆数量问题，降低了整机装配的难度和线缆之间的电磁干扰；通过转接板的实时通信转发方法，有效解决了编码器通信延迟较大以及编码器通信延迟的不确定性问题，实现了在采用转接板的情况下降低编码器通信的延迟，以及确保驱动器端读到的位置信息是最新的。本发明降低线缆数量多导致整机装配的难度和线缆之间的电磁干扰问题的同时，还实现了降低编码器通信延迟的目的。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种编码器通信转发方法，其特征在于，包括以下步骤：

将链路中的编码器分为若干组，每组至少包含两个编码器；

每组编码器的信息分别发送至对应的编码器接收板并由编码器接收板重新编码；

编码器接收板按编码顺序将该组编码器的信息发送至编码器发送板，

编码器发送板将接收到的数据流进行解析后，再发送至对应的驱动器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述编码器接收板按编码顺序将该组编码器的信息发送至编码器发送板包括以下过程：

编码器接收板首先查询第一个编码器的信息，在第一个编码器信息返回n-1/n帧时，同步开启编码器接收板上传第一个编码器信息，使得在第一个编码器信息返回至编码器接收板时，该信息帧可同时上传到编码器发送板；

在第一个编码器信息返回1/n帧时，编码器接收板控制第二个编码器的信息开始返回，使得第二个编码器信息返回n-1/n帧时，第一个编码器信息已上传到编码器发送板，依次类推，直至所述该组编码器的信息发送完成；

其中，n为编码器接收板上传频率比编码器返回频率的值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在每个编码器信息上传完成后，上传该编码器的状态信息，包括初始化状态和错误信息。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述驱动器内设置计数器，所述计数器设计为驱动器上电即开始运行，以驱动器初始化完成后的第一次编码器接收板至编码器发送板通信完成作为同步标志，对计数器进行复位。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，每次所述通信完成标志位到来时，检测此时的编码器计数，如果编码器计数大于阈值上限或小于阈值下限，则进行一次计数器校正，并将计数置为0。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述编码器与编码器接收板之间的通信、所述编码器接收板与编码器发送板之间的通信和所述编码器发送板与驱动器之间的通信均采用485通信。

7.一种编码器通信转发装置，其特征在于，所述装置包括

多个编码器，用于获取位置信息；

驱动器，用于接收位置信息；

若干个转接板，用于将所述多个编码器分组，并将每组编码器信息分别转发至驱动器，每组包含至少两个编码器，每个转接板对应一组编码器，每组编码器包含至少两个。

8.根据权利要求7所述的装置，其特在于，所述转接板包括编码器接收板和编码器发送板；

所述编码器接收板分别与编码器发送板和编码器通信连接，用于接收来自编码器的信息并将编码器重新编码，按编码顺序将该组编码器的信息发送至编码器发送板；

所述编码器发送板与驱动器通信连接，将接收到的数据流进行解析后，再发送至对应的驱动器。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特在于，所述驱动器内设有计数器，所述计数器设计为驱动器上电即开始运行，以驱动器初始化完成后的第一次编码器接收板至编码器发送板通信完成作为同步标志，对计数器进行复位和/或校正。

10.一种可读存储介质，其特征在于，其上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-6中任意一项所述的方法的步骤。

11.一种贴片机，其特征在于，包括如权利要求7-9中任意一项所述的装置，其中，所述多个编码器分别用于获取Z轴、R轴和CA轴的位置信息。

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