CN204202625U - 电子多圈绝对值编码器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种传感器，具体说是一种电子多圈绝对值编码器。该编码器包括由光电单圈编码器或磁电单圈编码器构成的编码器主体，设置在编码器主体内的处理电路组件，其特征在于：所述处理电路组件包括为整个电路供电的电源输入，与所述电源输入相连的断电存储电路，与所述断电存储电路相连的单片机处理器以及与所述单片机处理器相连的单圈编码器数据输入和接口电路。本实用新型结构简单合理，无复杂机械传动机构，体积小无过多器件，生产工序简单，成本低，使用方便、安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种传感器，具体说是一种电子多圈绝对值编码器。
背景技术
编码器Encoder为传感器(Sensor)类的一种，主要应用于机床、电梯、伺服电机配套、纺织机械、包装机械、印刷机械、起重机械等行业。 目前位置传感器一般釆用旋转变压器、光电编码器、磁编码器等元件。旋转变压器输出两相正交波形，能输出转子的绝对位置，但其解码电路复杂，价格昂贵。磁编码器依靠磁极变化检测位置，目前其分辨率较低。光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器， 光电编码器既可检测角度位移，又可在机械转换装置帮助下检测直线位移，根据其刻度方法及信号输出形式可分为增量型编码器和绝对型编码器，较其它检测元件有直接输出数字量信号，惯量低，低噪声，高精度，高分辨率，制作简便，成本低等优点。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小；绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。 单圈绝对式光电编码器是从转动中测量光栅盘各道刻线，以获取唯一的编码。但当转动超过360度时，编码又回到原点，这样就不符合绝对编码唯一的原则，这样的编码只能用于旋转范围360度以内的测量，这就应求需要产生了多圈编码器。
现在市场上通用的多圈编码器有机械多圈编码器和电子多圈编码器。运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码方式，称为机械多圈绝对值编码器。另一种通过电池维持供电，保证产品断电后编码器正常记忆圈数的编码方式为电子多圈绝对值编码器。多圈编码器的优点是由于测量范围大，实际使用往往富裕较多，这样在安装时不必要费劲找零点，将某一中间位置作为起始点就可以了，从而大大简化了安装调试难度。多圈绝对值编码器在长度定位方面的优势明显，已经越来越多地应用于工控定位中。但机械多圈编码器内部齿轮结构复杂，加工精密度要求高，体积大，生产工序多，周期长，成本较高。且由于运动物体通过减速齿轮后，来回程有齿轮间隙误差，使机械多圈绝对值编码器的精度在双向测量应用中不及电子多圈编码器。用电池作为断电后的备用供电设备，是在断电后为编码器供电使其能继续正常工作，长期使用会使电池电量消耗很大，需定期更换电池。且设备停电后即不工作，编码器只需保存当前位置，在下一次设备开机使用时正确调用即可，无需电池在设备不工作期间继续给编码器供电。
发明内容
本实用新型的目的是要提供一种结构简单合理，无复杂机械传动机构，体积小无过多器件，生产工序简单，成本低，使用方便、安全的电子多圈绝对值编码器。
本实用新型的目的是这样实现的，该编码器包括由光电单圈编码器或磁电单圈编码器构成的编码器主体，设置在编码器主体内的处理电路组件，其特征在于：所述处理电路组件包括为整个电路供电的电源输入，与所述电源输入相连的断电存储电路，与所述断电存储电路相连的单片机处理器以及与所述单片机处理器相连的单圈编码器数据输入和接口电路。
所述断电存储电路4包括：
①、为5V电源滤波由电容C1和C2组成或为3.3V滤波由电容C4构成的滤波电路；
②、使电源5V降为3.3V为单片机处理器5供电的由两个二极管D1和D2组成的降压电路；
③、用以判断编码器当前供电状况的由电阻CS和电阻CX分压组成的电压检测电路；
④、用以在编码器断电过程中利用大容量电容C3的缓慢放电功能为单片机处理器5提供短暂稳压供电的储能电路；
⑤、为单片机处理器5在断电时提供中断源来存储当前圈数的由一个NPN型三极管Q1、电阻XL、电阻DL、电阻DS和电阻DX组成的中断源电路。
所述NPN型三极管Q1集电极接3.3V、发射极串联电阻XL到GND、基极接电阻DL到3.5V，所述3.5V电压是由电阻DS和电阻DX组成的分压电路获取的。
所述电源输入VCC为5V电压，钽电容C1与电容C2并联接于VCC和GND之间，为VCC滤波；VCC串联二极管D1串联二极管D2到三极管Q1的集电极，使电压达到3.3V做为单片机供电电源；接C4于3.3V和GND之间，为3.3V滤波；接C3于3.3V和GND之间与C4并联，作为储能元件。CS串联CX于VCC和GND之间分压，DY作为电压检测电路。电阻DL一端串接在电阻DS和电阻DX串联分压点3.5V，另一端接于三极管Q1的基极。三极管Q1的发射极CF串联电阻XL到GND。
本实用新型具有以下优点和积极效果:
1、本实用新型使用处理器内部存储器对圈数做存储，其存储范围广，且不占用任何产品实际空间，解决了传统机械多圈编码器多级齿轮使用的体积大、结构复杂，但编码圈数却有限的弊端（编码圈数越多齿轮级数越多）。
2、本实用新型使用简单的电路处理方式使无论是光电单圈编码器还是磁电单圈编码器都可以在不对原编码器进行复杂修改的基础上实现多圈编码，使其可广泛应用。
3、本实用新型因为电容的充放电性能使其可以长期使用，无需定期更换，减少了产品的保修成本。
4、本实用新型结构紧凑，体积小，大幅度降低了原材料成本，同时节省用户使用空间，也解决了在安装调试过程中的复杂性，节约成本提高效率。
5、本实用新型可保证在断电后编码器单圈位置转动±120°范围内数据正常。
6、本实用新型可保证光电编码器在上电或断电瞬间所读位置信号正常，不会出现上电或断电瞬间编码器数据错误的现象。
附图说明
图1为本实用新型整体结构示意图；
图2为本实用新型处理电路组件的电路原理框图；
图3为本实用新型图2中断电存储电路的一个具体实施例的电路原理图；
图4为本实用新型基于图2和图3的一个具体实施例的程序流程图。
具体实施方式
由附图1、2所示：该电子多圈绝对值编码器包括由光电单圈编码器或磁电单圈编码器构成的编码器主体1，设置在编码器主体1内的处理电路组件2，其特征在于：所述处理电路组件2包括为整个电路供电的电源输入3，与所述电源输入3相连的断电存储电路4，与所述断电存储电路4相连的单片机处理器5以及与所述单片机处理器5相连的单圈编码器数据输入接口6和输出接口电路7。
由附图3所示，所述断电存储电路4包括：
①、为5V电源滤波由电容C1和C2组成或为3.3V滤波由电容C4构成的滤波电路；
②、使电源5V降为3.3V为单片机处理器5供电的由两个二极管D1和D2组成的降压电路；
③、用以判断编码器当前供电状况的由电阻CS和电阻CX分压组成的电压检测电路；
④、用以在编码器断电过程中利用大容量电容C3的缓慢放电功能为单片机处理器5提供短暂稳压供电的储能电路；
⑤、为单片机处理器5在断电时提供中断源来存储当前圈数的由一个NPN型三极管Q1、电阻XL、电阻DL、电阻DS和电阻DX组成的中断源电路。
所述NPN型三极管Q1集电极接3.3V、发射极串联电阻XL到GND、基极接电阻DL到3.5V，所述3.5V电压是由电阻DS和电阻DX组成的分压电路获取的。
所述电源输入VCC为5V电压，钽电容C1与电容C2并联接于VCC和GND之间，为VCC滤波；VCC串联二极管D1串联二极管D2到三极管Q1的集电极，使电压达到3.3V做为单片机供电电源；接C4于3.3V和GND之间，为3.3V滤波；接C3于3.3V和GND之间与C4并联，作为储能元件。CS串联CX于VCC和GND之间分压，DY作为电压检测电路。电阻DL一端串接在电阻DS和电阻DX串联分压点3.5V，另一端接于三极管Q1的基极。三极管Q1的发射极CF串联电阻XL到GND。
处理电路结合程序控制实现多圈计数和断电保存数据的功能。
具体实施流程如图4所示：
1）、编码器上电读取单片机中储存的上一次断电所保存的圈数数据qq和单圈数据GAO，并将上电标志位Bz置1。
2)、检测CF是否下降沿。在断电过程中，电压下降三极管Q1发射极会由高电平转为低电平，CF为下降沿，电容C3缓慢放电为单片机工作提供短暂电源，单片机外部中断由CF下降沿触发，保存当前多圈圈数数据和单圈数据。
3）、检测编码器是否稳定供电。DY由电阻分压VCC得来，在上电或断电过程中DY<2.2V，单片机不做处理也不发数据，若电压一直不能达到大于2.2V则要重新上电。
4）、当电压稳定DY>2.2V，单片机处理器采集当前单圈数据，判断上电标志位，若上电标志位Bz=1，将Bz置为0，将当前单圈数据与断电时保存的单圈数据做比较。若断电时数据大于240°，当前数据小于120°，说明编码器在断电期间递增方向旋转过0，如图4中所述状态判断A多圈圈数qq+1，若断电时数据小于120°，当前数据大于240°，说明编码器在断电期间递减方向旋转过0，如图4中所述状态判断B多圈圈数qq-1。若断电期间编码器旋转超过±120°，则数据会出错。
5)、电压稳定供电，且上电标志位Bz=0，单片机处理器循环采集当前单圈数据，判断单圈数据是否在编码器旋转过程中过0。若前一次采集的数据大于270°，当前数据小于90°，说明编码器在递增方向旋转过0，如图4中所述状态判断D多圈圈数qq+1，若前一次采集的数据小于90°，当前数据大于270°，说明编码器在递减方向旋转过0，如图4中所述状态判断C多圈圈数qq-1。若编码器递增方向旋转圈数或递减方向旋转圈数大于产品要求最大圈数n，将多圈圈数数据qq=n。
6)、电压稳定供电，单片机循环采集当前单圈编码器数据或上位机发出采集命令或采集脉冲信号时采集当前单圈编码器数据，单圈数据不过0，或单圈数据过0且按状态判断C、D获得多圈圈数数据，将多圈圈数数据与当前单圈数据组合为多圈数据输出。例如：单圈12位编码器，多圈数据=（qq*4096）+当前单圈数据。
Claims (4)
1.一种电子多圈绝对值编码器，包括由光电单圈编码器或磁电单圈编码器构成的编码器主体（1），设置在编码器主体（1）内的处理电路组件（2），其特征在于：所述处理电路组件（2）包括为整个电路供电的电源输入（3），与所述电源输入（3）相连的断电存储电路（4），与所述断电存储电路（4）相连的单片机处理器（5）以及与所述单片机处理器（5）相连的单圈编码器数据输入接口（6）和输出接口电路（7）。
2.根据权利要求1所述的一种电子多圈绝对值编码器，其特征在于：所述断电存储电路（4）包括：
①、为5V电源滤波由电容C1和C2组成或为3.3V滤波由电容C4构成的滤波电路；
②、使电源5V降为3.3V为单片机处理器（5）供电的由两个二极管D1和D2组成的降压电路；
③、用以判断编码器当前供电状况的由电阻CS和电阻CX分压组成的电压检测电路；
④、用以在编码器断电过程中利用大容量电容C3的缓慢放电功能为单片机处理器（5）提供短暂稳压供电的储能电路；
⑤、为单片机处理器（5）在断电时提供中断源来存储当前圈数的由一个NPN型三极管Q1、电阻XL、电阻DL、电阻DS和电阻DX组成的中断源电路。
3.根据权利要求2所述的一种电子多圈绝对值编码器，其特征在于：所述NPN型三极管Q1集电极接3.3V、发射极串联电阻XL到GND、基极接电阻DL到3.5V，所述3.5V电压是由电阻DS和电阻DX组成的分压电路获取的。
4.根据权利要求2所述的一种电子多圈绝对值编码器，其特征在于：所述电源输入VCC为5V电压，钽电容C1与电容C2并联接于VCC和GND之间，为VCC滤波；VCC串联二极管D1串联二极管D2到三极管Q1的集电极，使电压达到3.3V做为单片机供电电源；接C4于3.3V和GND之间，为3.3V滤波；接C3于3.3V和GND之间与C4并联，作为储能元件，CS串联CX于VCC和GND之间分压，DY作为电压检测电路，电阻DL一端串接在电阻DS和电阻DX串联分压点3.5V，另一端接于三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极CF串联电阻XL到GND。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: Electronic multi-turn absolute encoder Effective date of registration: 20150729 Granted publication date: 20150311 Pledgee: Bank of Communications Ltd Jilin branch Pledgor: Changchun Rongde Optics Co., Ltd. Registration number: 2015220000002 |
|
| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150311 Termination date: 20191127 |