CN2651703Y

CN2651703Y - 用于闸位测量的智能化多圈绝对型旋转编码器

Info

Publication number: CN2651703Y
Application number: CNU032773498U
Authority: CN
Inventors: 王惠平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2013-07-30

Abstract

本实用新型公开了一种用于闸位测量的智能化多圈绝对型旋转编码器其特征是：有一个测量360度圈内位置的第一单圈绝对型旋转编码器，第一单圈绝对型旋转编码器经变速机构带动一个测量圈数的第二单圈绝对型旋转编码器，第一、第二单圈绝对型旋转编码器均与一个微处理器相连接，微处理器输出控制信号。其有益效果为：结构简单合理，设计新颖巧妙，智能化廉价，精度高，工作可靠，实用性强，特别适合我国水利水电防汛泄洪、节水灌溉的闸门自动化控制，行业有利于尽快实现水利现代化。

Description

用于闸位测量的智能化多圈绝对型旋转编码器

所属技术领域：

本实用新型涉及电子控制技术，还涉及电子编码装置，是一种用于闸位测量的多圈绝对型旋转编码装置。

背景技术：

随着水利信息化建设的不断深入，闸门自动化监控系统在水利工程设施的现代化建设中占有重要的部分，其中闸位(闸门开度)的精确测量往往是整个系统建设的关键所在。闸位测量一般通过机械装置将闸门的直线运动转换为旋转运动来带动旋转编码器，旋转编码器输出对应闸门位置的数字编码信号。旋转编码器有增量型和绝对型之分，而绝对型又分单圈和多圈式两种。多圈绝对型旋转编码器以其独特的性能，具有断电记忆功能，即使在系统断电后，闸门因某种原因发生位移，上电时也能准确检测到闸门的位置、同时它还具有精度高、工作可靠等优点。但是，多圈绝对型旋转编码器价格昂贵，且多为国外进口产品，一般在国内的大中型重点水利工程中使用较多。而国内大部分中小地方水利工程，因价格的问题而无法采用。这大大有碍于我国水利现代化的发展。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种智能化，廉价，精度高，工作可靠，实用性强，特别适合我国水利水电防汛泄洪、节水灌溉的闸门自动化控制的用于闸位测量的智能化多圈绝对型旋转编码器。

本实用新型的技术解决方案是：一种用于闸位测量的智能化多圈绝对型旋转编码器，其特征是：有一个测量360度圈内位置的第一单圈绝对型旋转编码器，第一单圈绝对型旋转编码器经变速机构带动一个测量圈数的第二单圈绝对型旋转编码器，第一、第二单圈绝对型旋转编码器均与一个微处理器相连接，微处理器输出控制信号。

本实用新型中所述的变速机构为64∶1的机械变速机构。第一、第二单圈绝对型旋转编码器分别经译码器与微处理器相连接。微处理器输出控制信号有供输出至闸门开度控制设备的同步串行信号。微处理器输出控制信号还可有总线输出信号。微处理器输出控制信号还可有16位并行数据信号，及正负符号信号。微处理器有RS485通讯接口。

本实用新型的有益效果为：结构简单合理，设计新颖巧妙，智能化廉价，精度高，工作可靠，实用性强，利用廉价的单圈绝对型旋转编码器实现多圈功能来满足国内广大市场的需求。特别适合我国水利水电防汛泄洪、节水灌溉的闸门自动化控制，有利于尽快实现水利现代化。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明：

附图说明：

附图为本实用新型的一种用于闸位测量的智能化多圈绝对型旋转编码器的电路图。

具体实施方式：

附图描述了本实用新型的一个实施例，图中有：微处理器T1(AT90S2313)、集成电路T2(IMP809L/KIA7045)、T3F(CD40106)、T4(MAX485)、T5(CD4014373)、T6(CD4014373)、T7(MC14094B)、T8(MC14094B)、T9(UN2803)、T10(UN2803)、光耦GD1、晶振X1、三极管G1、G2、二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、八位单圈绝对型旋转编码器(C6CP-AG5C)CZ-1-1、CZ-1-2、电阻R1、R2、R5、R6、R7、R8、R10、R11、R12、R15、R16、RJ1、RJ2、RT1、RT2、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、瞬态抑制二极管可控硅TVS1、TVS2、按钮复位开关RES、开关CL、稳压电路U1等。

在该例中，有一个测量360度圈内位置的第一单圈绝对型旋转编码器，第一单圈绝对型旋转编码器经变速机构带动一个测量圈数的第二单圈绝对型旋转编码器，第一、第二单圈绝对型旋转编码器均与一个微处理器相连接，微处理器输出控制信号。所述的变速机构为64∶1的机械变速机构。第一、第二单圈绝对型旋转编码器分别经译码器与微处理器相连接。微处理器输出控制信号有供输出至闸门开度控制设备的同步串行信号。微处理器输出控制信号还可有总线输出信号。微处理器输出控制信号还可有16位并行数据信号，及正负符号信号。微处理器有RS485通讯接口。

本实用新型利用两个单圈绝对型旋转编码器，采用当前先进的嵌入式微处理器技术，辅于简单的机械装置，就可实现适用于闸门开度测量的智能化廉价多圈绝对型旋转编码器。

工作原理：

装置的设计思想如下：使用一个单圈绝对型旋转编码器完成360度的圈内位置测量(低位位置值旋转编码器，以下称低位码盘)，通过64∶1的机械变速机构带动另一个单圈绝对型旋转编码器完成圈数测量(高位圈值旋转编码器，以下称高位码盘)，最大测量圈数为64圈。由于机械变速机构的误差，使两个旋转编码器之间进位不同步，这是一个关键问题。但这个问题可使用一个微处理器轻而易举地完成，使测量精度与机械误差无关。这样，假如采用两个八位(2⁸)的单圈绝对型旋转编码器，则测量分辨率为2⁸×2⁶＝2¹⁴。即每圈为256，最多达64圈。在用于闸门开度测量时，如果最小单位为1厘米，则最大开度测量可达163.84米。反之，如测量闸门最大开度在16.38米以内，测量精度可达1毫米内。根据国内的水闸状况，最大开度大部分都在10.20米内，所以，完全能够满足国内闸门高精度控制的要求。而该装置的价格仅为进口多圈绝对型旋转编码器的三至四分之一左右。由于嵌入了微处理器芯片，其它方面的功能也大为增强，在智能化、人性化、通用化方面更具特色，而且超过了进口的多圈绝对型旋转编码器。如具有1、直接将接收的葛莱码译码转换为2进制码数字输出，为以后的工程运用简单化。2、现场安装时无需机械调零，旋转编码器任意位置都可作为零位。同时，旋转方向与对应数据的增减也可设定，这对与各种卷扬机的不同安装位置带来极大的方便。数据一次设定长期保存。3、对于与卷扬机钢丝绳卷筒连接时，还具有设定钢丝绳卷筒每转对应闸门开度值的功能，微处理器根据这个设定值进行计算后，直接输出闸门开度数据。这对于各种规格直径的闸门启闭卷扬机的通用化应用更为方便，无需为卷扬机不同的参数加配各种变比齿轮。同时又消除了由受比齿轮带来的测量误差。4、数据输出具有并行、串行等多种方式。

微处理器电路说明：

微处理器使用美国ATMEL公司的AT90S2313增强RISC内载Flash新型嵌入式高速单片处理器，内部集成了2K字节的Flash程序存储器、128字节的EEPROM和SRAM，并自带“看门狗”等电路。系统结构见“双旋转编码器闸门位移传感适配器电原理图”。由T5、T6分别将高、低位码盘的16位葛莱码并行信号转换为串行信号后送微处理器T1接收，接收的数据经软件译码为2进制值，减去0位值(闸门全关位时的值)。微处理器根据低位码盘的数值对高位码盘的圈值作机械误差调正。最后根据旋转编码器每转对应闸门的开度数计算闸位值，结果为16位数据(单位mm)，加1位符号位。该系统对外提供3种的数据输出方式。1、经三极管G1，G2集电极开路同步串行方式送“KDY闸门开度控制仪”主机设备接收；2、由T4 MAX485芯片总线输出方式；3、由T7-T10输出16位并行数据信号，三极管G4输出正负符号信号。

为了方便安装旋转编码器，避免闸门零位的机械校正，设置了软件校零程序，在闸门全关位时接通“清零”端(与0V)即可将闸门全关位时的旋转编码器值存入微处理器内部的EEPROM中长期保存(除非再次校零)。计算闸门的开度时，将当前值减去校零值即可。为了适应与闸门启闭机械的不同位置的安装，设置了转向控制“方向”端，该端悬空时，旋转编码器顺时针转向数值增加，接通“方向”端(与0V)，旋转编码器逆时针转向数值增加。

机械误差调正原理：

假如采用两个八位(2⁸)的单圈绝对型旋转编码器，低位码盘与高位码盘的机械变比为64∶1。在无机械误差的理想状态下，圈数等于高位码盘输出数据除于4(256/64)，取整数。高位码盘输出数据除于4后的余数应分别对应低位码盘的某一区间数据。如：低位码盘数据输出从255至0时，高位码盘输出数据应为4的整数倍，余数为0。然而，由于实际的机械误差，高位码盘输出数据不一定是4的整数倍。微处理器将根据这个特征，对高位码盘输出数据进行圈值调整。其方法如下：当低位码盘数据输出从255至0时，将高位码盘输出数据除于4，余数大于2，圈值加1，无余数不作圈值纠偏处理Z当低位码盘数据输出从0至255时，将高位码盘输出数据除于4，余数小于2，圈值减1。

实际根据机械误差的幅度，对于其它区间的数据，可根据以上的原理作适当的调正。

Claims

1、一种用于闸位测量的智能化多圈绝对型旋转编码器，其特征是：有一个测量360度圈内位置的第一单圈绝对型旋转编码器，第一单圈绝对型旋转编码器经变速机构带动一个测量圈数的第二单圈绝对型旋转编码器，第一、第二单圈绝对型旋转编码器均与一个微处理器相连接，微处理器输出控制信号。

2、根据权利要求1所述的用于闸位测量的智能化多圈绝对型旋转编码器，其特征是；变速机构为64∶1的机械变速机构。

3、根据权利要求1或2所述的用于闸位测量的智能化多圈绝对型旋转编码器，其特征是：第一、第二单圈绝对型旋转编码器分别经译码器与微处理器相连接。

4、根据权利要求1或2所述的用于闸位测量的智能化多圈绝对型旋转编码器，其特征是；微处理器输出控制信号有供输出至闸门开度控制设备的同步串行信号。

5、根据权利要求1或2所述的用于闸位测量的智能化多圈绝对型旋转编码器，其特征是：微处理器输出控制信号有16位并行数据信号，及正负符号信号。

6、根据权利要求1或2所述的用于闸位测量的智能化多圈绝对型旋转编码器，其特征是：微处理器有RS485通讯接口。