CN103344267A

CN103344267A - 光电编码器的模拟信号转换模块

Info

Publication number: CN103344267A
Application number: CN2013102786457A
Authority: CN
Inventors: 丁建军; 王直; 陈立辉; 赵晓华
Original assignee: SHANGHAI HENGTUO HYDRAULIC CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI HENGTUO HYDRAULIC CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2013-10-09

Abstract

本发明涉及一种光电编码器的模拟信号转换模块，包括电源模块、编码器信号接收模块、光电隔离模块、鉴相模块、频率电压转化模块和电压调整模块，电源模块给编码器信号接收模块供电，光电编码器输出接入编码器信号接收模块，编码器信号接收模块输出端依次接光电隔离模块、鉴相模块、频率电压转换模块、电压调整模块。电路简单可靠，转换装置中所需元器件简单、数量少，在进行电路检查和故障处理时容易排查故障；鉴相模块采用专业正交解码芯片，精度高，响应快，可靠性高，抗干扰能力强，鉴相精确；适用范围广，操作简便。针对同一编码器型号的不同频率，用户可通过选择拨码开关实现信号的转换。另外，用户也可根据实际需要调节输出电压。

Description

光电编码器的模拟信号转换模块

技术领域

本发明涉及一种信号编码转换技术，特别涉及一种光电编码器的模拟信号转换模块。

背景技术

目前，在现代电子工业中，以光电编码器为传感手段而广泛采用。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。通常，根据码盘形式光电编码器分为绝对式、增量式和混合式三种。增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相。但现有光电编码器输出的脉冲信号往往不能被直接采用，导致在实际应用中，用户必须对编码器的输出信号进行相应拓展电路处理，其应用给用户带来麻烦。

发明内容

本发明是针对现在光电编码器输出信号不能直接用，需要转换的问题，提出了一种光电编码器的模拟信号转换模块，集鉴相和输出可调电压于一体的光电编码转换装置。

本发明的技术方案为：一种光电编码器的模拟信号转换模块，包括电源模块、编码器信号接收模块、光电隔离模块、鉴相模块、频率电压转化模块和电压调整模块，电源模块给编码器信号接收模块供电，光电编码器输出接入编码器信号接收模块，编码器信号接收模块输出端依次接光电隔离模块、鉴相模块、频率电压转换模块、电压调整模块。

所述编码器信号接收模块通过插座接收2RHIB型编码器输出信号，通过编码器信号接收模块的“TP-标准”/“TP-差分”信号接收芯片、“OL7272线驱动适应于长电缆”差分信号接收芯片、“用26C31芯片的线驱动电路”差分信号接收芯片接收信号后经与门芯片输入光电隔离模块。

所述光电隔离模块包括光耦TLP521-2及其驱动电路。

所述鉴相模块包含正交解码芯片、正反转指示灯和模拟电子开关芯片，光电隔离模块输出的两信号输入正交解码芯片，正交解码芯片的CLK输出端接入频率电压转换模块，正交解码芯片的UP/DN输出端接正反转指示灯和模拟电子开关芯片。

所述频率电压转换模块采用频率电压转换芯片LM331，鉴相模块输出信号经第一电阻整形输入至频率电压转换芯片LM331芯片的6脚，LM331的2脚接电位器至GND地，LM331的5脚接第四电阻至VCC电源，接第一电容至GND地，LM331的7脚接第三电阻至GND地、第二电阻至VCC电源，LM331的8脚接VCC电源，LM331的3脚和4脚接GND地，LM331的1脚接第二电容至GND地，并接四位拨码开关、第三电容和运放至输出端，四位拨码开关后接四个电阻。

所述电压调整模块包含三个运放；第一运放构成反相放大电路，其反相输入端和输出端分别接模拟电子开关芯片的两个输入端；第二运放构成正相放大电路，输出正相电压；第三运放构成反相放大电路，输出反相电压。

本发明的有益效果在于：本发明光电编码器的模拟信号转换模块，电路简单可靠，转换装置中所需元器件简单、数量少，在进行电路检查和故障处理时容易排查故障；鉴相模块采用专业正交解码芯片IC6，精度高，响应快，可靠性高，抗干扰能力强，鉴相精确；适用范围广，操作简便。针对同一编码器型号的不同频率，用户可通过选择拨码开关实现信号的转换。另外，用户也可根据实际需要调节输出电压。

附图说明

图1为本发明光电编码器的模拟信号转换模块的总原理框图；

图2为本发明光电编码器的模拟信号转换模块电路结构框图；

图3为本发明光电编码器的模拟信号转换模块中频率电压转换模块电路图。

具体实施方式

如图1所示光电编码器的模拟信号转换模块的总原理框图，光电编码器的模拟信号转换模块是由电源模块101、编码器信号接收模块102、光电隔离模块103、鉴相模块104、频率电压转化模块105和电压调整模块106这六个部分组成。电源模块101给编码器信号接收模块102供电，光电编码器输出接入编码器信号接收模块102，编码器信号接收模块102输出端依次接光电隔离模块103、鉴相模块104、频率电压转换模块105、电压调整模块106。

光电编码器为增量式编码器，通常的输出信号有A、A-、B、B-、Z、Z-，加上电源线和地线，共需8跟传输线。本发明采用的编码器型号为丹麦SCANON公司的2RHIB型，脉冲数1至9000，最大转速可达3000转/分，输出信号有“TP-标准”/“TP-差分”、“OL7272线驱动适应于长电缆”和“用26C31芯片的线驱动电路”三种。

如图2所示光电编码器的模拟信号转换模块电路结构框图，编码器信号接收模块102包括IC1、IC2、IC3、IC4和插座P1、P2、P3、P4、P5。P1和P2为两个已连接的四芯插座。P1的1、2、3、4分别接2RHIB型编码器的A、A-、B、B-线。P3、P4、P5为三个四芯插座，分别与“TP-标准”/“TP-差分”信号接收芯片IC1、“OL7272线驱动适应于长电缆”差分信号接收芯片IC2、“用26C31芯片的线驱动电路”差分信号接收芯片IC3连接。用户可根据编码器的实际输出信号种类将P2和P3、P4、P5的任一插座对接。IC1、IC2和IC3输出的信号经三个3输入与门IC4输入光电隔离模块103（IC5）。

光电隔离模块103（IC5）包括光耦TLP521-2及其驱动电路。IC5输出的A、B信号输入鉴相模块104来判别编码器的旋转方向。

鉴相模块104包含IC6，正反转指示灯LED1、LED2和IC7。A、B信号输入正交解码芯片IC6，芯片IC6的CLK输出端接入频率电压转换模块105（IC8），UP/DN输出端接正反转指示灯和模拟电子开关芯片IC7。其中，IC6可选择X1或X4模式。电路工作在X1模式时，编码器一个周期内产生一个输出脉冲，直接进入频率电压转换模块105；工作在X4模式时，A相和B相输入信号的上升沿和下降沿均产生一个脉冲，即一个周期内产生四个输出脉冲，编码器输出脉冲以X4的细分模式进入频率电压转换模块105。用户可按不同需求进行选择。

电压调整模块106包含三个运放U1、U2、U3；U1构成反相放大电路，其反相输入端和输出端分别接IC7的两个输入端；U2构成正相放大电路，输出正相电压；U3构成反相放大电路，输出反相电压。模拟电子开关芯片IC7用于确定正相和反相电压输出。其中，两路输出电压幅值可用电位器分别调节。

如图3所示，频率电压转换模块105（IC8）采用频率电压转换芯片LM331，频率信号f，即IC6输出的CLK，经电阻R1整形输入至频率电压转换芯片LM331芯片的6脚，2脚接电位器VR1至GND地，5脚接电阻R4至VCC电源，接电容C1至GND地，7脚接电阻R3至GND地、电阻R2至VCC电源，8脚接VCC电源，3脚和4脚接GND地，1脚接电容C2至GND地，并接四位拨码开关SW3、电容C3和运放U4D至V输出端，SW3后接四个电阻R5、R6、R7和R8。输出电压V与f的关系为：

V=-2.09RLR4C1f/VR1

R3的取值为：

R3=（Vcc-2V）/0.2mA

RL为R5、R6、R7、R8中的任一个，也可以为这几个电阻的并联阻值。RL的选择方法为：首先计算输入频率：

Figure 2013102786457100002DEST_PATH_IMAGE002

注意输入频率不得超过100KHz。

再计算电阻值：

选择低于并最接近所计算出来的电阻值的电阻，也可以选择多个电阻并联的方式进行设置。

电阻RL和电容C2组成低通滤波器。电容C2大些，输出电压V的纹波会小些，电容C2小些，当输入脉冲频率变化时，输出响应会快些。这些因素在实际运用时要综合考虑。

采用正交解码芯片IC6来鉴别编码器的旋转方向；频率电压转换模块中设置了拨码开关SW3，适用于同一型号编码器输出不同频率时的情况；转换装置提供两路输出，一路为正相电压输出，一路为反相电压输出，输出电压均可调。

Claims

1.一种光电编码器的模拟信号转换模块，其特征在于，包括电源模块、编码器信号接收模块、光电隔离模块、鉴相模块、频率电压转化模块和电压调整模块，电源模块给编码器信号接收模块供电，光电编码器输出接入编码器信号接收模块，编码器信号接收模块输出端依次接光电隔离模块、鉴相模块、频率电压转换模块、电压调整模块。

2.根据权利要求1所述光电编码器的模拟信号转换模块，其特征在于，所述编码器信号接收模块通过插座接收2RHIB型编码器输出信号，通过编码器信号接收模块的“TP-标准”/“TP-差分”信号接收芯片、“OL7272线驱动适应于长电缆”差分信号接收芯片、“用26C31芯片的线驱动电路”差分信号接收芯片接收信号后经与门芯片输入光电隔离模块。

3.根据权利要求1所述光电编码器的模拟信号转换模块，其特征在于，所述光电隔离模块包括光耦TLP521-2及其驱动电路。

4.根据权利要求1所述光电编码器的模拟信号转换模块，其特征在于，所述鉴相模块包含正交解码芯片、正反转指示灯和模拟电子开关芯片，光电隔离模块输出的两信号输入正交解码芯片，正交解码芯片的CLK输出端接入频率电压转换模块，正交解码芯片的UP/DN输出端接正反转指示灯和模拟电子开关芯片。

5.根据权利要求1所述光电编码器的模拟信号转换模块，其特征在于，所述频率电压转换模块采用频率电压转换芯片LM331，鉴相模块输出信号经第一电阻整形输入至频率电压转换芯片LM331芯片的6脚，LM331的2脚接电位器至GND地，LM331的5脚接第四电阻至VCC电源，接第一电容至GND地，LM331的7脚接第三电阻至GND地、第二电阻至VCC电源，LM331的8脚接VCC电源，LM331的3脚和4脚接GND地，LM331的1脚接第二电容至GND地，并接四位拨码开关、第三电容和运放至输出端，四位拨码开关后接四个电阻。

6.根据权利要求1所述光电编码器的模拟信号转换模块，其特征在于，所述电压调整模块包含三个运放；第一运放构成反相放大电路，其反相输入端和输出端分别接模拟电子开关芯片的两个输入端；第二运放构成正相放大电路，输出正相电压；第三运放构成反相放大电路，输出反相电压。