CN104406545A - 基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算 - Google Patents

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Abstract

基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算。该测量与计算的装置包括增量式旋转光学编码器、信号处理电路和控制器，信号处理电路对所述光学编码器的A、B相信号进行处理；控制器根据信号处理电路处理后的A、B相信号计算出光学编码器的旋转方向和/或旋转角度。本发明具有结构简单易实现、测量精度高、成本低、易推广等优点。

Description

基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算
技术领域
本发明涉及旋转角度的高精度测量。具体来说就是应用价格低廉的增量式旋转编码器实时的测量出旋转角度，具有精度高、价格低廉等优点，能广泛的应用于各种需要高精度角度测量领域。
背景技术
随着工业技术的发展，对角度测量要求的精度越来越高，旋转光学编码器较好的解决了这个问题，但是绝对式的编码器价格较高。本发明利用价格相对较为低廉的增量式旋转光学编码器实现旋转角度测量，在一些场合可以代替绝对式旋转光学编码器。
发明内容
本发明的目的是：提出一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法和装置，能对旋转角度进行高精度的测量，在一些场合能替代绝对式旋转光学编码器。
一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)信号处理电路对所述光学编码器的A、B相信号进行处理；
(2)控制器根据信号处理电路处理后的A、B相信号计算出光学编码器的旋转方向和/或旋转角度。
根据权利要求1所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法，其特征在于，步骤(2)后还包括如下步骤：
(3)分别由数据显示装置与数据通信装置对控制器计算出的旋转方向和/或旋转角度数据进行显示及输出。
根据以上所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法，其特征在于，信号处理电路采用高速磁隔离芯片构成；控制器芯片采用的是具有高速捕获功能的芯片。
根据以上所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法，其特征在于，通过数据断电保护装置使得数据显示装置在重新上电后显示的数据为断电前的数据。
根据以上所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法，其特征在于，旋转方向和/或旋转角度传输的方式为数字通信方式。
根据以上所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法，其特征在于控制器内的控制算法包括判向程序及角度计算程序，其计算原理是通过即时捕获及上次捕获的A、B脉冲信号综合计算得出旋转方向和/或旋转角度。
一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算装置，其包括增量式旋转光学编码器、信号处理电路和控制器，其特征在于：
信号处理电路对所述光学编码器的A、B相信号进行处理；
控制器根据信号处理电路处理后的A、B相信号计算出光学编码器的旋转方向和/或旋转角度。
根据以上所述的基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算装置，其特征在于还包括：数据显示装置与数据通信装置，其中
数据显示装置用于对控制器计算出的旋转方向和/或旋转角度数据进行显示。
数据通信装置用于对控制器计算出的旋转方向和/或旋转角度数据进行输出。
根据以上所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算装置，其特征在于，信号处理电路采用高速磁隔离芯片构成；控制器芯片采用的是具有高速捕获功能的芯片。
根据以上所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算装置，其特征在于还包括数据断电保护装置；
通过数据断电保护装置使得数据显示装置在重新上电后显示的数据为断电前的数据；
旋转方向和/或旋转角度数据传输的方式为数字通信方式。
所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法，其特征在于，对增量式旋转光学编码器的输出A、B相信号进行处理与计算，由信号处理电路、控制器、数据显示及通信模块等构成；
所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法，其特征在于，信号处理电路采用高速磁隔离电路，控制器采用具有高速捕获端口的控制芯片，数据通信模块采用一些典型的数字通信方式，如RS485、CAN总线等；
所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法，其特征在于，控制器对A、B相脉冲信号进行高速捕获后，根据当前的信息以及前一个采样周期的信息，综合得到光学编码器的旋转方向及旋转角度；
所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法，其特征在于，设置了复位按钮，当按下该按钮时，角度的测量值归零；同时具有数据断电保护功能，恢复上电后，数据保持为断电前的数据。
本发明的有益效果在于：利用现代传感技术及信号处理技术，高速捕获增量式旋转光学编码器的脉冲信号，通过相应的算法进行判向及角度的计算，使增量式旋转光学编码器具有价格相对昂贵的绝对式旋转光学编码器的功能，具有结构简单易实现、测量精度高、成本低、易推广等优点。
附图说明
图1为本发明一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量装置示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
图1中：100：增量式旋转光学编码器，110：编码器输出A、B相脉冲信号，200：信号处理电路，300：控制器，310：复位按钮，320：显示模块，330：通信模块。
信号处理电路200接受来自于增量式旋转光学编码器100的A、B相脉冲信号，信号处理电路主要是由高速磁隔离芯片构成的，作用是消除外界干扰。控制器300采用具有高速捕获端口的芯片，对高速脉冲A、B进行捕获，根据相应的算法得出旋转方向与角度。显示模块320能实时显示旋转角度，复位按钮的作用是按下该按钮后角度值归零，通信模块330的作用是将角度值以数字信号的方式进行发送，可以是RS485、CAN总线或其它的通信方式。
A、B两路信号是标准的脉冲信号，设低电平的状态为0，高电平的状态为1，则A、B信号形成的状态可能有：00,01,11,10。由于两信号之间的相位相差90度，因此下列几种状态的变化是不可能的：(1)由00变成11；(2)由01变成10；(3)由10变成01；(4)由11变成11。
假设信号A的相位领先于信号B的相位，下列状态变化可以看成是正转的：(1)由00变成10；(2)由01变成00；(3)由10变成11；(4)由11变成01。同理，下列状态变化为反转：(1)由00变成01；(2)由01变成11；(3)由10变成00；(4)由11变成10。其他状态变化均为不可能，通过以上分析，可以得到判向的状态表如表1所示。
表1 判向状态表
由上述的状态表即可完成编码器的判向工作，具体实现的方法是利用控制器芯片的高速捕获功能，通过高速捕获端口响应A信号的状态，当触发捕获端口时查询B信号的状态，通过表1的逻辑关系进行判向，并记录脉冲数，从而得到转过的角度，其计算公式为：
θ = counter N × 360
式中，θ为旋转角度，counter为计算的脉冲数，N为编码器旋转一周产生的脉冲数。
通过以上方法可以对增量式旋转光学编码器的角度进行计算，用软件的方法对增量式编码器进行解码，使其具有绝对式编码器的功能，大大节约了成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)信号处理电路对所述光学编码器的A、B相信号进行处理；
(2)控制器根据信号处理电路处理后的A、B相信号计算出光学编码器的旋转方向和/或旋转角度。
2.根据权利要求1所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法，其特征在于，步骤(2)后还包括如下步骤：
(3)分别由数据显示装置与数据通信装置对控制器计算出的旋转方向和/或旋转角度数据进行显示及输出。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法，其特征在于，信号处理电路采用高速磁隔离芯片构成；控制器芯片采用的是具有高速捕获功能的芯片。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法，其特征在于，通过数据断电保护装置使得数据显示装置在重新上电后显示的数据为断电前的数据。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法，其特征在于，旋转方向和/或旋转角度传输的方式为数字通信方式。
6.根据权利要求1所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算方法，其特征在于控制器内的控制算法包括判向程序及角度计算程序，其计算原理是通过即时捕获及上次捕获的A、B脉冲信号综合计算得出旋转方向和/或旋转角度。
7.一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算装置，其包括增量式旋转光学编码器、信号处理电路和控制器，其特征在于：
信号处理电路对所述光学编码器的A、B相信号进行处理；
控制器根据信号处理电路处理后的A、B相信号计算出光学编码器的旋转方向和/或旋转角度。
8.根据权利要求7所述的基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算装置，其特征在于，还包括：数据显示装置与数据通信装置，其中
数据显示装置用于对控制器计算出的旋转方向和/或旋转角度数据进行显示。
数据通信装置用于对控制器计算出的旋转方向和/或旋转角度数据进行输出。
9.根据权利要求7或8所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算装置，其特征在于，信号处理电路采用高速磁隔离芯片构成；控制器芯片采用的是具有高速捕获功能的芯片。
10.根据权利要求7或8所述的一种基于增量式旋转光学编码器的旋转角度测量与计算装置，其特征在于，还包括数据断电保护装置；
通过数据断电保护装置使得数据显示装置在重新上电后显示的数据为断电前的数据；
所述旋转方向和/或旋转角度数据传输的方式为数字通信方式。
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