CN204788428U - 一种磁感应多圈绝对编码器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及编码器技术领域，具体地说是一种磁感应多圈绝对编码器。输入轴通过减速器的中心齿轮与齿轮一连接，齿轮一、齿轮二、齿轮三、齿轮四和齿轮五依次啮合，齿轮一、齿轮二、齿轮三、齿轮四和齿轮五的顶端分别设有一个磁钢，五块编码器芯片设在电路板上，并与磁钢的位置对应，编码器芯片与上位机连接。本实用新型同现有技术相比，机械上通过钟表齿轮传动原理，电气上采用菊链连模式串行读取五个互联的AS5030编码器芯片，组成一个大量程、高精度、低成本、数字信号输出的多圈绝对编码器。

Description

一种磁感应多圈绝对编码器

技术领域

本实用新型涉及编码器技术领域，具体地说是一种磁感应多圈绝对编码器。

背景技术

随着电动执行器技术的发展，其位置传感器也由原先的多圈电位器逐渐为多圈旋转编码器所取代，按照其原理又可分为光电式多圈编码器和磁感应式多圈编码器。

光电式多圈编码器是应用光电感应原理，通过码盘上的空隙或反光面刻线产生的电信号来反映转盘的角度位置，然后通过钟表齿轮机械的原理，当中心码盘转动时，通过齿轮传动另一组码盘或多组齿轮、多组码盘，在单圈码盘的基础上再增加多圈的编码，以扩大编码器的测量范围。这样的编码器就称为光电多圈绝对编码器，它由机械位置决定编码，每个位置编码唯一不重复，而无需记忆。

磁感应式多圈编码器是采用霍尔原理，在中心旋转的磁钢侧面安装2只机械位置相差90度的线性霍尔传感器，可以得到2个相位差为90度的正弦波，根据得到的数值对应理论数值来确定实际角度，然后通过类似光电多圈绝对编码器的机械传动原理，形成磁感应多圈绝对编码器。

虽然多圈编码器的出现解决了执行器位置检测的问题，但是国内自主研发生产多圈绝对编码器并不多，主要原因：

光电式多圈绝对编码器由于采用多组码盘结构，所以产品体积大，不符合目前产品小型化的趋势，且码盘一般采用ABS塑料，在高温环境和振动场合不能正常使用。

磁感应式多圈绝对编码器由于采用2只线性霍尔传感器，因此要求配对，电气特性要求相同。另外，对2只线性霍尔传感器的安装位置也有较高要求，离磁钢的距离必须相同。每组信号必须进入单片机处理后才能传送到主板，否则模拟的正弦波信号容易受干扰。

因此，需要设计一种大量程、高精度、低成本、数字信号输出的多圈绝对编码器。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供了一种大量程、高精度、低成本、数字信号输出的多圈绝对编码器。

为了达到上述目的，本实用新型是一种磁感应多圈绝对编码器，其特征在于：输入轴通过减速器的中心齿轮与齿轮一连接，齿轮一、齿轮二、齿轮三、齿轮四和齿轮五依次啮合，齿轮一、齿轮二、齿轮三、齿轮四和齿轮五的顶端分别设有一个磁钢，五块编码器芯片设在电路板上，并与磁钢的位置对应，编码器芯片与上位机连接。

上位机的VDD端口、五块编码器芯片的VDD端口以及第五块编码器芯片的C2端口与5V电源端连接，上位机的VSS端口以及五块编码器芯片的VSS端口、C1端口以及第一至四块编码器芯片的C2端口接地，上位机的Output端口与五块编码器芯片的CLK端口连接，上位机的I/O端口与五块编码器芯片的DIO端口连接，每个编码器芯片的DX端口与下一个编码器芯片的CS端口连接。

所述的第五块编码器芯片为与齿轮五顶端的磁钢位置对应的编码器芯片。

所述的第一至四块编码器芯片分别为与齿轮一、齿轮二、齿轮三、齿轮四顶端的磁钢位置对应的编码器芯片。

所述的齿轮二、齿轮三、齿轮四和齿轮五为减速传动齿轮。

所述的电路板上还设有存储器。

所述的编码器芯片型号为AS5030，编码器芯片设有磁场屏蔽罩。

所述的上位机芯片型号为STM32F103ZET6。

本实用新型同现有技术相比，机械上通过钟表齿轮传动原理，电气上采用菊链连模式串行读取五个互联的AS5030编码器芯片，组成一个大量程、高精度、低成本、数字信号输出的多圈绝对编码器。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的电路示意图。

图3为本实用新型的接口示意图。

具体实施方式

现结合附图对本实用新型做进一步描述。

参见图1和图2，本实用新型是一种磁感应多圈绝对编码器，输入轴6通过减速器7的中心齿轮与齿轮一1连接，齿轮一1、齿轮二2、齿轮三3、齿轮四4和齿轮五5依次啮合，齿轮一1、齿轮二2、齿轮三3、齿轮四4和齿轮五5的顶端分别设有一个磁钢8，五块编码器芯片9设在电路板10上，并与磁钢8的位置对应，编码器芯片9与上位机12连接。

上位机12的VDD端口、五块编码器芯片9的VDD端口以及第五块编码器芯片的C2端口与5V电源端连接，上位机12的VSS端口以及五块编码器芯片9的VSS端口、C1端口以及第一至四块编码器芯片的C2端口接地，上位机12的Output端口与五块编码器芯片9的CLK端口连接，上位机12的I/O端口与五块编码器芯片9的DIO端口连接，每个编码器芯片9的DX端口与下一个编码器芯片9的CS端口连接。

第五块编码器芯片为与齿轮五5顶端的磁钢8位置对应的编码器芯片9。

第一至四块编码器芯片分别为与齿轮一1、齿轮二2、齿轮三3、齿轮四4顶端的磁钢8位置对应的编码器芯片9。

齿轮二2、齿轮三3、齿轮四4和齿轮五5为减速传动齿轮，每级相应的传动速比为8：1。

电路板10上还设有存储器11，便于存储编码器初始零位数据，或存放上位机12的重要数据。

编码器芯片9型号为AS5030，性价比高，生产成本低。AS5030是一款具有8位分辨率，一圈360°范围内可识别256个位置，步进值为1.4度，并能够以串行比特流SSI以及脉宽调制PWM信号的形式给出数字化数据的编码器。数据传输可采取1线：PWM、双线：CLK、DIO或3线：CLK、DIO及CS等不同方式。结合掉电模式与快速的启动和测量过程，可实现非常低的功耗，同样适用于电池供电的设备。编码器芯片9转速可高达30000rpm，工作温度:-40°C至+125°C。

编码器芯片9直接测量磁场强度，能够精确测定磁铁的垂直间距，通过感应这些对应的磁钢8的磁场强度来确定各齿轮的转动角度。采用磁感应方式测量，可以耐振动，适合振动场合测量。编码器芯片9设有磁场屏蔽罩，以防止磁场的相互干扰，提高数据的准确性。

上位机芯片型号为STM32F103ZET6。

编码器采用菊链模式后的数据输入上位机12，在上位机12对数据进行如下处理：编码器芯片9采用8位数据，可以实现初级的精密测试，而齿轮2上的第二编码器芯片由于是8：1的传输比，因为对应将8位数据划分为3位数据，其余3个编码器芯片的数据采用依次类推，所以编码器总的数据可以8+3+3+3+3=20位，分辨率高，可实现大量程测量，测试范围可以达到4096圈，完全满足电动执行器最大行程的需求。如果未来还有更大量程的需要，还可以扩展。

参见图3，本实用新型的内部机械传动结构紧凑，总体尺寸小。图中，13为VCC管脚，为5V电源端；14为CS管脚，为片选端；15为GND管脚，为接地端；16为CLK管脚，为串行时钟端；17为DIO管脚，为数据输出端；18为SCL管脚，为存储器串行时钟端；19为SDA管脚，为串行数据/地址端。

Claims (7)

1.一种磁感应多圈绝对编码器，其特征在于：输入轴（6）通过减速器（7）的中心齿轮与齿轮一（1）连接，齿轮一（1）、齿轮二（2）、齿轮三（3）、齿轮四（4）和齿轮五（5）依次啮合，齿轮一（1）、齿轮二（2）、齿轮三（3）、齿轮四（4）和齿轮五（5）的顶端分别设有一个磁钢（8），五块编码器芯片（9）设在电路板（10）上，并与磁钢（8）的位置对应，编码器芯片（9）与上位机（12）连接；上位机（12）的VDD端口、五块编码器芯片（9）的VDD端口以及第五块编码器芯片的C2端口与5V电源端连接，上位机（12）的VSS端口以及五块编码器芯片（9）的VSS端口、C1端口以及第一至四块编码器芯片的C2端口接地，上位机（12）的Output端口与五块编码器芯片（9）的CLK端口连接，上位机（12）的I/O端口与五块编码器芯片（9）的DIO端口连接，每个编码器芯片（9）的DX端口与下一个编码器芯片（9）的CS端口连接。

2.根据权利要求1所述的一种磁感应多圈绝对编码器，其特征在于：所述的第五块编码器芯片为与齿轮五（5）顶端的磁钢（8）位置对应的编码器芯片（9）。

3.根据权利要求1所述的一种磁感应多圈绝对编码器，其特征在于：所述的第一至四块编码器芯片分别为与齿轮一（1）、齿轮二（2）、齿轮三（3）、齿轮四（4）顶端的磁钢（8）位置对应的编码器芯片（9）。

4.根据权利要求1所述的一种磁感应多圈绝对编码器，其特征在于：所述的齿轮二（2）、齿轮三（3）、齿轮四（4）和齿轮五（5）为减速传动齿轮。

5.根据权利要求1所述的一种磁感应多圈绝对编码器，其特征在于：所述的电路板（10）上还设有存储器（11）。

6.根据权利要求1所述的一种磁感应多圈绝对编码器，其特征在于：所述的编码器芯片（9）型号为AS5030，编码器芯片（9）设有磁场屏蔽罩。

7.根据权利要求1所述的一种磁感应多圈绝对编码器，其特征在于：所述的上位机芯片型号为STM32F103ZET6。