结合处理器和磁传感器的可编程实现方法及编码器技术

本发明专利技术涉及磁传感器、微处理器。为实现通过程序配置编码器输出脉冲形式和分辨率，提高编码器的灵活性，同时具有抗干扰能力强，体积小，可应用于恶劣环境等特点。本发明专利技术采取的技术方案是，一种结合处理器和磁传感器的可编程编码器，磁传感器用于检测电机转子位置，输出转子位置信号给处理器；处理器为单片机，用于根据位置信号按设定分辨率和脉冲形式输出编码脉冲。本发明专利技术主要应用于输出脉冲编码器的设计制造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁传感器、微处理器，特别涉及结合处理器和磁传感器的可编程实现方法及编码器。
技术介绍
编码器作为将转速(速度)、角度(位置)等机械量转换为数字脉冲的传感器，被广泛应用于运动控制系统中，按输出脉冲形式分为增量式编码器、绝对式编码器和混合式编码器。其中，增量式编码器输出两路正交的AB脉冲，每旋转一周输出一个Z脉冲作为零位参考，适用于转速测量。绝对式编码器并行输出与转子位置对应的二进制码，适用于位置和转速测量，但占用接口引线多，成本高，对环境条件敏感。混合式编码器在输出ABZ增量式脉冲的同时输出三相互差120°电角度的UVW脉冲，将增量式编码器的高分辨率和绝对式编码器的位置测量结合在一起，占用的接口引线较少，成本适中。目前，上述这些编码器多为光电编码器，抗扰能力强，但光栅的抗振性欠佳，易被污浊遮挡，寿命短。磁编码器体积小，寿命长，抗振能力强，可工作在恶劣环境中。随着小型化、高可靠性需求的不断提出，磁编码器在家电、办公机械、伺服控制系统、工业机器人等领域的市场份额正逐步扩大。
技术实现思路
为克服光电式编码器的不足，本专利技术提出一种可编程编码器，可通过程序配置编码器输出脉冲形式和分辨率，提高编码器的灵活性，同时具有抗干扰能力强，体积小，可应用于恶劣环境等特点。本专利技术采取的技术方案是，一种结合处理器和磁传感器的可编程编码器，磁传感器用于检测电机转子位置，输出转子位置信号给处理器；处理器，用于根据位置信号按<br>设定分辨率和脉冲形式输出编码脉冲。处理器内设置有中断0模块、中断1模块；中断0模块产生周期为T0的定时中断0，处理器在中断0中读取磁传感器的角度寄存器，获取当前时刻转子位置，与前一拍的转子位置作差得到角度值增量，据此计算电机转速，根据电机转速和设定的分辨率计算T0时间内应输出的脉冲沿数P1，根据T0和P1配置快速中断1的周期T1；中断1模块用于改变IO口电平依次输出脉冲沿，中断1具有最高优先级，中断0可随时被中断1打断。为防止误差随时间的累积，要对T0时间内应输出的脉冲沿数P1进行在线校正：处理器累积截至到上次中断0结束前已输出的脉冲沿数，并与上次中断0中获取的转子实际位置相比较，用差值对P1值的大小做修正得到修正后T0时间内应输出的脉冲沿数P2。对P2进行限幅，其中上限幅用来防止P2较大导致的中断1周期过短，中断程序在T1时间内执行不完，不能按时输出脉冲，下限幅用来防止电机静止时受测量误差影响磁传感器寄存器第0位跳变导致的脉冲输出。根据上述步骤得到T0时间内应该输出的脉冲沿数P2，并由此计算中断1的中断周期T1＝T0/P2，在中断1中改变IO口电平，输出满足设定分辨率和信号形式的编码脉冲。结合处理器和磁传感器的可编程实现方法,利用磁传感器检测电机转子位置，输出转子位置信号给处理器；利用单片机处理器根据位置信号按设定分辨率和脉冲形式输出编码脉冲。在单片机上设置两段中断处理程序中断0模块、中断1模块，中断0模块产生周期为T0的定时中断0，处理器在中断0中读取磁传感器的角度寄存器，获取当前时刻转子位置，与前一拍的转子位置作差得到角度值增量，据此计算电机转速，根据电机转速和设定的分辨率计算T0时间内应输出的脉冲沿数P1，根据T0和P1配置快速中断1的周期T1；中断1模块用于改变IO口电平依次输出脉冲沿，中断1具有最高优先级，中断0可随时被中断1打断。为防止误差随时间的累积，对T0时间内应输出的脉冲沿数P1进行在线校正：处理器累积截至到上次中断0结束前已输出的脉冲沿数，并与上次中断0中获取的转子实际位置相比较，用差值对P1值的大小做修正得到修正后T0时间内应输出的脉冲沿数P2。对P2进行限幅，其中上限幅用来防止P2较大导致的中断1周期过短，中断程序在T1时间内执行不完，不能按时输出脉冲，下限幅用来防止电机静止时受测量误差影响磁传感器寄存器第0位跳变导致的脉冲输出。与已有技术相比，本专利技术的技术特点与效果通过软件编程改变编码器的分辨率和输出脉冲形式，极大地提高了编码器的灵活性，同时编码器的抗干扰能力强，体积小，寿命长，可应用于恶劣环境中。附图说明：图1是可编程磁编码器的实物图。图2是TLE5012和单片机通信接线图。图3是可编程磁编码器获取磁场位置、计算输出脉冲沿数的软件流程图。图4是可编程磁编码器输出ABZ脉冲的软件流程图。图5是可编程磁编码器输出UVW脉冲的软件流程图。具体实施方式下面以Infineon公司推出的基于GMR原理的磁传感器芯片TLE5012，通过与串行外设接口SPI(serialperipheralinterface)兼容的同步串行通信SSC(synchronousserialcommunication)输出位置信号给单片机为例，对本专利技术具体实施方式进行详细说明。SPII为单片机SPI的数据输入引脚；SPIO为单片机SPI的数据输出引脚；SPICLK为单片机SPI的时钟引脚；IO为单片机输人输出引脚；DATA为TLE5012的数据输入输出引脚；SCK为TLE5012的SSC时钟输入引脚；CSQ为TLE5012的SSC的使能信号引脚；CLK为TLE5012的时钟信号；AVAL为TLE5012的角度值寄存器；RDATA为磁场位置值；ANG_K为本次中断读取的磁场位置值的2倍；ANG_K_1为上次中断读取的磁场位置值的2倍；D_ANG为磁场角度增量值的2倍；COUNT1为已输出脉冲沿数；D_COUNT1为输出脉冲沿误差值的2倍；ABS为取绝对值操作；TEMP_AB为存储AB脉冲状态的变量；TEMP_UVW为存储UVW脉冲状态的变量。如图1所示，设计并制作的可编程磁编码器沿边缘开3个孔槽以方便安装固定。参考TLE5012数据手册给出的单片机与TLE5012的接口电路如图2所示，TLE0512与单片机通过SSC和SPI接口通信，单片机的通用IO口与TLE5012的CSQ引脚相连，控制SSC的数据传输。下面结合附图3～附图5以电机每转一周编码器输出10个UVW脉冲和8192个AB脉冲为例对可编程磁编码器的设计方案进行说明，按照此方法，可以根据需要对编码器分辨率和输出信号形式进行配置。软件的整体设计思路为：在周期为T0的定时中断0中获取转子位置信息并处理，计算电机转速，计算T0时间内的应该输出的脉冲沿数P1，根据T0和P1配置快速中断1的周期T1，在中断1中改变IO口电平输出脉冲沿。其中，为保证输出脉冲沿的延时充分短，中断1具有最高优先级，中断0可以随时被中断1打断。中断0中首先读AVAL寄存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结合处理器和磁传感器的可编程编码器，其特征是，磁传感器用于检测电机转子位置，输出转子位置信号给处理器；处理器，用于根据位置信号按设定分辨率和脉冲形式输出编码脉冲。

【技术特征摘要】
1.一种结合处理器和磁传感器的可编程编码器，其特征是，磁传感器用于检测电机转子位置，
输出转子位置信号给处理器；处理器，用于根据位置信号按设定分辨率和脉冲形式输出编
码脉冲。
2.如权利要求1所述结合处理器和磁传感器的可编程编码器，其特征是，处理器内设置有中
断0模块、中断1模块；中断0模块产生周期为T0的定时中断0，处理器在中断0中读取
磁传感器的角度寄存器，获取当前时刻转子位置，与前一拍的转子位置作差得到角度值增
量，据此计算电机转速，根据电机转速和设定的分辨率计算T0时间内应输出的脉冲沿数
P1，根据T0和P1配置快速中断1的周期T1；中断1模块用于改变IO口电平依次输出脉
冲沿，中断1具有最高优先级，中断0可随时被中断1打断。
3.如权利要求2所述结合处理器和磁传感器的可编程编码器，其特征是，为防止误差随时间
的累积，要对T0时间内应输出的脉冲沿数P1进行在线校正：处理器累积截至到上次中断
0结束前已输出的脉冲沿数，并与上次中断0中获取的转子实际位置相比较，用差值对P1值的大小做修正得到修正后T0时间内应输出的脉冲沿数P2。
4.如权利要求3所述结合处理器和磁传感器的可编程编码器，其特征是，对P2进行限幅，
其中上限幅用来防止P2较大导致的中断1周期过短，中断程序在T1时间内执行不完，不
能按时输出脉冲，下限幅用来防止电机静止时受测量误差影响磁传感器寄存器第0位跳变
导致的脉冲输出。
5.如权利要求4所述结合处理器和磁传感器的可编程编码器，其特征是，根据上述步骤得到
T0时间内应该输出的脉冲沿数P2，并由此计算中断1的中断周期T...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏超英，王乐英，顾玉生，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12