一种多圈绝对值编码器及位置检测方法技术

本发明专利技术涉及工业控制技术领域，尤其涉及一种多圈绝对值编码器及基于该多圈绝对值编码器的位置检测方法，多圈绝对值编码器包括单片机、永磁体和至少一个磁角传感器，其中，所述永磁体安装于待测对象并随所述待测对象转动，所述至少一个磁角传感器设置于所述永磁体的周围，以检测待测对象的单圈绝对角度值，标定单圈绝对角度值的零位，并储存在所述单片机内，所述至少一个磁角传感器的输出端分别与所述单片机连接。与现有的多圈绝对值编码器相对比，结构更简单，能够有效降低成本和设计难度，并且可靠性和稳定性较高，在较低的成本下实现多圈转动的位置检测。

A multi loop absolute encoder and position detection method

【技术实现步骤摘要】
一种多圈绝对值编码器及位置检测方法
本专利技术涉及工业控制
，尤其涉及一种多圈绝对值编码器及基于该多圈绝对值编码器的位置检测方法。
技术介绍
编码器是机器人上的重要零部件，其按编码形式可分为增量式和绝对值式，按记圈方式可分为单圈和多圈。其中多圈绝对值编码器技术难度最大。目前，较为典型的多圈绝对值编码器，由单圈绝对值的光栅或磁栅加上一个齿轮的多圈记数机构组成，而齿轮机构结构复杂，设计加工难度大，成本高昂。还有通过复杂的电路实现记多圈功能的编码器，电路的结构比较复杂，要实现较高的稳定性和可靠性技术难度很大。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是一种结构简单、易于安装、可靠性高、成本低廉的多圈绝对值编码器及基于该多圈绝对值编码器的位置检测方法，能够在较低的成本下实现多圈转动的位置检测。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种多圈绝对值编码器，包括单片机、永磁体和至少一个磁角传感器；所述永磁体安装于待测对象并随所述待测对象转动；所述至少一个磁角传感器设置于所述永磁体的周围，以检测待测对象的单圈绝对角度值；标定单圈绝对角度值的零位，并储存在所述单片机内；所述至少一个磁角传感器的输出端分别与所述单片机连接，以供所述单片机根据所述单圈绝对角度值和跨过单圈绝对角度值的零位的次数确定所述待测对象的多圈绝对角度值。进一步地，还包括主电源、备用电源和用于选择所述主电源或所述备用电源向所述单片机和磁角传感器供电的电源选择电路。进一步地，所述电源选择电路选择所述备用电源供电且在预设时间内，所述所述单片机持续对连续两次获得的角度信息进行比对，当角度变化始终小于阈值时，所述单片机进入低功耗休眠模式。优选地，所述永磁体为N极与S极对称设置的环状永磁体。本专利技术还提供了一种基于上述任一种所述的多圈绝对值编码器的位置检测方法，包括：获取磁角传感器的输出数据，得到所述待测对象的单圈绝对角度值；获取所述磁角传感器跨过单圈绝对角度值的零位的次数，根据所述次数确定所述待测对象的旋转圈数；根据所述单圈绝对角度值和所述待测对象的旋转圈数确定所述待测对象的位置检测信息。进一步地，单片机间隔采值，在所述待测对象的一个旋转周期内至少采值二次，并根据采值结果判断待测对象的跨圈方向。优选地，所述间隔采值为变周期式间隔采值，当待测对象为非工作模式时，所述间隔采值的采值间隔为第一采值间隔；当待测对象为工作模式时，所述间隔采值的采值间隔为第二采值间隔；所述第二采值间隔小于所述第一采值间隔。优选地，所述单片机对间隔采值获得的角度信息进行比对，当相邻两次采值的角度变化大于阈值时，判定所述待测对象为工作模式；当使用备用电源供电且相邻两次采值的角度变化小于阈值时，则判定为非工作模式。优选地，所述阈值为0.5°优选地，所述待测对象由工作模式转为非工作模式时，所述单片机在预设时间内保持以第二间隔进行间隔采值，在所述预设时间内，检测结果仍然为非工作模式时，所述单片机切换为以第一间隔进行间隔采值。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供地多圈绝对值编码器，包括单片机、永磁体和至少一个磁角传感器，其中，所述永磁体安装于待测对象并随所述待测对象转动，所述至少一个磁角传感器设置于所述永磁体的周围，以检测待测对象的单圈绝对角度值，标定单圈绝对角度值的零位，并储存在所述单片机内，所述至少一个磁角传感器的输出端分别与所述单片机连接，以供所述单片机根据所述单圈绝对角度值和跨过单圈绝对角度值的零位的次数确定所述待测对象的多圈绝对角度值。与现有的多圈绝对值编码器相对比，结构更简单，能够有效降低成本和设计难度，并且可靠性和稳定性较高，在较低的成本下实现多圈转动的位置检测。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种多圈绝对值编码器的结构框图；图2是本专利技术实施例磁角传感器、单片机及永磁体布置结构示意图；图3是本专利技术实施例中磁角传感器置于永磁体的端面的结构示意图。图中：1：永磁体；2：磁角传感器；3：单片机；4：电源；100：待测对象；200：电路板。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1和图2所示，本专利技术实施例提供的多圈绝对值编码器包括永磁体1、单片机3和至少一个磁角传感器2、其中，永磁体1安装于待测对象100，并随待测对象100转动，且永磁体1的几何中心位于待测对象100的轴线上，磁角传感器2集成于电路板200上，并位于永磁体1的一侧，通过周期变化的磁场给出一圈内的单圈绝对角度值。在本实施例中，单片机3也集成在电路板200上，但单片机3与永磁体1相对位置并没有特定要求，在此不做限定。例如，磁角传感器2可以固定编码器电路板上，单片机3可以固定在驱动电路板上。永磁体1安装在待测对象100上，安装时对永磁体的位置没有特殊要求，可以安装在侧面也可以安装在端面。通过一个标定过程把单圈绝对角度值的零位标记在单片机中，当单片机检测到单圈绝对角度值的零位时，即可判定待测对象100旋转跨圈，而磁角传感器2的输出端与单片机3连接，磁角传感器2将检测的信息传送给单片机3，单片机3根据检测到的单圈绝对角度值和跨过单圈绝对角度值的零位的次数确定待测对象100的多圈绝对角度值。多圈绝对值编码器的对外数据接口是一个SPI接口，由单片机3提供，配置为SPI从模式。本实施例提供的多圈绝对值编码器与现有的多圈绝对值编码器相对比，无需复杂的齿轮组结构，使多圈绝对值编码器的结构更简单，能够有效降低成本和设计难度，并且可靠性和稳定性较高。需要说明的是，本实施例中，待测对象100可以是转轴或阀门，本实施例中以机械臂关节内的转轴作为待测对象对本专利技术技术方案进行解释说明。本实施例中的永磁体可以是圆形，也可是其他形状，优选的永磁体为N极与S极对称设置，具体可采用一个N极与S极对称设置的永磁铁实现。本专利技术实施例提供的多圈绝对值编码器，如图1所示，还包括电源4，具体地，电源4包括主电源和备用电源，多圈绝对值编码器还设有用于选择主电源或所述备用电源向所述单片机3和磁角传感器2供电的电源选择电路。本专利技术实施例中，主电源由外部供电实现，备用电源由电池实现，电源选择电路由电源选择芯片实现。具体的，外部供电和电池供电通过电源选择芯片切换，可有效去除干扰，避免切换过程中的电源抖动。在一个具体实施例中，电源选择芯片为MAX6326芯片。其中，电池可选择一个小封装的支持充电功能的锂离子电池，充电控制可以选用专门的锂电池充电管理芯片，也可以通过单片机3实现，通过单片机实现时，有外部供电时，单片机3通过集成的ADC功能电路检测电池的电压，当电压低于预设门限电压时通过IO控制充电开关电路打开，对电池充电，充电过程中监测电压，电压达到一定值时认为已充满，关断充电电路。其中，充电开关电路可通过三极管实现。本专利技术实施例中，当所述电源选择电路选择所述备用电源供电且且在预设时间内，所述所述单片机持续对连续两次获得的角度信息进行比对，当角度变化始终小于阈值时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多圈绝对值编码器，其特征在于：包括单片机、永磁体和至少一个磁角传感器；所述永磁体安装于待测对象并随所述待测对象转动；所述至少一个磁角传感器设置于所述永磁体的周围，以检测待测对象的单圈绝对角度值；标定单圈绝对角度值的零位，并储存在所述单片机内；所述至少一个磁角传感器的输出端分别与所述单片机连接，以供所述单片机根据所述单圈绝对角度值和跨过单圈绝对角度值的零位的次数确定所述待测对象的多圈绝对角度值。

【技术特征摘要】
1.一种多圈绝对值编码器，其特征在于：包括单片机、永磁体和至少一个磁角传感器；所述永磁体安装于待测对象并随所述待测对象转动；所述至少一个磁角传感器设置于所述永磁体的周围，以检测待测对象的单圈绝对角度值；标定单圈绝对角度值的零位，并储存在所述单片机内；所述至少一个磁角传感器的输出端分别与所述单片机连接，以供所述单片机根据所述单圈绝对角度值和跨过单圈绝对角度值的零位的次数确定所述待测对象的多圈绝对角度值。2.根据权利要求1所述的多圈绝对值编码器，其特征在于：还包括主电源、备用电源和用于选择所述主电源或所述备用电源向所述单片机和磁角传感器供电的电源选择电路。3.根据权利要求2所述的多圈绝对值编码器，其特征在于：所述电源选择电路选择所述备用电源供电且在预设时间内，所述所述单片机持续对连续两次获得的角度信息进行比对，当角度变化始终小于阈值时，所述单片机进入低功耗休眠模式。4.根据权利要求1-3任一项所述的多圈绝对值编码器，其特征在于，所述永磁体为N极与S极对称设置的环状永磁体。5.一种基于如权利要求1-4任一项所述的多圈绝对值编码器的位置检测方法，其特征在于，包括：获取磁角传感器的输出数据，得到所述待测对象的单圈绝对角度值；获取所述磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩震峰，唐霄汉，王倩，李建军，宋子强，赵越超，张金光，苏学彬，
申请(专利权)人：北京军立方机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11