磁电旋转编码器以及磁电式的旋转角度测量方法技术

本发明专利技术提出一种磁电旋转编码器以及磁电式的旋转角度测量方法，其磁电旋转编码器用于测量控制对象的角度位置，包括磁电感应单元、旋转磁铁以及外接微处理器。磁电感应单元设置在控制对象上，用于根据控制对象表面上的磁场变化产生一个电压，并根据电压计算出表示控制对象角度信息的编码值。旋转磁铁无接触式地安装在磁电感应单元的上方，且旋转磁铁的轴心位置固定不变。外接微处理器与磁电感应单元相连，用于读取磁电感应单元计算出的编码值，并输出控制信号。本发明专利技术具有成本低、安装方便、适用范围广的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁电旋转编码器，特别涉及一种可以精确定位角度的磁电旋转编码器。
技术介绍
在精确角度定位控制系统中，为了提高控制精度，准确测量控制对象的位置是十 分重要的。目前，检测角度位置的办法有两种 其一是使用位置传感器，其主要是对控制对象的位移量进行测量，再由变送器 (由位移量变化产生相应电压信号或电流信号的设备)经A/D(模/数)转换成数字量送至 系统进一步处理，从而得到控制对象的角度位置。此方法精度高，但在多路、长距离位置监 控系统中，由于需要输出线路多，接线极为麻烦，造成电缆和人工成本昂贵，安装困难，因此 并不实用。 其二是使用光电轴角编码器，典型的光电轴角编码器是在一张光盘上设置刻有角度位置编码的透光孔，然后在光盘的两侧分别精确安装发光二极管与光接收管，并通过透光孔显示的编码来确定控制对象转过的角度。此方法对在振动大、粉尘多的场合就不太适合，而且安装精度要求高，特别是在有油污进入编码器的场合无法使用光电编码器。 综上所述，现有的角度定位设备在多路、长距离的监控系统中有成本高、安装困难的问题；在振动大、粉尘多的场合容易受到粉尘、油污的污染而影响正常使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种磁电旋转编码器，以解决现有的角度定位设备容易受到 粉尘、油污的污染，以及成本高、安装困难的问题。 本专利技术的另一目的是提供一种磁电式的旋转角度测量方法，以解决现有的角度定 位方法，其精确性容易受到使用场合的影响，以及硬件设备成本高、安装困难的问题。 本专利技术提出一种磁电旋转编码器，用于测量控制对象的角度位置，包括磁电感应 单元、旋转磁铁以及外接微处理器。磁电感应单元设置在控制对象上，用于根据控制对象表 面上的磁场变化产生一个电压，并根据电压计算出表示控制对象角度信息的编码值。旋转 磁铁无接触式地安装在磁电感应单元的上方，且旋转磁铁的轴心位置固定不变。外接微处 理器与磁电感应单元相连，用于读取磁电感应单元计算出的编码值，并输出控制信号。 依照本专利技术较佳实施例所述的磁电旋转编码器，外接微处理器为stm32fl03芯 片，其读取到编码值后以CAN总线的通信方式输出控制信号。 依照本专利技术较佳实施例所述的磁电旋转编码器，磁电感应单元中集成有霍尔元 件，用于感测控制对象表面上的磁场变化。 依照本专利技术较佳实施例所述的磁电旋转编码器，磁电感应单元为AS5040芯片。 依照本专利技术较佳实施例所述的磁电旋转编码器，其还包括差分转换单元，其与磁 电感应单元相连，用于对磁电感应单元提供的增量输出信号进行处理，并以正交编码形式输出。 依照本专利技术较佳实施例所述的磁电旋转编码器，其还包括长线驱动单元，其与外 接微处理器相连，用于并口方式驱动输出经该外接微处理器处理后的角度信号二进制格雷 码。 本专利技术另提出一种磁电式的旋转角度测量方法，用于测量控制对象的角度位置， 包括以下步骤(l)在控制对象上设置磁电旋转编码器。(2)在磁电旋转编码器上方无接触 式地安装旋转磁铁，旋转磁铁的轴心位置固定不变。(3)磁电旋转编码器感测控制对象表面 上的磁场变化，并产生一个电压。(4)磁电旋转编码器根据电压计算出表示控制对象角度信 息的编码值。(5)磁电旋转编码器对编码值进行处理，并输出控制信号。 依照本专利技术较佳实施例所述的磁电式的旋转角度测量方法，磁电旋转编码器对编 码值进行处理之后，以增量式、绝对式、CAN总线的通信方式分别输出三种控制信号。 相对于现有技术，本专利技术具有以下优点 1、本专利技术采用磁电感测的方式来测量控制对象的角度位置，因为不用设置任何孔 状结构，所以不会受到粉尘或油污等环境因素的影响，尤其适合应用在织布机的控制系统、 数控机床、伺服电机等需要旋转角度信号且粉尘、油污较多的设备上，不会受到使用场所的 限制，具有很强的适应能力。 2、本专利技术采用增量式、绝对式和CAN总线通信的三种信号输出方式，不仅可以可 以满足不同设备对信号的需求，而且由于CAN的总线输出，直接通信距离最远可达10km，通 信速率高，可挂接的设备数量多，因此尤为适合使用在多路、长距离位置监控系统中，具有 成本低、安装方便的优点。 当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。 附图说明 图1为本专利技术磁电旋转编码器的一种实施例框架图； 图2为本专利技术旋转磁铁产生的一种磁场分布图； 图3为本专利技术磁电旋转编码器的一种实施例PCB图； 图4为本专利技术磁电感应单元输出编码值的一种实施例数据格式示意图； 图5为本专利技术磁电式的旋转角度测量方法的一种实施例流程图。具体实施例方式本专利技术的主要思想是利用控制对象表面磁场的变化来产生相对应的电信号，从而 精确测量出控制对象的角度信息，适用于各种粉尘、油污多的场合。并且，本专利技术的磁电旋 转编码器可以以增量式、绝对式、CAN总线(ControllerAreaNetWork，控制器局域网络)的通信方式分别输出三种控制信号，可以应用在多路、长距离的监控系统中，具有很强的适应 能力。 以下结合附图，具体说明本专利技术。 本专利技术的磁电旋转编码器安装在控制对象上，用于测量控制对象的角度位置，请 参见图l，其为本专利技术磁电旋转编码器的一种实施例框架图。此磁电旋转编码器主要包括 旋转磁铁11、磁电感应单元12、外接微处理器13、差分转换单元14以及长线驱动单元15。其中，磁电感应单元12、外接微处理器13、差分转换单元14和长线驱动单元15集成封装在 一起，外接微处理器13、差分转换单元14均与磁电感应单元12电性相连，长线驱动单元15 与外接微处理器13电性连接。且差分转换单元14与增量信号输出端16相连，外接微处理 器13与CAN输出端17相连，长线驱动单元15与绝对信号输出端18相连。而旋转磁铁11 无接触式地安装在磁电感应单元12的上方，且旋转磁铁11的轴心位置固定不变。 工作时，旋转磁铁11绕其轴心旋转，并在控制对象表面上产生一个磁场，典型的 磁场分布如图2所示。磁电感应单元12会实时地对这个磁场进行感测， 一旦控制对象的角 度位置发生变化时，其磁电感应单元12会根据其表面上的磁场变化产生一个电压，并根据 这个电压计算出表示控制对象角度信息的一个编码值。然后外接微处理器13通过同步串 行接口 (SSI)读取此编码值，并以CAN(控制器局域网络)总线的通信方式由CAN输出端17 输出控制信号。同时，磁电感应单元12还会提供一个增量输出信号，外接微处理器13还会 输出一个格雷码(循环二进制编码)，增量输出信号经差分转换单元14以正交编码形式由 增量信号输出端16输出(即以增量式的通信方式输出控制信号)，格雷码则会被送到长线 驱动单元15并进行处理后由绝对信号输出端18(并行端口 )输出(即以绝对式的通信方 式输出控制信号)。这样，使本专利技术的磁电旋转编码器同时具备了三种不同格式的输出，可 以满足不同场合的应用。 值得注意的是，增量式和绝对式的输出方式是现有角度位置测量设备常用的信号 输出形式，而CAN式的输出方式是本专利技术独特的设计方案。由于CAN的总线输出，它的直接 通信距离最远可达10km，通信速率最高达1M bps (通信距离为40m时)，总线上可挂设备数 主要取决于总线驱动电路，最多可达110个。因此，本专利技术采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁电旋转编码器，用于测量控制对象的角度位置，其特征在于，包括：一磁电感应单元，其设置在控制对象上，用于根据控制对象表面上的磁场变化产生一个电压，并根据该电压计算出表示控制对象角度信息的一编码值；一旋转磁铁，其无接触式地安装在该磁电感应单元的上方，且该旋转磁铁的轴心位置固定不变；一外接微处理器，其与该磁电感应单元相连，用于读取该磁电感应单元计算出的该编码值，并输出控制信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金崇程，李波，戴岳尧，胡协和，
申请(专利权)人：浙江中控电气技术有限公司，中控科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]