專利名稱：旋轉位移傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種利用增量型編碼器可靠采集開度、高度等絕對位移位置的傳感器裝置，尤其是能檢測起重機等設備的開度，通過卷筒的旋轉量采集開度、高度的傳感器。
背景技術：
起重機或電站啟閉機的開度信號采集顯示對于起重設備的安全運行是非常重要和必須的。而起重機和啟閉機的開度變化是隨著卷揚機卷筒旋轉收放鋼絲繩，從而使得開啟開度高度發(fā)生變化的?，F(xiàn)在市面上一般的采集方式有兩種，用電位器和多圈絕對型編碼器與卷筒旋轉采集開度變化。
電位器采集是將卷筒的旋轉變化轉換為電位器的電阻變化，輸出電壓的變化給后臺設備采集。由于一般情況下卷揚機卷筒旋轉圈數(shù)為十幾到上百圈，提升的開度范圍也從十幾米到幾十米。如果用電位器的電阻變化(一般為0-5K)或電壓輸出(一般為0-5V)來檢測顯示上百圈的變化或幾十米的變化，顯然每一米的變化反映到圈數(shù)或電壓變化是非常小的，因此精確度和分辨率是遠遠不夠的。而且由于這種是采用的是模擬量處理方式，在起重機大型設備上應用，由于卷筒旁邊的電動機工作及輸出線到司機室的動力電纜影響，抗干擾能力會很差。顯示的數(shù)據(jù)就會無法穩(wěn)定的跳動。因此這種傳感器方式不僅分辨率不夠，只能大概上給出開度數(shù)值范圍，而且準確度、精確度不能滿足需要。
多圈絕對型編碼器由機械位置決定的每個位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。但是目前國內(nèi)沒有生產(chǎn)高精度多圈絕對型編碼器的能力，必須依靠進口。而進口多圈絕對型編碼器的價格昂貴，且貨源、配件、售后都無法保證。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種利用增量型編碼器，通過外圍增加的單片機電路，實現(xiàn)對卷筒旋轉量的位置檢測，不僅采集數(shù)據(jù)準確、精確，而且以標準的通訊數(shù)字信號輸出，與后臺采集設備不發(fā)生電氣共地聯(lián)系，抗干擾能力強的開度傳感器。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種旋轉位移傳感器，包括傳感器殼體1，增量型編碼器4通過信號隔離電路5與外圍的單片機電路中單片機3的記數(shù)口連接，外圍單片機電路包括電源2，電源2與單片機3連接，單片機3的還與時鐘晶振6、鐵電存儲器7、開關量輸入8連接，與單片機3連接的通訊處理電路9作為信號輸出電路。信號隔離電路5為兩光電偶合電路分別與增量型編碼器4的兩輸出連接。
本實用新型所提供的旋轉位移傳感器，通過增量型編碼器的A、B相交替輸出，判斷出編碼器的旋轉方向，從而可以分析判斷出開度信號是增加還是減小，可以在最大程度上模擬實現(xiàn)絕對型編碼器的功能，從而達到絕對型編碼器在高度、長度上采集的效果，而實現(xiàn)成本要大大低于絕對型光電編碼器。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。


圖1是本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型的工作原理如下增量型編碼器4可采用XTAL11.0592，目前國內(nèi)能夠成熟生產(chǎn)加工的有增量型編碼器，增量型編碼器通常有三路信號輸出(差分有六路信號)A，B和Z，一般采用TTL電平，A脈沖在前，B脈沖在后，A，B脈沖相差90度，每圈發(fā)出一個Z脈沖，可作為參考機械零位。旋轉增量式編碼器以轉動時輸出脈沖，使用每圈產(chǎn)生的脈沖數(shù)來計量，數(shù)目從6到5400或更高，脈沖數(shù)越多，分辨率越高。
由于增量型編碼器是采用旋轉輸出脈沖，每圈均勻輸出定值脈沖。停止旋轉也就沒有脈沖輸出，可無限累加測量，因此被廣泛應用于需要測量速度或加速度的環(huán)境。而測量位置開度則還不能處理。
但增量型編碼器的技術成熟，價格便宜。由于它是可以累加輸出脈沖，不受卷筒旋轉圈數(shù)的限制，而且其每圈可以輸出上千個脈沖，而卷筒每圈的旋轉一般就是開度幾米的?？梢钥闯鰩酌椎淖兓瘜τ趲浊€脈沖來說，精確度是可以達到毫米以下的。同時增量型編碼器是數(shù)字信號的變化，數(shù)據(jù)穩(wěn)定不漂移?；谝陨蟽?yōu)點，如果能利用增量型編碼器的特點，用到開度的采集測量上，其性能、精確度、分辨率、穩(wěn)定等將遠遠好于電位器而接近絕對型編碼器，而價格成本上要遠遠低于絕對型編碼器。
本實用新型就是通過增量型編碼器4的A、B相交替輸出，判斷出編碼器的旋轉方向，從而可以分析判斷出開度信號是增加還是減小。
增量型編碼器4的每圈脈沖數(shù)可以選擇大些，這樣就可以分辨到毫米，保證精確度。通過就固定安裝在增量型編碼器旁的處理電路，就將增量型編碼器一個一個脈沖信號記數(shù)轉換為實際輸出脈沖總數(shù)。相當于說是一個連續(xù)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，而不再是一個單獨的脈沖輸出。類似模擬絕對型編碼器的工作方式，輸出的脈沖總數(shù)就是絕對位置的數(shù)據(jù)。
為了使得編碼器的采集具有實時性強的功能，不能輕易的丟失脈沖總數(shù)據(jù)，而且需要防止失電后再上電沒有數(shù)據(jù)參考點這個增量型編碼器的最大缺點，電路內(nèi)部集成鐵電存儲器7，利用鐵電存儲器7存儲次數(shù)可以幾乎無限次存儲和讀寫不損壞，存儲數(shù)據(jù)和讀數(shù)據(jù)操作非?？?，沒有延時操作，讀數(shù)據(jù)或?qū)憯?shù)據(jù)就是1微秒的時間這些特性，在單片機工作過程中每個循環(huán)周期不停的寫實時的脈沖總數(shù)，這樣隨時的斷電也不會丟失脈沖數(shù)據(jù)。當再次上電時候，從鐵電存儲器7中將上次保存的脈沖總數(shù)據(jù)讀出后，就可以繼續(xù)累計開度信號的總數(shù)據(jù)了。而單片機3程序循環(huán)的速度非常快，不到1個毫秒，而實際開度運行時候編碼器所發(fā)生的脈沖變化并不是很快，這樣就可以保證數(shù)據(jù)的準確和累計的正確。整個功能最大化的近似絕對型編碼器的功能。
整套電抗路電路集中在編碼器旁，是為了增加抗干擾能力。因為如果將此電路設計到二次儀表處，它安置于強電干擾處，會干擾數(shù)據(jù)存儲芯片，一旦干擾掉的話對于增量型編碼器的信號來說是不可恢復的，必須重新調(diào)整。而且整套電路在一起的話，整個地電位也會連接，容易產(chǎn)生地線上的干擾?，F(xiàn)在所采用的方式通過DC/DC電源2，將編碼器的供電、編碼器的信號輸出、單片機工作、485通訊信號輸出隔離開來，這樣任何一部分的地線干擾都不會影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。
單片機3可采用STC89C20521，鐵電存儲器7采用FM24C16，采用RS485 75LBC184，采用兩路光電偶合4N25分別與增量型編碼器4的A、B輸出連接。
本實用新型的工作過程是增量型編碼器4的信號首先通過隔離電路5引入單片機的記數(shù)口，這樣隔離是為了防止干擾串入。當增量型編碼器4旋轉的時候，單片機3記數(shù)累加脈沖數(shù)，并根據(jù)脈沖的順序判斷是增加脈沖數(shù)還是減少脈沖數(shù)。單片機處理系統(tǒng)不停的記數(shù)增量型編碼器的數(shù)據(jù)變化，然后同時不停的與鐵電存儲器7進行數(shù)據(jù)存儲交換。將當前的實際總數(shù)據(jù)記憶到鐵電存儲器FM24C16里面。檢測通訊處理電路9的數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)，檢測是否有數(shù)據(jù)采集請求命令，如果有數(shù)據(jù)請求采集命令，就根據(jù)485通訊協(xié)議將當前總數(shù)據(jù)傳輸給后臺采集設備10。另一方面檢測是否有開關量輸入8信號的變化，以此來校驗鐵電存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)，看是否當前實際數(shù)據(jù)與預先存儲在存儲器數(shù)據(jù)相同，不同則將預先存儲數(shù)據(jù)調(diào)入現(xiàn)在數(shù)據(jù)，作為校驗數(shù)據(jù)保存。
權利要求1.一種旋轉位移傳感器，包括傳感器殼體(1)，其特征在于增量型編碼器(4)通過信號隔離電路(5)與外圍的單片機電路中單片機(3)的記數(shù)口連接，外圍單片機電路包括電源(2)，電源(2)與單片機(3)連接，單片機(3)的還與時鐘晶振(6)、鐵電存儲器(7)、開關量輸入(8)連接，與單片機(3)連接的通訊處理電路(9)作為信號輸出電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的旋轉位移傳感器，其特征在于信號隔離電路(5)為兩光電偶合電路分別與增量型編碼器(4)的兩輸出連接。
專利摘要一種旋轉位移傳感器，屬于傳感器技術領域，主要用于檢測起重機等設備的開度。它包括包括傳感器殼體，增量型編碼器通過信號隔離電路與外圍的單片機電路中單片機的記數(shù)口連接，外圍單片機電路包括電源，電源與單片機連接，單片機的還與時鐘晶振、鐵電存儲器、開關量輸入連接，與單片機連接的通訊處理電路作為信號輸出電路。本實用新型通過采集增量型編碼器的脈沖變化，不停的存儲在鐵電存儲器里，然后與外圍設備以數(shù)字通訊方式將數(shù)據(jù)傳輸給后臺采集設備，從而克服增量型編碼器的缺點，最大程度上實現(xiàn)絕對型編碼器的功能。
文檔編號G01D5/244GK2921785SQ20062009780
公開日2007年7月11日 申請日期2006年7月14日 優(yōu)先權日2006年7月14日
發(fā)明者高鈺敏, 聶道靜 申請人:高鈺敏, 聶道靜