本實(shí)用新型涉及工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種編碼器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

編碼器(encoder)是將信號(hào)(如比特流)或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備。目前，編碼器已經(jīng)成為自動(dòng)化領(lǐng)域常用的位置反饋設(shè)備，其主要用于反饋電機(jī)的位置和自動(dòng)化設(shè)備的機(jī)械位置等。

編碼器的種類(lèi)繁多，現(xiàn)階段的編碼器主要包括絕對(duì)式編碼器和增量式編碼器；增量式編碼器的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議由于生產(chǎn)廠(chǎng)家不同而各不相同，很難兼容。而一臺(tái)工控機(jī)可能需要連接多種編碼器(相同或不同廠(chǎng)家)，且工控機(jī)與各編碼器的位置都相對(duì)較遠(yuǎn)。增量式編碼器的反饋信號(hào)為A/B/Z差分信號(hào)，傳輸距離有限、特別容易受干擾。而絕對(duì)值編碼器采用差分信號(hào)傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)，有一定的抗干擾能力，但傳輸速度低，在干擾較強(qiáng)、傳輸距離較長(zhǎng)的情況下，容易連續(xù)丟失幾個(gè)周期的數(shù)據(jù)，甚至可能會(huì)導(dǎo)致工控機(jī)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的控制崩潰。以及工控機(jī)的編碼器接口相對(duì)比較單一，只能連接一定數(shù)量或同一品牌的編碼器，兼容性差、擴(kuò)展不靈活；這些都是本領(lǐng)域技術(shù)人員所不期望見(jiàn)到的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型實(shí)施例公開(kāi)了一種編碼器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，應(yīng)用于工控機(jī)和若干編碼器之間進(jìn)行編碼器數(shù)據(jù)的傳輸，其中，所述系統(tǒng)包括若干依次級(jí)聯(lián)的編碼器模塊；

其中，每個(gè)所述編碼器模塊均包括第一網(wǎng)絡(luò)/光纖接口、第二網(wǎng)絡(luò)/光纖接口、第一網(wǎng)絡(luò)/光纖PHY(Physical Layer，物理層)、第二網(wǎng)絡(luò)/光纖PHY、FPGA(Field-Programmable Gate Array，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)芯片和若干編碼器接口；

所述FPGA芯片通過(guò)所述第一網(wǎng)絡(luò)/光纖PHY與所述第一網(wǎng)絡(luò)/光纖接口連接，所述FPGA芯片通過(guò)所述第二所述網(wǎng)絡(luò)/光纖PHY與所述第二網(wǎng)絡(luò)/光纖接口連接；且所述第一網(wǎng)絡(luò)/光纖接口與所述工控機(jī)或上一級(jí)所述編碼器模塊中的第二網(wǎng)絡(luò)/光纖接口連接；

所述FPGA芯片通過(guò)所述若干編碼器接口分別與所述若干編碼器連接。

上述實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)或者有益效果：

1、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力更強(qiáng)；網(wǎng)線(xiàn)的最大傳輸距離可達(dá)到100米，且如果選用光纖將可以具有更遠(yuǎn)的傳輸距離；同時(shí)網(wǎng)線(xiàn)/光纖的抗干擾能力也提高了編碼器數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸采用應(yīng)答及重發(fā)機(jī)制，采用這種數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制進(jìn)一步提高了編碼器數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3、編碼器兼容性高，可以同時(shí)連接多種類(lèi)型的編碼器。

4、易于擴(kuò)展，每個(gè)模塊支持多個(gè)編碼器通道，且可以通過(guò)模塊級(jí)聯(lián)方式擴(kuò)展更多的編碼器通道。

5、接口簡(jiǎn)化，工控機(jī)只需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)/光纖接口，即可以連接多種編碼器。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型及其特征、外形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未可以按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本實(shí)用新型的主旨。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中編碼器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中編碼器模塊的邏輯結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明，但是不作為本實(shí)用新型的限定。

如圖1和圖2所示，本實(shí)施例涉及一種編碼器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，可應(yīng)用于工控機(jī)和若干編碼器之間進(jìn)行編碼器數(shù)據(jù)的傳輸，具體的，該系統(tǒng)包括若干依次級(jí)聯(lián)的編碼器模塊(編碼器模塊0、編碼器模塊1、編碼器模塊2...)；其中，每個(gè)編碼器模塊均包括第一網(wǎng)絡(luò)/光纖接口(圖中簡(jiǎn)化為網(wǎng)絡(luò)/光纖接口1)、第二網(wǎng)絡(luò)/光纖接口(圖中簡(jiǎn)化為網(wǎng)絡(luò)/光纖接口2)、第一網(wǎng)絡(luò)/光纖PHY(圖中簡(jiǎn)化為網(wǎng)絡(luò)/光纖PHY 1)、第二網(wǎng)絡(luò)/光纖PHY(圖中簡(jiǎn)化為網(wǎng)絡(luò)/光纖PHY 2)、FPGA芯片和若干編碼器接口(即圖2中的編碼器接口電路)；FPGA芯片通過(guò)第一網(wǎng)絡(luò)/光纖PHY與第一網(wǎng)絡(luò)/光纖接口連接，F(xiàn)PGA芯片通過(guò)第二網(wǎng)絡(luò)/光纖PHY與第二網(wǎng)絡(luò)/光纖接口連接；且第一網(wǎng)絡(luò)/光纖接口與工控機(jī)或上一級(jí)編碼器模塊中的第二網(wǎng)絡(luò)/光纖接口連接(作為第一級(jí)的編碼器模塊0的第一網(wǎng)絡(luò)/光纖接口與工控機(jī)連接，而其他各級(jí)的編碼器模塊(例如編碼器模塊1、編碼器模塊2...)的第一網(wǎng)絡(luò)/光纖接口均與上一級(jí)編碼器模塊中的第二網(wǎng)絡(luò)/光纖接口連接，例如編碼器模塊1的第一網(wǎng)絡(luò)/光纖接口與編碼器模塊0的第二網(wǎng)絡(luò)/光纖接口連接)；第二網(wǎng)絡(luò)/光纖接口用于擴(kuò)展下一級(jí)編碼器模塊；FPGA芯片通過(guò)若干編碼器接口分別與若干外接編碼器(編碼器0、編碼器1、編碼器2...)連接；從而可以兼容各種規(guī)格的編碼器接口，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)/光纖實(shí)現(xiàn)與工控機(jī)的編碼器數(shù)據(jù)交互，將與各編碼器通道的連接簡(jiǎn)化為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)/光纖接口，具有接口簡(jiǎn)單，擴(kuò)展靈活，兼容性好，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

在此，值得一提的是，上述編碼器模塊優(yōu)選靠近編碼器安裝，以盡量減少線(xiàn)纜距離，降低編碼器信號(hào)受干擾影響。

在實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述若干編碼器包括絕對(duì)式編碼器和增量式編碼器。

在實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述每個(gè)編碼器模塊的編碼器接口的數(shù)量為3-15個(gè)(3個(gè)、6個(gè)、9個(gè)或者15個(gè)等)；例如每個(gè)編碼器模塊可同時(shí)連接6個(gè)不同類(lèi)型編碼器。

在實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述第一網(wǎng)絡(luò)/光纖PHY和第二網(wǎng)絡(luò)/光纖PHY均為千兆網(wǎng)PHY。

在實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述第一網(wǎng)絡(luò)/光纖接口與工控機(jī)或上一級(jí)編碼器模塊中的第二網(wǎng)絡(luò)/光纖接口通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)/光纖連接。例如工控機(jī)可以通過(guò)一根網(wǎng)線(xiàn)與編碼器模塊0連接，進(jìn)而可以擴(kuò)展連接任意多個(gè)編碼器模塊，其連接方式簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。且網(wǎng)線(xiàn)的最大傳輸距離為100米，即工控機(jī)與編碼器模塊，各編碼器模塊之間的安裝距離最大為100米，而傳統(tǒng)的編碼器與工控機(jī)直連方式，其傳輸距離一般為10米左右，由此可見(jiàn)，采用本實(shí)施例中的編碼器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)大大優(yōu)于傳統(tǒng)的編碼器與工控機(jī)直連方式。

在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，繼續(xù)參照?qǐng)D2所示，上述FPGA芯片按照功能可包括網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和編碼器收發(fā)模塊；且網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊通過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊與編碼器收發(fā)模塊連接。

上述編碼器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)應(yīng)用于工控機(jī)和若干編碼器之間進(jìn)行編碼器數(shù)據(jù)的傳輸?shù)牧鞒叹唧w包括：

一方面FPGA芯片通過(guò)編碼器接口，可以實(shí)現(xiàn)與各種協(xié)議(Endat、SSI、Hiperface、Biss、Nikon、Yaskawa和Tamagawa等)絕對(duì)值編碼器連接，可以同時(shí)與多種協(xié)議通訊，系統(tǒng)上電后，F(xiàn)PGA芯片內(nèi)部的編碼器收發(fā)模塊將自動(dòng)完成與外界編碼器的協(xié)議診斷識(shí)別，診斷識(shí)別成功后，編碼器收發(fā)模塊將切換啟用相應(yīng)的數(shù)據(jù)協(xié)議，周期與編碼器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，獲取編碼器絕對(duì)位置。另一方面FPGA芯片通過(guò)編碼器接口，可實(shí)現(xiàn)與增量編碼器接口(A/B/Z)通訊，F(xiàn)PGA芯片內(nèi)部根據(jù)A/B/Z信號(hào)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)濾波，位置計(jì)數(shù)。

FPGA芯片通過(guò)網(wǎng)絡(luò)/光纖接口，實(shí)現(xiàn)與工控機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊，該通訊采用應(yīng)答方式。工控機(jī)先發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，F(xiàn)PGA芯片根據(jù)請(qǐng)求命令反饋編碼器數(shù)據(jù)，工控機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，將發(fā)出數(shù)據(jù)接收成功命令，在該命令發(fā)出前，編碼器模塊將自動(dòng)重復(fù)發(fā)送編碼器數(shù)據(jù)、確保網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃裕?/p>

此外，在很多應(yīng)用場(chǎng)合(比如6自由度機(jī)器人)，要求各軸的編碼器位置數(shù)據(jù)采集周期與工控機(jī)的控制系統(tǒng)運(yùn)行周期嚴(yán)格同步。因此工控機(jī)會(huì)定期發(fā)送同步命令，F(xiàn)PGA芯片將根據(jù)同步要求，協(xié)調(diào)各通道編碼器數(shù)據(jù)采集時(shí)的同步協(xié)調(diào)。

在本實(shí)用新型的一個(gè)具體的實(shí)施例中，每個(gè)編碼器模塊實(shí)現(xiàn)6通道編碼器接口，各編碼器模塊之間可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)工控機(jī)連接多個(gè)編碼器模塊，進(jìn)而可以擴(kuò)展任意多個(gè)編碼器接口。

顯而易見(jiàn)的，本實(shí)用新型中數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的控制核心為FPGA芯片，下面結(jié)合附圖2對(duì)本實(shí)用新型的FPGA芯片作進(jìn)行進(jìn)一步的闡述：

網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊的作用為：(1)接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)包校驗(yàn)、解析、指令識(shí)別。具體的，該指令包括數(shù)據(jù)請(qǐng)求、參數(shù)設(shè)置、通道同步等。同時(shí)，將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組包，發(fā)送。(2)如果是數(shù)據(jù)請(qǐng)求指令，F(xiàn)PGA芯片將獲取的編碼器數(shù)據(jù)按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組包，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)/光纖接口1發(fā)送。工控機(jī)在接受到應(yīng)答數(shù)據(jù)后，將再次發(fā)送接收“成功指令”，F(xiàn)PGA接收到“成功指令”后，將退出數(shù)據(jù)發(fā)送模式，一次完整的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。如果FPGA沒(méi)有接收“成功指令”，將重復(fù)發(fā)送編碼器數(shù)據(jù)，如果長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有接收到“成功指令”，將自動(dòng)退出數(shù)據(jù)發(fā)送。(3)網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊同時(shí)將主站的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)/光纖接口發(fā)送至下一級(jí)模塊，并將下一級(jí)的反饋數(shù)據(jù)與本網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊數(shù)據(jù)拼接，反饋至工控機(jī)。

編碼器收發(fā)模塊：編碼器收發(fā)模塊兼容設(shè)計(jì)多套編碼器協(xié)議，上電后，啟動(dòng)診斷識(shí)別，建立與編碼器通訊連接。如果是絕對(duì)值編碼器，編碼器收發(fā)模塊將主動(dòng)發(fā)起數(shù)據(jù)請(qǐng)求指令，編碼器將反饋位置數(shù)據(jù)，編碼器收發(fā)模塊將完成反饋數(shù)據(jù)的識(shí)別、校驗(yàn)、位置數(shù)據(jù)提取。

數(shù)據(jù)處理模塊：該部分包括同步模塊及濾波插值模塊。

同步模塊：該功能只針對(duì)絕對(duì)值編碼器。接收到工控機(jī)的同步指令，啟用同步管理機(jī)制，協(xié)調(diào)各通道的數(shù)據(jù)請(qǐng)求指令輸出時(shí)間，確保各通道編碼器數(shù)據(jù)的采集時(shí)刻同步。

濾波插值模塊：嚴(yán)重的干擾將導(dǎo)致某個(gè)周期的編碼器反饋數(shù)據(jù)失敗，濾波插值模塊將根據(jù)歷史位置數(shù)據(jù)，對(duì)本次的位置數(shù)據(jù)插值，確保每個(gè)周期都有有效的數(shù)據(jù)反饋至工控機(jī)。

綜上，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種編碼器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括若干依次級(jí)聯(lián)的編碼器模塊；且每個(gè)編碼器模塊均包括網(wǎng)絡(luò)/光纖接口、網(wǎng)絡(luò)/光纖PHY、FPGA芯片和若干編碼器接口；FPGA芯片通過(guò)網(wǎng)絡(luò)/光纖PHY和網(wǎng)絡(luò)/光纖接口與工控機(jī)或上一級(jí)編碼器模塊中的網(wǎng)絡(luò)/光纖接口連接；FPGA芯片通過(guò)若干編碼器接口分別與若干外接編碼器連接；從而解決了目前的編碼器數(shù)據(jù)傳輸距離短、容易受干擾的問(wèn)題，且兼容實(shí)現(xiàn)對(duì)多種編碼器的同時(shí)連接，可靈活擴(kuò)展任意多個(gè)編碼器，并可廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化領(lǐng)域的位置數(shù)據(jù)采集，具有接口簡(jiǎn)單，擴(kuò)展靈活，兼容性好，抗干擾能力強(qiáng)特點(diǎn)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)變化例，在此不做贅述。這樣的變化例并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。

以上對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實(shí)用新型并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。