编码器读头及编码器的制作方法

本发明实施例涉及编码器领域，更具体地说，涉及一种编码器读头及编码器。

背景技术：

编码器是一种角度测量装置，尤其在闭环控制中，编码器已经成为电机，尤其是伺服电机的重要的速度和位置反馈传感器。现有编码器读头一般采用外购的标准件，为了匹配控制器，标准件一般采用方波输出，但精度比较低。如果采用模拟量输出，还需要客户附加细分盒或者外加控制器集成细分功能。

随着工业自动化快速发展，现有的编码器读头技术也越来越满足不了自动化对编码器的发展需求。若采用标准件，则功能固定，可选功能极少，比如温度传感、电机参数预设等功能无法实现。不具备总线通信功能，限制了编码器的总线发展，满足不了自动化对编码器智能化需求。编码器高精度的软件和硬件进一步优化和导入高精度校正都无法实现，限制了编码器高精度化需求。编码器外加原点信号导致读头体积变大，工艺复杂，阻碍了编码器小型化设计。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种编码器读头及编码器，旨在解决现有的编码器读头采用标准件，为了匹配控制器，采用方波输出，精度比较低；采用模拟量输出，还需要客户附加细分盒或者外加控制器集成细分功能；功能固定，可选功能极少；不具备总线通信功能，限制了编码器的总线发展，满足不了自动化对编码器智能化需求；编码器外加原点信号导致读头体积变大，工艺复杂，阻碍了编码器小型化设计等问题。

本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种编码器读头，包括第一感应芯片、第二感应芯片、信号处理电路、处理器以及总线接口，且所述第一感应芯片、第二感应芯片、信号处理电路、处理器以及总线接口集成到同一电路板上，其中：

所述第一感应芯片，用于生成位置信号，且所述第一感应芯片的输出端连接到所述信号处理电路的输入端；

所述信号处理电路，用于对所述位置信号进行预处理，且所述信号处理电路的输出端连接到所述处理器的第一输入端；

所述第二感应芯片，用于生成环境信号，且所述第二感应芯片的输出端连接到所述处理器的第二输入端；

所述处理器，用于对所述环境信号和经过预处理的位置信号进行细分处理；

所述总线接口连接到所述处理器的输出端，并将经过处理器细分处理的位置信号和环境信号输出到外部总线。

在本发明实施例所述的编码器读头中，所述第一感应芯片包括用于生成增量信号的增量码道；所述信号处理电路包括比较器，所述比较器的输入端连接到所述第一感应芯片的增量码道的输出端，并用于将所述增量信号转换为增量脉冲信号，且所述比较器的输出端连接到所述处理器的第一输入端的第一引脚和第二引脚。

在本发明实施例所述的编码器读头中，所述处理器包括第一计数单元、第一模数转换单元、第一细分单元，其中：

所述第一计数单元，用于对所述增量脉冲信号进行计数，且所述第一计数单元的输入端连接所述第一引脚，输出端连接到所述第一细分单元；

所述第一模数转换单元，用于对所述增量脉冲信号进行模数转换，且所述第一模数转换单元的输入端连接所述第二引脚，输出端连接所述第一细分单元；

所述第一细分单元，用于对所述计数后和模数转换后的增量脉冲信号进行角度优化细分处理，且所述第一细分单元的输出端连接所述总线接口。

在本发明实施例所述的编码器读头中，所述第一感应芯片包括用于生成原点信号的原点码道；所述信号处理电路包括运算放大器，所述运算放大器的输入端连接到所述第一感应芯片的原点码道的输出端，并用于将所述原点信号进行放大处理，且所述运算放大器的输出端连接到所述处理器的第一输入端的第二引脚。

在本发明实施例所述的编码器读头中，所述处理器包括第二计数单元、第二模数转换单元、第二细分单元，其中：

所述第二计数单元，用于对所述放大处理后的原点信号进行计数，且所述第二计数单元的输入端连接所述第一引脚，输出端连接到所述第二细分单元；

所述第二模数转换单元，用于对所述放大处理后的原点信号进行模数转换，且所述第二模数转换单元的输入端连接所述第二引脚，输出端连接所述第二细分单元；

所述第二细分单元，用于对所述计数后和模数转换后的原点信号进行原点优化细分处理，且所述第二细分单元的输出端连接所述总线接口。

在本发明实施例所述的编码器读头中，所述第二感应芯片包括用于获取温度信号的温度感应芯片，所述处理器包括第三模数转换单元、第三细分单元，其中：

所述第三模数转换单元，用于对所述温度信号进行模数转换，且所述第三模数转换单元的输入端连接所述处理器的第二输入端，输出端连接所述第三细分单元；

所述第三细分单元，用于对所述模数转换后的温度信号进行温度优化细分处理，且所述第三细分单元的输出端连接所述总线接口。

在本发明实施例所述的编码器读头中，所述处理器包括参数获取单元和校正单元，其中：

所述参数获取单元，用于通过所述总线接口获取外部输入的参数信息，所述参数信息包括校正参数；且所述参数获取单元的输出端连接所述校正单元；

所述校正单元，用于根据所述校正参数对所述细分后的位置信号和环境信号进行校正；且所述校正单元的输出端连接所述总线接口。

在本发明实施例所述的编码器读头中，所述参数信息还包括电机预设参数，所述处理器根据所述电机预设参数对所述环境信号和经过预处理的位置信号进行细分处理。

在本发明实施例所述的编码器读头中，所述第一感应芯片为以下之一：磁传感器、光学传感器、电容式传感器或电感式传感器，且所述第一感应芯片包括主码道、游标码道和段码道。

本发明实施例还提供一种编码器，包括如上所述的编码器读头。

本发明实施例提供的编码器读头及编码器具有以下有益效果：通过处理器实现读头内部集成外加细分控制器的功能和校正功能并直接进行总线输出，在使用时，只需通过总线连接上位机即可实现参数设置等功能，而无需转接设备，减少了转换器件并且使编码器功能可定制化，实现了精度进一步优化和校正等高精度化需求。

附图说明

图1是本发明提供的编码器读头的第一实施例示意图；

图2是本发明提供的编码器读头的第二实施例示意图；

图3是本发明提供的编码器读头的第三实施例示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。

如图1所示，是本发明提供的编码器读头的第一实施例示意图，该编码器读头适用于电机闭环控制，本发明实施例的编码器读头，包括第一感应芯片1、第二感应芯片2、信号处理电路3、处理器4以及总线接口5，且第一感应芯片1、第二感应芯片2、信号处理电路3、处理器4以及总线接口5集成到同一电路板上(即第一感应芯片1、第二感应芯片2、信号处理电路3、处理器4以及总线接口5位于同一壳体内)。其中：第一感应芯片1，用于生成位置信号，且第一感应芯片1的输出端连接到信号处理电路3的输入端；信号处理电路3，用于对位置信号进行预处理，且信号处理电路3的输出端连接到处理器4的第一输入端；第二感应芯片2，用于生成环境信号，且第二感应芯片2的输出端连接到处理器4的第二输入端；处理器4，用于对环境信号和经过预处理的位置信号进行细分处理；总线接口5连接到处理器4的输出端，并将经过处理器细分处理的位置信号和环境信号输出到外部总线。

本发明实施例提供的编码器读头通过处理器实现读头内部集成外加细分控制器的功能并直接进行总线输出，在使用时，只需通过总线连接上位机即可实现参数设置等功能，而无需转接设备，减少了转换器件并且使编码器功能可定制化，实现了精度进一步优化等高精度化需求。

具体地，如图2所示，上述第一感应芯片1包括用于生成增量信号的增量码道11；信号处理电路3包括比较器31，比较器31的输入端连接到第一感应芯片1的增量码道11的输出端，并用于将增量信号转换为增量脉冲信号，且比较器31的输出端连接到处理器4的第一输入端的第一引脚(图2中qep引脚，quadratureencoderpulse，正交编码脉冲)和第二引脚(图2中adc1引脚，analog-to-digitalconverter，模拟/数字转换器)。

上述处理器4包括第一计数单元401、第一模数转换单元402、第一细分单元403，其中：第一计数单元401，用于对增量脉冲信号进行计数，且第一计数单元401的输入端连接第一引脚，输出端连接到第一细分单元403。第一模数转换单元402，用于对增量脉冲信号进行模数转换，且第一模数转换单元402的输入端连接第二引脚，输出端连接第一细分单元401。第一细分单元，用于对计数后和模数转换后的增量脉冲信号进行角度优化细分处理，且第一细分单元403的输出端连接总线接口5。

上述第一感应芯片1包括用于生成原点信号的原点码道12；信号处理电路3包括运算放大器32，运算放大器32的输入端连接到第一感应芯片1的原点码道12的输出端，并用于将原点信号进行放大处理，且运算放大器32的输出端连接到处理器4的第一输入端的第二引脚。

上述处理器4包括第二计数单元404、第二模数转换单元405、第二细分单元406，其中：第二计数单元404，用于对放大处理后的原点信号进行计数，且第二计数单元405的输入端连接第一引脚，输出端连接到第二细分单元406；上述第二模数转换单元405，用于对放大处理后的原点信号进行模数转换，且第二模数转换单元405的输入端连接第二引脚，输出端连接第二细分单元406；上述第二细分单元406，用于对计数后和模数转换后的原点信号进行原点优化细分处理，且第二细分单元406的输出端连接总线接口5。

上述第一感应芯片除了包括增量码道和原点码道外，也可以是基于m序列随机码的高位主码道和高精度细分增量码道，也可以是基于游标原理的主码道、游标码道和段码道。此外，整体方案不局限于具体的感应原理，可以是磁传感器、光学传感器、电容式传感器或电感式传感器等常用编码器传感原理。读头可以是分体式的独立读头，也可以贯穿于整体编码器。

上述第二感应芯片2包括温度感应芯片21，温度感应芯片21用于获取编码器的工作环境温度(主要是获取外界环境温度，不包括芯片自身温度)，并将温度转化并获取细分前的模拟或数字的温度信号的温度感应芯片21，温度感应芯片21的模拟或数字的温度信号既可以通过温度传感获得，也可以基于温度补偿后的参数设定获得。

上述处理器4还包括第三模数转换单元407、第三细分单元408，其中：第三模数转换单元407，用于对温度信号进行模数转换，且第三模数转换单元407的输入端连接处理器4的第二输入端，输出端连接第三细分单元408；第三细分单元408，用于对模数转换后的温度信号进行温度优化细分处理，且第三细分单元408的输出端连接总线接口5。

如图3所示，上述处理器4还可包括参数获取单元410和校正单元409，其中：参数获取单元410，用于通过总线接口5获取外部输入的参数信息，参数信息包括校正参数；且参数获取单元410的输出端连接校正单元409；校正单元409，用于根据校正参数对细分后的位置信号和环境信号进行比对和分析，到达高精度校正处理；且校正单元409的输出端连接总线接口5。

本发明实施例提供的编码器读头通过校正单元实现读头内部集成校正功能并直接进行总线输出，实现了精度进一步优化和校正等高精度化需求。

上述参数信息还包括电机预设参数，处理器根据电机预设参数对环境信号和经过预处理的位置信号进行细分处理。

本发明实施例提供的编码器读头可以追加其他智能需求，例如芯片自身温度、湿度(对应硬件增加湿度传感器)等智能化需求，即可以根据功能需求定制其软硬件。

本发明实施例还提供一种编码器，包括如上所述的编码器读头。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。