一种旋转变压器掉电计圈的方法及电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电学领域，涉及电子位置检测元件，具体为一种低功耗旋转变压器掉电计圈的方法及电路。
【背景技术】
[0002]旋转变压器，简称旋变，旋变作为位置检测元件，抗干扰性强，可以在恶劣的环境下稳定工作，在各领域得到广泛的应用。在某些领域应用时，不仅需要获得上电场合旋变转子的实时角度值，而且需要断电场合下实现旋变的计圈。如工业机器人领域。
[0003]目前国内市场上缺乏成熟的旋变掉电计圈方案及实现方法。现有技术由旋变系统的主电源给旋变解码芯片、处理器等电路供电，所述的掉电是指旋变解码芯片不工作了，而旋变转子仍然还在进行旋转，上电状态下可以使用旋变解码芯片获取转子的实时位置，而掉电模式下如何对旋变计圈，国内尚无这方面的技术。国外极少数公司如日本的多摩川，为此推出了一款旋变掉电计圈的专用芯片AUA70N1，掉电状态下使用锂电池供电，可在低功耗的模式下实现掉电计圈功能。但是此类专用芯片必须与其厂家自己的指定型号的旋变解码芯片协同使用，如上述多摩川的专用芯片AUA70N1，必须和用于完成O度到360度范围内绝对位置的实时解算的旋变解码芯片AU6802N1配套使用;加上此类旋变解码芯片在分辨率等重要参数方面，无法满足市场应用要求;最后此类专用芯片也存在成本高、供货周期长、供货不稳定等缺点。因此，发明不受旋变解码芯片型号限制、可移植性强、低成本、低功耗的旋变掉电计圈功能的意义重大。
[0004]本发明提出一种旋变掉电计圈的方法，不局限于专用特定芯片，打破国内该项技术空白的现状，具有很高的市场应用价值。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的问题是:现有技术中对旋转变压器掉电计圈的方案需要专用芯片对应使用，适用范围窄，不能满足工业中多种应用要求，且成本高。
[0006]本发明的技术方案为:一种旋转变压器掉电计圈的方法，旋转变压器简称旋变，旋变解码芯片与处理器联合使用，实现计圈，其特征是设置一锂电池，在旋变上电模式下，通过旋变解码芯片对旋变进行计圈，计圈数值输入处理器，掉电模式下使用锂电池供电，旋变解码芯片不工作，处理器控制外围电路产生旋变励磁信号发送给旋变，旋变的反馈信号经比较器输入处理器并对旋变进行计圈，实现低功耗;上电与掉电两种模式下的圈数通过处理器统一计算在一起，最终的圈数不区分上电模式和掉电模式，其中旋变掉电模式下，所述旋变励磁信号为方波激励信号，旋变的两路差分反馈信号经过比较器后输出差分信号ST和差分信号CT，再输入到处理器中，旋变转子转过360度为一圈，一圈分为四个象限，当旋变转子处在不同象限时，处理器接收到的ST和CT信号的组合逻辑电平不同，由此处理器判断旋变转子的象限位置实现对旋变的计圈。
[0007]作为优选方式，旋变的两路差分反馈信号ST+/ST-和CT+/CT-的经比较器后得到组合逻辑电平{31'，(:1'}，在所述组合逻辑电平的高位增加一位，该位始终置‘1’，即{1，51'，(:1'}，作为处理器判断旋变转子象限位置的依据，当旋变转子在第一象限时，比较器输出信号{I，ST，CT}的值是{111}，当旋变转子在第二、三、四象限时，{I，ST，CT}的值分别是{110}、{100}、{101}o
[0008]进一步的，设置掉电阈值，当检测到旋变系统电压跌落至掉电阈值时，断开旋变与旋变解码芯片的连接，切换为旋变与处理器的连接模式，同时锂电池开始供电，即从上电模式切换为掉电模式。
[0009]本发明还公开了一种旋转变压器掉电计圈的电路，包括掉电模式外围电路模块、旋变、上电模式外围电路模块、旋变解码芯片、处理器芯片和锂电池，掉电模式外围电路模块中设有常开开关、方波激励信号电路和比较器，方波激励信号电路的输出通过常开开关连接旋变的激励输入端，旋变的输出经常开开关连接比较器，比较器的输出连接处理器芯片，上电模式外围电路模块中设有常闭开关和信号调理电路，旋变解码芯片通过上电模式外围电路模块与旋变连接，旋变解码芯片和处理器芯片之间数据连接，处理器芯片控制常闭开关和常开开关的连通与关断，锂电池为掉电模式外围电路模块和处理器芯片提供电源。
[0010]掉电模式外围电路模块还设有上下电监控信号电路，上下电监控信号电路监测旋变系统电压，并连接处理器芯片。
[0011]本发明提出一种旋变掉电计圈的方法，实现掉电模式下的旋变计圈，填补了国内技术空白，此方法包含掉主电后快速稳定地切换到锂电池辅电，以及在锂电池辅电供电条件下以最小功耗完成计圈功能两种技术。具有以下创新技术特点:
[0012]1、所述旋变解码芯片为通用普通旋变解码芯片，不局限于具体型号，可以包括AD2S1200、AD2S1210、AU6802、AU6805等;所述的处理器也不局限于具体型号，为通用的处理器芯片，可以包括单片机、DSP、FPGA/CPLD和ARM处理器等。
[0013]2、掉电模式下采用方波激励信号，实现旋变计圈的低功耗工作模式。
[0014]3、上电、掉电模式的切换，不影响旋变计圈。
[0015]4、掉电模式下计圈的方法，包含3位编码方式。
[0016]5、掉电模式与上电模式下计圈数据的统一，旋变计圈不受上电掉电的影响。
[0017]本发明提出一种基于间歇性方波励磁的旋变掉电计圈的方法，打破国内该技术空白的现状，突破对国外专用芯片的依耐性，旋变解码芯片以及处理器芯片都不再受特定型号的限制，利用通用的处理器与任一厂家旋变解码芯片配合使用即可实现，硬件平台和软件算法的可移植性强，后续系统升级的灵活性高。此外，本发明方法中掉电模式下励磁方式采用间歇性方波励磁，极大的降低了功耗，满足应用中的低功耗需求。
【附图说明】
[0018]图1为本发明旋变掉电计圈方法对应的电路示意图。
[0019]图2为本发明方法在旋变掉电模式下的开关控制信号示意图。
[0020]图3为本发明方法各象限的检测编码值。
【具体实施方式】
[0021]本发明的电路如图1所示，包括掉电模式外围电路模块1、旋变2、上电模式外围电路模块3、旋变解码芯片4、处理器芯片5和锂电池6，掉电模式外围电路模块I中设有常开开关、方波激励信号电路和比较器，方波激励信号电路的输出通过常开开关11连接旋变2的激励输入端，旋变2的输出经常开开关12和常开开关13连接比较器，比较器的输出连接处理器芯片5，上电模式外围电路模块3中设有常闭开关和信号调理电路，旋变解码芯片4通过上电模式外围电路模块3与旋变2连接，旋变解码芯片4通过信号调理电路和常闭开关31发送正弦波励磁信号至旋变2，旋变2通过常闭开关32、常闭开关33以及信号调理电路将反馈信号送至旋变解码芯片4，处理器芯片控制常闭开关和常开开关的连通与关断，旋变解码芯片4和处理器芯片5之间数据连接，锂电池6为掉电模式外围电路模块I和处理器芯片5提供电源。
[0022]旋变2、上电模式外围电路模块3、旋变解码芯片4和处理器芯片5实现上电模式下O度到360度范围内绝对位置的实时解算功能和计圈功能;掉电模式外围电路模块1、旋变2、处理器芯片5和锂电池6实现掉电模式下的计圈功能。两种模式之间通过旋变解码芯片与处理器芯片的通信接口完成数据的交互。当旋变电路处于上电模式下，各模块均处于工作状态，处理器芯片5完成上电模式计圈功能，此时掉电外围电路模块I也处于工作状态，由于其中的常开开关处于关断状态，反馈信号不会到达比较器，锂电池6此时不供电，即工作，但是不输出电流。当系统处于掉电模式下，掉电模式外围电路模块1、旋变2、处理器芯片5和锂电池6处于工作状态，由锂电池6供电，上电模式外围电路模块3、旋变解码芯片4处于断电状态，不工作以节省功耗，同时处理器芯片5激活掉电计圈的功能，掉电计圈亦在此模块实现。上电与掉电两种模式下的圈数通过处理器芯片5统一计算在一起，最终的圈数不区分上电模式和掉电模式，其中旋变掉电模式下，处理器芯片5控制掉电模式外围电路模块I向旋变2发出方波激励信号，旋变2的反馈信号经过比较器输入到处理器芯片5中，旋变转子转过360度为一圈，一圈分为四个象限，当旋变转子处在不同象限时，处理器芯片5接收到的ST和CT信号的组合逻辑电平不同，处理器判断旋变转子的象限位置实现对旋变2的计圈。
[0023]切换上电掉电模式的实施方式为:设置掉电阈值，由掉电模式外围电路模块I中的上下电监控信号电路监测旋变系统的电压，当旋变系统电压跌落至掉电阈值时，断开旋变2与旋变解码芯片4的连接，切换为旋变2与处理器芯片5的连接模式，即上电模式切换到掉电模式，同时锂电池开始供电。掉电模式下，在处理器芯片5中实现掉电计圈，该方法具有很强的移植性，可轻松移植到单片机、DSP、FPGA或ARM的平台上。
[0024]下面通过具体实施例来说明本发明的实施。
[0025]1.上电模式工作方式:
[0026]常闭开关31、常闭开关32、常闭开关33处于闭合状态，常开开关11、常开开关12、常开开关13处于断开状态。旋变解码芯片产生旋变所需要的特定频率的正弦波差分励磁信号，经过图1模块3的信号调理后，输入进旋变中。旋变输出的SIN、C0S差分信号同样经过图1模块3的信号调理后，输入进旋变解码芯片，旋变解码芯片根据反馈的SIN、C0S信号实时解算出绝对位置。获取绝对位置是使用旋变需要保证的最基本功能。该模式下的计圈功能，可通过模块5检测旋变解码芯片发出的计圈脉冲实现。
[0027]2.上电，掉电模式检测与切换:
[0028]当系统在上电模式下掉主电时，工作模式立马从上电模式切换到掉电模式。
[0029]当系统在上