专利名称：开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型提供了一种开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，属于光电传感器技术领域。
背景技术：
将旋转式光电编码器安装在断路器或操动机构的转动轴上，可以通过传感器来测量其分、合闸的运动信号。而开关断路器动作时，均伴随大动量的冲击，这就会引起转动轴的抖动而导致旋转编码器的计数误差。现有的抗抖动装置如图1所示，由输出信号的单方向(上升沿和下降沿)的触发信息，得到判别编码器旋转方向的信号，同时与脉冲计数信号相互牵制，达到互锁的功能。 它用D触发器上升沿触发，得到第5管脚和第6管脚信号分别与编码器输出信号进行逻辑运算，获得编码器的正向旋转UP信号和逆向旋转DOWN信号，送入计数器进行脉冲计算。虽然具有互锁功能，但是不能有效地消除无码脉冲。例如当A相信号一直处于低电平状态，而 B相信号中含有无码脉冲时，逆向旋转DOWN信号中将出现大量的脉冲信号，编码器测量结果显然会出现失真现象。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，利用脉冲信号的光电隔离和整形，通过正旋计数链和反旋计数链的互锁，达到滤除旋转编码器输出信号中的尖峰脉冲的目的，技术方案实现简单，调试简单，成本低，精度高。为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是一种开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，包括两个与门，其特征在于还包括二四译码器D16和 6个D触发器，所述二四译码器D16的两个输入端连接输入信号A和输入信号B，信号输出端％连接触发器D17A和触发器D17B的R输入端以及触发器D20A和触发器D20B 的时钟输入CLK端；信号输出端％连接触发器D19A和触发器D20A的R输入端以及与门D18A的B输入端；信号输出端( 连接触发器D19B和触发器D20B的R输入端以及与门D18B的C输入端；触发器D17A的输出端Q连接触发器D19A的D输入端、输出端
δ连接与门D18B的D输入端，与门D18A的输出端连接触发器D17A的S输入端；触发器D17B
的输出端Q连接触发器D19B的D输入端、输出端2连接与门D18A的A输入端，与门D18B
的输出端连接触发器D17B的S输入端；触发器D19A的Q输出端与触发器D20A的D输入端相连接；触发器D19B的Q输出端与触发器D20B的D输入端相连接；触发器D19A、触发器 D19B、触发器D20A、触发器D20A、触发器D20B的S输入端接地。前述的开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，其特征在于还包括一个由施密特触发器D15组成的整形电路，所述施密特触发器D15的第1管脚、第3管脚分别连接旋转编码器的两个信号输出端；第2管脚、第4管脚的信号输出端分别连接二四译码器的信号输入端A和信号输入端B。前述的开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，其特征在于还包括由光耦合器 D13和光耦合器D14组成的光电隔离电路，所述光耦合器D13和光耦合器D14的第2管脚、 第3管脚分别连接旋转编码器的信号输出端；光耦合器D13的信号输出端连接施密特触发器D15的第1管脚，光耦合器D14的信号输出端连接施密特触发器D15的第3管脚。前述的开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，其特征在于所述的D触发器为上升沿触发，型号为HCF4013 ；所述二四译码器的型号为HCF4555 ；所述二输入与门的型号为 HCF4081。前述的开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，其特征在于所述的施密特触发器D15的型号为74HC14。前述的开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，其特征在于所述的光耦合器的型号为6N137。本实用新型提供的开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置具有如下有益效果是1.利用脉冲信号的光电隔离和整形，通过正旋计数链和反旋计数链的互锁，达到滤除旋转编码器输出信号中的尖峰脉冲的目的。2.逻辑器件价格低廉，成本低，效率高，相比于利用FPGA实现的抗干扰技术方案实现简单，调试简单。3.本方案是利用硬件逻辑电路实现的技术，相对于一些利用软件编程实现的鉴相和滤波计数，更能有效的提高计数精度。
图1是现有的鉴相抗抖动电路连接示意图；图2是本实用新型提供的抗抖动装置的电路连接示意图；图3是二四译码器输出波形示意图；图4是旋转编码器输出信号的隔离、整形电路连接示意图；图5是抖动波形示意图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本实用新型作进一步说明。如图1-图4所示，一种开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，包括2个光耦合器、一个施密特触发器D15、2个与门、一个二四译码器D16、6个上升沿触发的D触发器，光耦合器D13和光耦合器D14的第2管脚、第3管脚分别连接旋转编码器的信号输出端；光耦合器D13的信号输出端连接施密特触发器D15的第1管脚，光耦合器D14的信号输出端连接施密特触发器D15的第3管脚。施密特触发器D15的第2管脚、第4管脚的信号输出端分别连接二四译码器的信号输入端A和信号输入端B。二四译码器D16的信号输出端％连接触发器D17A和触发器D17B的R输入端以及触发器D20A和触发器D20B的时钟输入CLK端；信号输出端仏连接触发器D19A和触发器D20A的R输入端以及与门D18A的B输入端；信号输出端( 连接触发器D19B和触发器 D20B的R输入端以及与门D18B的C输入端；触发器D17A的输出端Q连接触发器D19A的D
输入端、输出端g连接与门D18B的D输入端，与门D18A的输出端连接触发器D17A的S输
入端；触发器D17B的输出端Q连接触发器D19B的D输入端、输出端β连接与门D18A的A
输入端，与门D18B的输出端连接触发器D17B的S输入端；触发器D19A的Q输出端与触发器D20A的D输入端相连接；触发器D19B的Q输出端与触发器D20B的D输入端相连接；触发器D19A、触发器D19B、触发器D20A、触发器D20A、触发器D20B的S输入端接地。图3为二四译码器输出的波形，译码器产生d、a、b、c四种不同的状态。在图5中， 当Β=0、Α=0时，译码器QO输出为d状态，d状态为高电平。当B=0、A=1时，译码器Ql输出为a状态，a状态为高电平。当B=l、A=I时，译码器Q2输出为b状态，b状态为高电平。B 状态不影响计数和方向确定，在图3电路中没有使用。当B=I、A=O时，译码器Q3输出为c 状态，c状态为高电平。图2是本专利所应用的抗抖动电路。当旋转编码器正向旋转时，译码器输出的状态顺序为d、a、b、c、d、a、b、c···.。如图5所示。当B=0、A=O时，进入d状态，与门D18A的 Pin2=a=0,于是D18A的输出Pin3=0。D触发器D17A的R=d=l、S=0、因此D17A被清0。与门 D18B 的 Pin5=c=0，于是 D18B 的输出 Pin4=0。D 触发器 D17B 的 R=d=l、S=0，因此 D17B 也被
清0。这时D17A、D17B的◎端都为1，与门D18的Pinl=Pin6=l，D18A和D18B都处于等待开
门状态。当进入状态a时，Ql=a=l，D18A的Pin2^i=l.由于c=0，所以D17B的Q/端仍为1， D18A 的 Pinl=l，D18A 的输出 Pin3=l。D17A 的 R=d=0、S=l，因此 D17A 被置 1。D17A 的 Q=I,
0=0。D17A的Q=l，正旋标志送到了 D19A的D端。同时D17A的β端关闭了 D18B。在下
一个d出现之前，所有的c脉冲都不会改变D17B的状态。这就是说，D17A、D19A、D20A组成的正旋计数链被打开，D17B、D19B、D20B组成的反旋计数链被阻断。D18A、D18B、D17A、D17B 完成互锁的功能。在进入状态a时，D19A的R=a=U S=O，D19A被清0，D20A的R=a=l、S=O， D20A被清0。在进入状态(；之前，0194的1 =3=0、5=0、0=1，0194处于待触发状态。D19A的 CLK=c,当c脉冲上升沿过后，D=I被打入D19A的Q端，正旋标志送到了 D20A的D端。在进入状态d前，D20A的R=a=0、S=0，D20A处于待触发状态。D20A的CLK=d，当d脉冲上升沿过后，D=I被打入D20A的Q端，正旋标志送到了正旋计数输出端。正旋计数输出端由低电平变为高电平。到此为止，完成了一次正旋计数。当由状态d进入状态a时，D20A的R=a=l、 S=0，D20A被清0，正旋计数输出端由高电平变为低电平。由此可知，当旋转编码器正向旋转时，对应A相和B相的每一个完整周期，正旋计数输出端都会产生相应的一个脉冲，将此脉冲送入DSP的捕获单元。当旋转编码器反向旋转时，译码器输出的状态顺序为d、C、b、a、d、C、b、a···.。同理分析，进入d状态，与门D18A和D18B均输出0，并分别反馈回至D17A和D17B的S端，而 D17A和D17B的R端为1，所以D触发器D17A和D17B输出0状态，即D17A的Pin2=l，D17B 的Pinl2=l。下一个状态c到来时，Q1=0，Q3=1，使得D18A输出0，D18B输出1，所以，D触发
器D17A的R=S=O,维持前一状态不变，而D17B的R=0，S=I，输出1状态，即Q=I，β =0，将反
旋标志送到了 D19B的D端，0端关闭了 D18A。在下一个d状态来临前，所有的a信号都不会改变D17B的状态。也就是说此时的反旋计数链打开，正旋计数链阻断。在进入a状态前， D19B的D端为1，R=S=O,等待时钟信号的上升沿触发。a状态的Ql接至D19B的CLK端，也
就是说，a状态到来时，上升沿触发了 D19B，使其输出1，即Q=I Q =0其Q端送至D20B的D
端，等待d状态来临。d状态到来前，R=S=0，CLK接至QO端，也是待触发状态，当d状态来临
时，脉冲上升沿触发D触发器，使得D20B输出1，即Q= I Q =0，反旋标志送到了反旋计数输
出端。当由状态d进入状态c时，D20B的R=c=l，S=O，D20B被清0，反旋计数输出端由高电平变为低电平，到此，在一个完整的周期内完成了一次反旋计数，并送至DSP的捕获单元。在图7所示的抖动波形中，当从状态d进入状态a时，正旋标志送到D19A的D端。 此后的a、b、a、b、a、b都不起作用，只是把D19A和D20A反复清0.当从状态b进入状态c 时，正旋标志送到D20A的D端。当从状态c进入状态d时，正旋标志送到正旋计数输出端， 同时D17A和D17B被清0。在从状态d进入状态c后，反旋标志送到D19B的D端。同时， D=O被打入D19A的Q端，这是D20A的D端为0。在从状态c回到状态d后，反旋计数权被释放。但是，由于D20A的D端为0，虽然这里再次出现状态d，该d脉冲不会发生计数，这就是抗抖动。综上所述，本实用新型提供的一种开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，利用脉冲信号的光电隔离和整形，通过正旋计数链和反旋计数链的互锁，达到滤除旋转编码器输出信号中的尖峰脉冲的目的，技术方案实现简单，调试简单，成本低，效率高。以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界。
权利要求1.一种开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，包括两个与门，其特征在于还包括二四译码器D16和6个D触发器，所述二四译码器D16的两个输入端连接输入信号A和输入信号B，信号输出端( 连接触发器D17A和触发器D17B的R输入端以及触发器D20A和触发器D20B的时钟输入CLK端；信号输出端％连接触发器D19A和触发器D20A的R输入端以及与门D18A的B输入端；信号输出端( 连接触发器D19B和触发器D20B的R输入端以及与门D18B的C输入端；触发器D17A的输出端Q连接触发器D19A的D输入端、输出端β连接与门D18B的D输入端，与门D18A的输出端连接触发器D17A的S输入端；触发器D17B的输出端Q连接触发器D19B的D输入端、输出端β连接与门D18A的A输入端，与门D18B的输出端连接触发器D17B的S输入端；触发器D19A的Q输出端与触发器D20A的D输入端相连接；触发器D19B的Q输出端与触发器D20B的D输入端相连接；触发器D19A、触发器 D19B、触发器D20A、触发器D20A、触发器D20B的S输入端接地。
2.根据权利要求1所述的开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，其特征在于还包括一个由施密特触发器D15组成的整形电路，所述施密特触发器D15的第1管脚、第3管脚分别连接旋转编码器的两个信号输出端；第2管脚、第4管脚的信号输出端分别连接二四译码器的信号输入端A和信号输入端B。
3.根据权利要求2所述的开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，其特征在于还包括由光耦合器D13和光耦合器D14组成的光电隔离电路，所述光耦合器D13和光耦合器D14 的第2管脚、第3管脚分别连接旋转编码器信号输出端；光耦合器D13的信号输出端连接施密特触发器D15的第1管脚，光耦合器D14的信号输出端连接施密特触发器D15的第3管脚。
4.根据权利要求1所述的开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，其特征在于所述的D触发器为上升沿触发，型号为HCF4013 ；所述二四译码器的型号为HCF4555 ；所述二输入与门的型号为HCF4081。
5.根据权利要求2所述的开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，其特征在于所述的施密特触发器D15的型号为74HC14。
6.根据权利要求3所述的开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，其特征在于所述的光耦合器的型号为6Ν137。
专利摘要本实用新型提供了一种开关断路器中旋转编码器的抗抖动装置，由二输入与门、施密特触发器、二四译码器、D触发器和光耦合器组成的数字逻辑电路，即用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路。本实用新型解决了现有技术中有开关断路器产生的大动量的冲击，而引起转动轴的抖动而导致旋转编码器的计数误差的问题，利用脉冲信号的光电隔离和整形，通过正旋计数链和反旋计数链的互锁，达到滤除旋转编码器输出信号中的尖峰脉冲的目的，整个装置价格低廉，成本低，效率高。
文档编号H03M1/08GK202206372SQ20112033790
公开日2012年4月25日 申请日期2011年9月9日 优先权日2011年9月9日
发明者张旭, 徐秦 申请人:江苏西电南自智能电力设备有限公司