电磁式编码开关和转轮的旋转信息计算方法与流程

1.本发明涉及电子传感器技术领域，尤其涉及一种电磁式编码开关和转轮的旋转信息计算方法。


背景技术：

2.常见编码开关有机械式、光电式和霍尔开关式等，都是把手拨动转轮(或者转盘)的旋转信息输送给单片机，再由单片机判定旋转方向，并根据旋转方向完成一系列操作。这种手动的方式效率低下，因此如何提供一种能够自动获取转轮旋转信息的方式，是当前亟需解决的问题。


技术实现要素：

3.有鉴于现有技术的不足，本发明提供一种电磁式编码开关，包括：转轮总成，所述转轮总成包括：lc谐振电路，所述lc谐振电路包括电感l和与所述电感l连接的电容c，所述电感l带有磁芯，所述电感l用于接收和发射电磁波；转轮，所述lc谐振电路设于所述转轮上；收发单元，所述收发单元包括：天线，设于所述转轮下方，用于在发射周期发射预设频率的电磁波，以使得所述lc谐振电路在所述发射周期接收能量；与所述天线连接的天线选择开关。
4.可选的，所述转轮总成还包括轴承，所述转轮通过所述轴承固定在所述天线上方。
5.可选的，所述收发单元还包括：与所述天线选择开关依次串接的第一放大器和第二放大器，比较器、mcu处理器及无线模块、串接于所述第二放大器与所述mcu处理器之间的检波器和采样保持器、串接于所述天线选择开关与所述mcu处理器之间的天线发射信号驱动器。
6.可选的，所述电磁式编码开关还包括：与所述mcu处理器连接的usb接口以及依次与所述usb接口串接的电源管理和充电电池。
7.本发明第二方面提供一种转轮的旋转信息计算方法，所述计算方法基于权利要求1至4中的电磁式编码开关，包括：通过所述转轮下方设置的天线以预设频率在发射周期发送电磁波，使得所述天线上方的lc谐振电路接收能量；在所述天线的接收周期内，通过所述lc谐振电路的所述电感l和所述电容c进行能量交换，以固有谐振频率产生自由振荡信号，以发送给所述lc谐振电路；将所述天线接收到的所述自由振荡信号进行放大和分析处理，以得到所述自由振荡信号的频率和幅度；根据所述振荡信号的频率和幅度，确定所述转轮的旋转信息。
8.可选的，所述电磁式编码开关包括3组lc谐振电路，所述3组lc谐振电路等间距排列在所述转轮的pcb板上，所述各lc谐振电路的电感l带有的磁芯均为圆柱，所述磁芯的轴线垂直于所述天线，所述3组lc谐振电路的谐振频率互不相同。
9.可选的，所述电感倾斜放置于所述转轮的pcb板上。
10.可选的，所述lc谐振电路的电感l包括异形磁芯，所述异形磁芯的横断面的两端大
小不同。
11.本发明第三方面提供一种旋转信息计算装置，包括：收发单元，用于通过所述转轮下方设置的天线以预设频率在发射周期发送电磁波，使得所述天线上方的lc谐振电路接收能量；交换单元，用于在所述天线的接收周期内，通过所述lc谐振电路的所述电感l和所述电容c进行能量交换，以固有谐振频率产生自由振荡信号，以发送给所述lc谐振电路；处理单元，用于将所述天线接收到的所述自由振荡信号进行放大和分析处理，以得到所述自由振荡信号的频率和幅度；确定单元，用于根据所述振荡信号的频率和幅度，确定所述转轮的旋转信息。
12.本技术实施例第四方面提供一种计算机可读存储介质，存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令在计算设备上运行时，使得计算设备执行上述任意实施例所述的转轮的旋转信息计算方法。
13.本技术实施例第五方面提供一种计算机程序产品，包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。
附图说明
14.图1为本技术实施例提供的一种电磁式编码开关的系统框图；
15.图2a为本技术实施例提供的一种转轮的旋转信息计算方法的流程示意图；
16.图2b为本技术实施例提供的一种电磁式编码开关信号幅度图；
17.图2c为本技术实施例提供的另一种电磁式编码开关信号幅度图；
18.图2d为本技术实施例提供的电磁编码开关磁芯形状图；
19.图2e为本技术实施例提供的一种可能的磁芯的示意图；
20.图3为本技术实施例提供的一种可能的旋转信息计算装置的结构示意图；
21.图4是本技术实施例提供的一种服务器的结构示意图。
具体实施方式
22.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
23.请参阅图1，图1为本技术实施例提供的一种电磁式编码开关的系统框图，所述电磁式编码开关10包括转轮总成11，所述转轮总成11包括：lc谐振电路111，所述lc谐振电路111包括电感l和与所述电感l连接的电容c，所述电感l带有磁芯，所述电感l用于接收和发射电磁波；转轮112，所述lc谐振电路111设于所述转轮112上；收发单元12，所述收发单元12包括：天线121，设于所述转轮112下方，用于在发射周期发射预设频率的电磁波，以使得所述lc谐振电路111在所述发射周期接收能量；与所述天线连接的天线选择开关122。
24.需要说明的是，所述转轮总成11还可包括线圈组件，所述线圈组件用于接收电磁波并产生电能，同时可以用于发射压感信号，当然，所述线圈组件10可以只一个线圈，通过一个线圈来实现产生电能和发射压感信号的功能，也可以包括两个线圈，一个线圈用于产
生电能，一个线圈用于发射压感信号。
25.所述转轮总成11中，所述磁芯电感l和所述电容c焊接在所述转轮内的pcb板上，可以设置有1至3组lc谐振电路。
26.实际应用中，所述转轮112通过轴承固定在天线上方，使得旋转更加稳定、灵活。
27.所述lc谐振电路111包括电感l和与所述电感l连接的电容c。所述电感l中设置有铁氧体磁芯，通过磁芯在所述电感l中的位置，从而改变所述电感l的电感量的大小，从而改变了所述lc谐振电路111的谐振频率。
28.所述收发单元12包括与所述电感l耦合的天线121、与所述天线121连接的天线选择开关122、与所述天线选择开关122依次串接的第一放大器123、第二放大器124、比较器125、mcu处理器126、串接于所述第二放大器124与所述mcu处理器126之间的检波器128和采样保持器129、串接于所述天线选择开关122与所述mcu处理器126之间的天线发射信号驱动器130、与所述mcu处理器126连接的usb接口(图未示出)以及依次与所述usb接口(图未示出)串接的电源管理(图未示出)和充电电池(图未示出)。
29.实际应用中，所述天线121由环形铜箔走线构成，铜箔的宽度和形状决定所述天线121的电性能特性。铜箔可以呈x和y方向分布的，且两个方向上的所述天线121的形状一致，均可采用“口”字型，。所述天线121一端通过所述天线选择开关122接所述第一放大器123的输入端，所述天线121的另一端通过所述天线选择开关122接地或者直接接地。
30.在本发明可选的实施方式中，所述天线选择开关122为八选一模拟开关，根据所述天线121的数量来选择八选一模拟开关的用量，一般会用到5至8个。所述第一放大器123和所述第二放大器124为低噪声增益带宽积大于10mhz集成运算放大器。所述mcu处理器126具有adc、usb、spi接口，且其工作时钟频率为40mhz。所述检波器128为二极管检波电路。所述天线发射信号驱动器130为射随电路。所述无线通讯模块为具有spi接口的蓝牙模块。所述采样保持器129由rc积分电路构成。
31.需要说明的是，所述放大和mcu控制部分可集成为单芯片，再利用串口与产品主控mcu通讯。
32.本技术实施例还提供一种转轮的旋转信息计算方法，所述计算方法基于上述的电磁式编码开关，请参阅图2，为本技术实施例提供的一种转轮的旋转信息计算方法的流程示意图，包括：
33.101、通过所述转轮下方设置的天线以预设频率在发射周期发送电磁波，使得所述天线上方的lc谐振电路接收能量；
34.102、在所述天线的接收周期内，通过所述lc谐振电路的所述电感l和所述电容c进行能量交换，以固有谐振频率产生自由振荡信号，以发送给所述lc谐振电路；
35.103、将所述天线接收到的所述自由振荡信号进行放大和分析处理，以得到所述自由振荡信号的频率和幅度；
36.104、根据所述自由振荡信号的频率和幅度，确定所述转轮的旋转信息。
37.mcu根据获得的自由振荡信号进行判断和计算，得到所述转轮的旋转信息，所述旋转信息包括位置信息和旋转速度信息。需要说明的是，所述自由振荡信号可以是数字电压信号，也可以是模拟电压信号，具体此处不作限定。
38.确定所述转轮的旋转信息的方式有多种，包括：1、所述电磁式编码开关包括3组lc
谐振电路，所述3组lc谐振电路等间距排列在所述转轮的pcb板上，所述各lc谐振电路的电感l带有的磁芯均为圆柱，所述磁芯的轴线垂直于所述天线，所述3组lc谐振电路的谐振频率互不相同，即利用频率识别方向，3组lc谐振回路等间隔排列在转轮内的pcb上，电感磁芯为圆柱或者“工”字形，磁芯轴线垂直环形天线。3组lc谐振回路的谐振频率各不相同，如谐振频率分别为a、b、c，顺时针旋转mcu处理器就会检测到abcabcabc组合序列，逆时针旋转mcu处理器就会检测到acbacbacb组合序列，即可以得到自由振荡信号的频率和幅度就，进而确定转轮的旋转信息。
39.2、将所述电感倾斜放置于所述转轮的pcb板上，利用感应信号幅度识别方向。电感倾斜放置在转轮内的pcb上，如图2a所示。由于磁芯倾斜，磁力线穿过磁芯的强弱会随磁芯到天线的距离而变化，进入天线时感应信号的幅度会如图2b或者2c所示，从而根据信号幅度变化情况判断转轮旋转方向。
40.所述lc谐振电路的电感l包括异形磁芯，所述异形磁芯的横断面的两端大小不同，请参阅图2d，为本技术实施例提供的一种可能的磁芯的示意图。即利用感应信号幅度识别方向。电感采用异形磁芯，由于磁芯横断面形状一头大另一头小，穿过磁芯的磁力线会随磁芯面积而变化，进入发射天线时感应信号的幅度会如图2b或者图2c所示，从而根据信号幅度变化情况判断转轮旋转方向。
41.本技术实施例还提供一种旋转信息计算装置，请参阅图3，为本技术实施例提供的一种旋转信息计算装置的结构示意图，包括：
42.收发单元301，用于通过所述转轮下方设置的天线以预设频率在发射周期发送电磁波，使得所述天线上方的lc谐振电路接收能量；
43.交换单元302，用于在所述天线的接收周期内，通过所述lc谐振电路的所述电感l和所述电容c进行能量交换，以固有谐振频率产生自由振荡信号，以发送给所述lc谐振电路；
44.处理单元303，用于将所述天线接收到的所述自由振荡信号进行放大和分析处理，以得到所述自由振荡信号的频率和幅度；
45.确定单元304，用于根据所述振荡信号的频率和幅度，确定所述转轮的旋转信息。
46.本技术实施例还提供了另一种旋转信息计算装置，该旋转信息计算装置部署于服务器。请参阅图4，图4是本发明实施例提供的一种服务器的结构示意图，该服务器400可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上中央mcu处理器(central processing units，cpu)422(例如，一个或一个以上mcu处理器)和存储器332，一个或一个以上存储应用程序442或数据444的存储介质330(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器432和存储介质330可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质430的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对服务器中的一系列指令操作。更进一步地，中央mcu处理器422可以设置为与存储介质430通信，在服务器400上执行存储介质430中的一系列指令操作。
47.服务器400还可以包括一个或一个以上电源426，一个或一个以上有线或无线网络接口450，一个或一个以上输入输出接口458，和/或，一个或一个以上操作系统441，例如windows servertm，mac os xtm，unixtm，linuxtm，freebsdtm等等。
48.上述实施例中由旋转信息计算装置所执行的步骤可以基于该图4所示的服务器结
构。
49.本技术还提供一种计算机可读存储介质，存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令在计算设备上运行时，使得计算设备执行上述任意实施例所述的图像移动的方法。
50.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。
51.所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，ssd))等。
52.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
53.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
54.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
55.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
56.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
57.以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。