专利名称：一种电保持多圈绝对值编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是控制系统的应用，具体的是应用于闸门开度及高度控制，高度信号手，自双回路独立，冗余控制。适用于各种起重设备起升高度、煤矿井下深度、船用水下深度和水坝间门起升高度测量等系统。
背景技术：
目前，传统多圈绝对值编码器采用光电码盘和微型减速机来完成，也采用光电编码器和单片机配合的电子式光电多圈绝对值编码器。传统的光电编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性及精度可以达到普通标准、一般要求，但容易碎。金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃码盘差一个数量级。塑料码盘是经济型的，其成本低，精度和耐高温达不到高要求。此外，光电编码器是通过在码盘上刻线来计算精度，所以精度越高，码盘就会越大，编码器体积越大，并且精度也不是连续的。同时，传统编码器安装相对较为复杂，且由于轴心有侧向力拉引，若其安装同心度有偏差，主轴越高速旋转时， 其水平拉力越大、其偏摆度越高，其损坏率也相对增加。间接传动安装的工件(齿轮、皮带) 多会有磨耗。在加工时马达与主轴之间皮带的松紧度影响加工精度，太松、精度差且易造成断刀问题，太紧、加大其水平拉力，加速磨损主轴。低防护售后高维修IP等级较低。当受到外力撞击，易损坏。最大转速通常标注为6000rpm实际上经常达不到，有些运行到3000rpm 就会出现问题。对于单圈绝对式编码器来说，当转动超过360度时，编码又回到原点，这样就不符合绝对编码唯一的原则，这样的编码器只能用于旋转范围360度以内的测量，如果要测量旋转超过360度范围，单圈绝对式编码器是无法满足的。一般的增量型编码器输出两个A、 B脉冲信号，和一个Z (L)零位信号，A、B脉冲互差90度相位角，通过脉冲计数可以知道位置，角度和圈数不断增加，通过A，B脉冲信号超前或滞后可以知道正反转，停电后，必须从约定的基准重新开始计数。增量型编码器测量位置，角度和圈数时，需要做后处理，重新投电要做“复零”操作，没有记忆设备绝对位置的功能。随着我国自动化程度的提高，传统编码器已经不能满足我们的需要，迫切需要一种新型的编码器。
发明内容
本发明的目的是针对目前各种起重设备起升高度、煤矿井下深度、船用水下深度和水坝闸门起升高度测量中存在诸多不适的问题，而提供极为适用于设备高度、深度、闸门开度等控制系统中。解决上述问题所采取的技术方案是
一种电保持多圈绝对值编码器，包括单片机、铁电类存储器、集成霍尔元件、485通讯、 联动轴、永磁铁、磁编码器、充电电源管理；所述联动轴和永磁铁与磁编码器相传导，联动轴和永磁铁与霍尔元件相传导，铁电类存储器、485通讯、集成霍尔元件分别与单片机连接，并输出4一 20mA标准电流。
上述测量原理图内容1如图1所示，磁电式编码器采用磁电式设计，多圈编码器优点是测量范围大，实际使用往往富裕较多，安装时不必要找零点，可以将某一中间位置作为起始点，通过磁感应器件永磁铁和联动轴、利用磁场的变化来产生和提供转子的绝对位置。上述测量原理图内容2如图2所示，当用磁铁与联动轴转动时，采用集成霍尔元件作为角度传感器，分辨率为4096线，功耗降低到较传统的光学编码器的1/10，不存在必须连续供电的情况，采样时间间隔设置为实际转速的2倍。上述硬件结构图如图3所示，包括单片机处理器芯片、铁电类存储器、集成霍尔元件、485通讯模块和充电电源管理。所述铁电类存储器、485通讯模块和集成霍尔元件分别与单片机处理器相连接。单片机处理器输出端一端为4一20mA标准电流。本发明的工作原理
电保持多圈绝对值编码器是从目前的学术前沿传统编码器技术引用过来，通过增加低功耗设计来实施的。本发明的电保持多圈绝对值编码器系统结构示意图如图1所示，是由永磁铁、联动轴和磁编码器构成。测量原理2所示，是由永磁铁、联动轴和集成霍尔元件作为角度传感器来构成。硬件结构图示意图3所示，霍尔元件传感器采集信号，经单片机处理并存储到flash里，编码器具有模拟量数字量双输出的性能优势，同时有4-20mA模拟量输出、RS-485数字量输出，方便连接所有类型的PLC，现场万用表+笔记本即可调试，目前市场上最为方便好用、准确可靠的绝对值多圈编码器。同时本系统具有以下技术特点1. 4-20mA模拟量输出、RS-485数字量通讯输出兼具可选。2.智能化可设定，因采用磁感应， 电子计数方式，故圈数可任意设定，输出直接对应测量量程、绝对角度或位置。3.编码器具有外部置位线，可外部设置任意事先设定的位置值。4. RS-485输出为总线型，可设置多地址及波特率，可多个编码器同时进一个PLC通讯口，连接成本低。5.同类工业等级绝对值多圈编码器中，价格最低。5.闸门开度、高度提升、塔机长期批量配套使用。6.内部采用磁编码器，电保持，掉电不影响圈数的记录。7.内置信号转换，4-20mA模拟电流与RS-485输出，方便连接各种设备。8.上位机软件设定，多用途、多功能，直接对应单圈多圈角度、多圈长度、 转动平移速度测量。9. 4mA对应值、20mA对应值任意设定及微调；方向设定；外部置位设定预设位置，安装方便，无需找零。10.内部磁编码器，电保持，全数字化记值，线性度高，准确性高，信号无温度、机械影响，信号干扰零点漂移极小。本发明的优点 1、造价低
传统光学多圈编码器采用微型减速机计量多圈编码，但是该装置在保证精度的情况下，造价非常高，而且对工艺要求也非常严格，加工复杂；新型磁编码器采用电子计数，工艺简单，只需要在转轴顶部增加一个磁铁，造价低。2、计量范围宽
传统光学多圈编码器采用微型减速机计量多圈编码，最大量程有限制；新型磁编码器采用电子计数，量程范围无限制。3、计量精度高
传统光学多圈编码器采用微型减速机计量多圈编码，对于减速机的依赖大，生产过程中一致性不好，特别是许多国内产品，精度差；新型磁编码器采用电子计数，精度取决于磁编码器的线精度，多圈后无精度损失。4、功耗低，断电后连续工作一年以上
传统光学多圈编码器，断电以后不丢失圈数；新型磁编码器断电后采用后被充电电池供电，计量掉电后转动的圈数，上电后将电池充满，目前可以做到系统功耗不超过500微安，使用普通120毫安时的充电电池可以连续工作一年，数据是存储到flash中，掉电后保持10年。本发明设计科学、合理、富有创意、充分体现出电保持多圈绝对值编码器的灵活性、方便性、易操作和运行的准确性等传统编码器所不具备的优点。提高了编码器的效率， 极大地降低了其功耗，实用性较强，整体结构紧凑、耗材少、寿命长、成本低廉、性能稳定、可靠、维修方便，本发明适宜工业部门推广使用。
图1为本发明的测量原理1示意图。图2为本发明的测量原理2示意图。图3为本发明的硬件结构示意图。
具体实施例方式一种电保持多圈绝对值编码器，其中包括单片机8、铁电类存储器7、集成霍尔元件4、485通讯9、联动轴1、永磁铁2、磁编码器3、充电电源管理5、4一20mA标准电流6 ；所述联动轴1和永磁铁2与磁编码器3相传导，如图1所示，联动轴1和永磁铁2与霍尔元件 4相传导，如图2所示，铁电类存储器7、485通讯9、集成霍尔元件4分别与单片机8连接， 并输出4一 20mA标准电流6，如图3所示。
权利要求
1. 一种电保持多圈绝对值编码器，包括单片机(8)、铁电类存储器(7)、集成霍尔元件 (4),485通讯(9)、联动轴(1)、永磁铁(2)、磁编码器(3)、充电电源管理(5)、4一20mA标准电流(6);其特征在于所述联动轴(1)和永磁铁(2)与磁编码器(3)相传导，计量范围宽，新型磁编码器采用电子计数，量程范围无限制；采用电子计数，精度取决于磁编码器的线精度，多圈后无精度损失； 联动轴(1)和永磁铁(2)与集成霍尔元件(4)相传导，这里采用集成霍尔元件作为角度传感器，分辨率为4096线，相比较传统的光学编码器，功耗降低到原来的1/10，同时不存在必须连续供电的情况，采样时间间隔是实际转速的2倍即可完成；铁电类存储器(7)、485通讯(9)、集成霍尔元件(4)分别与单片机(8)连接，并输出4一 20mA标准电流(6)；具有模拟量数字量双输出的性能优势，同时有4-20mA模拟量输出、RS-485数字量输出，功耗低，断电后连续工作一年以上，新型磁编码器断电后采用后被充电电池供电，计量掉电后转动的圈数，上电后将电池充满，目前可以做到系统功耗不超过500微安，使用普通 120毫安时的充电电池可以连续工作一年，数据是存储到flash中，掉电后保持10年。
全文摘要
电保持的多圈绝对值编码器一直是工业控制当中最为重要的技术之一，编码器应用对于工业控制来说是一个非常有实际意义的，然而如何更为精确的运用编码器技术来降低工控中的缺损是我们的关键，本系统采用低功耗的多圈绝对值技术，确保在整个的工控当中起到至关重要的作用。
文档编号G01D5/14GK102486383SQ201010572918
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者梁凯, 陈亮, 齐宏伟 申请人:沈阳理工大学