本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种具有输入输出控制功能的智能型角度传感器。
背景技术：
角度传感器能够实现中对被测对象的运动角度等的位置测量，并以脉冲或者数字信号的形式输出测得的角度的变化，这样的传感信号经过后续连接的信号接收设备的运算处理，最终得到对被测对象的速度或位置的感测及进一步的控制。
现有技术中的角度传感器仅仅作为测量后反馈测得的角度信息的传感器件，其输出的信号都需要发送至后续信号接收设备，由后续信号接收设备进行信号解析及运算处理。具体为根据应用需求在后续信号接收设备中与其它传感器测得的数据及各种控制指令进行逻辑运算，最终才能实现一种或多种控制目的。在角度传感器与后续信号接收设备连接的过程中，由于是两个器件之间的连接，这就会涉及到硬件连接后角度传感器输出信号的传输可靠性、信号接口硬件匹配、软件的解码与运算等等的诸多的需要由用户来完成的工作量，同时多个硬件设备、以及连接软件程序的编程开发等工作量也会增加用户的成本，另外由于是两个器件的连接也不可避免的存在运行可靠性的问题。此外，有些应用需求针对传感器测量的反馈结果要求快速及时输出控制信息，例如极限位置的安全保护，而现有的角度传感器作为单独的测量器件通过与后续信号接收设备的连接共同来处理的方式很难满足这种实时性要求较高的应用场合。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中传统的角度传感器仅能用于测量并反馈测得的被测对象的角度信息而无法由角度传感器自身单独根据测得结果及时对被测对象做进一步控制操作的缺陷，提供一种能够单独对测得的被测对象的角度信息进行实时处理进而快速输出控制信息且能够降低使用者工作量的具有输入输出控制功能的智能型角度传感器。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种具有输入输出控制功能的智能型角度传感器，包括外壳和角度传感器本体，其特点在于，所述具有输入输出控制功能的智能型角度传感器还包括中央处理器、存储器、可编程接口、现场总线接口、指令输入接口和指令输出接口；所述中央处理器分别与所述角度传感器本体、所述存储器、所述可编程接口、所述现场总线接口、所述指令输入接口和所述指令输出接口电连接；所述中央处理器、所述存储器和所述角度传感器本体设于所述外壳内；所述可编程接口用于下载程序至所述存储器，所述可编程接口还用于设置参数；所述中央处理器用于接收所述角度传感器本体测得的角度数据和所述指令输入接口输入的指令，所述中央处理器还用于对所述角度数据和所述输入的指令做逻辑运算后生成输出信号至所述指令输出接口。
本方案中，将中央处理器和角度传感器本体及存储器等一起封装在外壳内，中央处理器和角度传感器本体在外壳内进行短距离电连接，解决了现有技术中角度传感器作为单独一个器件时需要考虑输出信号的传输可靠性及信号接口硬件匹配等问题。另外具有输入输出控制功能的智能型角度传感器内部嵌入了中央处理器和存储器，借助可编程接口、现场总线接口、指令输入接口和指令输出接口，中央处理器能够快速接受角度传感器本体测得的数字信号并快速解码处理，进而在极短时间内生成输出信号，该输出信号经过指令输出接口输出后用于实现对外部装置或器件的快速控制，能够满足对于实时性要求较高的应用场合。
本方案中，用户根据具体应用需求经可编程接口下载相应的用户程序至存储器中，中央处理器能够读取存储器中的用户程序并执行，具体为对角度数据、输入的指令及参数等做逻辑运算后最终生成输出信号至指令输出接口，从而实现对外部装置或器件的控制。指令输出接口的输出信号为开关信号和模拟量信号。
本方案中，角度传感器可以是角度编码器，具体可以为增量式编码器或绝对值编码器。
较佳地，所述现场总线接口为can总线接口。
较佳地，所述可编程接口为rs485接口。
较佳地，所述can总线接口用于连接传感器。
本方案中，具有输入输出控制功能的智能型角度传感器能够通过can总线接口与多个其它传感器连接，例如实现多个旋转角度的运动角度变化的测量，经过can总线接口连接到中央处理器内，对于多个角度变化的对比计算，可获得此多个角度变化的角同步状况传感信息，进而成为新的传感意义的多角度同步传感器。另外，can总线接口除了可与其它传感器互联以外，也可以作为具有输入输出控制功能的智能型角度传感器内部数据向远端服务器进行信息传输的接口。
较佳地，所述存储器包括系统程序存储器、用户程序存储器和工作数据存储器。
本方案中存储器为永久性记忆的存储器，系统程序存储器用于存储系统程序、用户程序存储器用于存储用户通过可编程接口下载的用户程序，工作数据存储器用于存储具有输入输出控制功能的智能型角度传感器工作时产生的数据。
较佳地，所述可编程接口为hmi接口。
本方案中，用户通过hmi接口可以连接触摸屏，在实际安装调试及使用维护过程中进行人机交互，实现参数的配置及方案的选择等功能。
较佳地，所述rs485接口用于连接上位机。
本方案中，上位机能够通过rs485接口下载相应的用户程序至存储器中，该用户程序用于实现对角度传感器本体测得的角度数据的各种逻辑运算。
较佳地，所述指令输出接口用于连接继电器。
较佳地，所述指令输出接口用于连接plc。
较佳地，所述指令输出接口用于连接变频控制器。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的具有输入输出控制功能的智能型角度传感器通过内部的中央处理器在具有输入输出控制功能的智能型角度传感器内部能够快速接收角度传感器本体测得的角度的数字信号，通过可编程接口输入的用户程序可根据角度测量变化和指令输入开关接口的输入做逻辑运算，运算的结果输出至指令输出接口作为控制信号用于控制外部装置或设备，避免了测得的角度的数字信号向外传输存在的硬件连接及信号完整性等问题，信号处理实时性高。本发明除了获得传感的角度变化以外，还可以接收外部指令和其他反馈信息，从而有组合传感与指令的逻辑运算变化并输出控制信号。本发明提供的具有输入输出控制功能的智能型角度传感器通过自带的现场总线接口能够与其它传感器组网连接，可测量多种传感数据，经过本发明内部的中央处理器进行数据处理，可以快速获得新的传感内容，从而实现进一步控制，能够满足对于测量结果实时性要求高的场合，另外也减轻了用户使用过程中的工作量。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的具有输入输出控制功能的智能型角度传感器的示意图。
图2为本发明实施例提供的具有输入输出控制功能的智能型角度传感器应用到车辆起吊平衡控制时的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示，一种具有输入输出控制功能的智能型角度传感器，包括外壳8、角度传感器本体1、中央处理器2、存储器3、可编程接口4、现场总线接口5、指令输入接口6和指令输出接口7。其中，中央处理器2分别与角度传感器本体1、存储器3、可编程接口4、现场总线接口5、指令输入接口6和指令输出接口7电连接。存储器3包括系统程序存储器、用户程序存储器和工作数据存储器。中央处理器2、存储器3和角度传感器本体1设于外壳8内。
可编程接口4用于下载用户程序至存储器3中的用户程序存储器，可编程接口4还用于设置参数；中央处理器2用于接收角度传感器本体1测得的角度数据和指令输入接口6输入的指令，中央处理器2还用于对角度数据和输入的指令做逻辑运算后生成输出信号至指令输出接口7。
本实施例中，现场总线接口5采用can总线接口，can总线接口用于连接其它传感器。可编程接口4采用rs485接口，其用于连接上位机或者hmi接口的触摸屏。指令输出接口7输出的控制信号可用于控制外接的继电器、plc或者变频控制器。
本实施例提供的具有输入输出控制功能的智能型角度传感器，内部包含中央处理器2、与中央处理器2双向连接的存储器3、与中央处理器2双向连接的可编程接口4，以及与中央处理器2连接的自带输入开关、按钮指令的指令输入接口6、逻辑运算后的指令输出接口7，包括现有技术中通用的现场总线接口5。用户通过可编程接口4将用户程序下载至存储器中存储，然后由中央处理器读取并执行，用户程序根据角度传感器本体1测量的角度变化和指令输入接口6输入的开关、按钮指令做逻辑运算，并输出合成信息和逻辑控制信息经指令输出接口7输出。
本实施例中，因为中央处理器2和角度传感器本体1在具有输入输出控制功能的智能型角度传感器内部连接，中央处理器2能够在极短时间内对接收到的角度传感器本体1测得的角度信息的数字信号进行处理，能够满足对于实时性要求高的场合，同时不存在外部连接必然会给用户带来的工作量及潜在的信号可靠性、处理速度慢等问题。
本实施例中，用户在使用角度传感器之前可通过可编程接口4与上位机连接，可借用国际电工协会通用的可编程控制器的编程语言，例如梯形图将用户程序下载至存储器3中，在现场调制与使用时可由可编程接口4与hmi触摸屏连接，输入现场用户程序对应方案中编程的现场使用的参数，进行用户程序的参数调整，即可实现现场简单且直接的智能控制，可经指令输出接口7直接输出控制指令。例如各种依据角度变化的控制，角度变化转换速度或长度的控制，如升降机平层及安全监控等等。本实施例中的具有输入输出控制功能的智能型角度传感器的可编程接口4可以与市场上常规的hmi触摸屏连接，通过预设的显示界面，由用户输入各种用户程序的参变量，由用户确定具有输入输出控制功能的智能型角度传感器使用的用户程序的具体内容。
本实施例中，通过can总线接口，可以与多个同类的角度传感器的can总线接口连接，构成新的传感内容，例如多个旋转角度的运动角度变化测量，经过can总线接口连接到中央处理器2内，对于多个角度变化的对比计算，可获得此多个角度变化的角同步状况传感信息，并通过用户程序实现对于超出预先输入参数的同步角度偏差范围的情况通过指令输出接口7进行报警等，由此能够实现新的传感意义的多角度同步传感器的功能。也可以与带can总线接口的重力传感器互联，通过长度与重力的计算，而获得重力力矩传感内容，并与预先输入的参数对比，当重力力矩大于预制的需要保护性设置的参数时，可以经指令输出接口7输出重力力矩超出报警开关信号。本实施例中具有输入输出控制功能的智能型角度传感器通过长度与重力组合的力矩传感测量，而成为新的传感意义的力矩传感器。
本实施例中，指令输入接口6可输入开关或者按钮指令，例如测量的起点与终点，或者电机的开始启动与停止、旋转的正转与反转；或者用户程序的1号方案和2号方案等等。该指令输入接口6，使得本具有输入输出控制功能的智能型角度传感器除了能够获得传感的角度变化以外，还可以接收外部指令和其它反馈信息，从而实现组合传感与指令的逻辑运算变化并将结果作为控制信号进行输出。
本实施例提供的具有输入输出控制功能的智能型角度传感器与传统意义上的角度传感器仅仅是作为角度位置变化信息的传感与反馈器件不同，其通过内部中央处理器2和各种接口，已经不单是简单意义上的角度变化信息反馈，其可以作为组合传感新的物理内容，可以自行运算与逻辑判断，并输出控制信号。本发明提供的具有输入输出控制功能的智能型角度传感器既是角度位置变化的反馈传感器，也是根据角度变化逻辑运算和输出控制信息的控制器，也是传感信号组合转换的信息转换器，也是工业互联网的传感器连接输入节点。
下面从本实施例提供的具有输入输出控制功能的智能型角度传感器的具体应用的角度进一步说明本发明。
第一：具有输入输出控制功能的智能型角度传感器在工作大转盘中应用举例。
在智能化自动化的工业制造中，一个零部件的加工需要多道工序，而以工作大转盘设置多个工序工位，流水顺序作业，是一种较多的应用。利用本发明提供的具有输入输出控制功能的智能型角度传感器，将其与一个驱动转盘的电机机械旋转连接，通过对此具有输入输出控制功能的智能型角度传感器的编程，即可实现这样的自动化应用，并可与上位机组网，记录或远程传送工作作业信息至远端服务器。具体操作流程如下：
s1、下载用户程序：通过上位机与本发明提供的具有输入输出控制功能的智能型角度传感器连接，通过可编程接口4下载多工位角度分割控制器的用户程序到存储器3中。
s2、现场调试：通过可编程接口4将hmi触摸屏与本发明提供的具有输入输出控制功能的智能型角度传感器连接，对已经下载的多工位角度分割控制器的用户程序进行参数设置，例如360度转盘分割多少工位，其中8工位相当于每隔45度驱动电机工作一次循环，驱动电机启动信号、减速信号、停止信号的参数设定，在工位上停止后的开关动作输出等等。
s3、运行阶段：通过触摸屏输入开始信号，转盘电机启动，具有输入输出控制功能的智能型角度传感器本体读取绝对值角度位置，当要到达指定工位前的位置时具有输入输出控制功能的智能型角度传感器的指令输出接口7输出控制信号控制转盘电机提前减速，到达工位位置时再驱动电机停止，执行工位编号对应的加工工序动作，随后具有输入输出控制功能的智能型角度传感器再通过can总线将当前现场的工作信息发送至远端服务器，接下去继续下一个工位的类似处理。
不难看出，本发明提供的具有输入输出控制功能的智能型角度传感器通过上位机输入的多工位角度分割控制器用户程序，已经能够直接驱动转盘电机，满足多工位自动化控制的工作要求，并能够将现场工作信息上传至远端服务器供后续处理。
第二：两个具有输入输出控制功能的智能型角度传感器用于两个电机起吊一件重物的平衡控制举例。
如图2所示，具有输入输出控制功能的智能型角度传感器1和具有输入输出控制功能的智能型角度传感器2分别通过各自的角度传感器本体1的转轴接口与起升卷筒1和起升卷筒2连接，具有输入输出控制功能的智能型角度传感器1通过指令输出接口7控制变频器1，进而实现对电机1的控制，而电机1用于带动起身卷筒1转动。同理，具有输入输出控制功能的智能型角度传感器2通过指令输出接口7控制变频器2，进而实现对电机2的控制，而电机2用于带动起身卷筒2转动。其中，具有输入输出控制功能的智能型角度传感器1和具有输入输出控制功能的智能型角度传感器2通过can总线接口互连。
自动停车库里的车辆停到位后的提升，常常由于起吊物件的前后重量不同，重心不居中，起吊驱动电机因为车辆的前后的负载不同而有可能发生左右运行速度的快慢造成倾斜，必须加以修正摆平，避免事故的发生。利用本发明提供的两个具有输入输出控制功能的智能型角度传感器互联可以控制两边电机的两个变频器，调整起吊速度及高低位置，控制及修正起吊物的平衡。具体操作流程如下：
s1、下载用户程序：通过上位机分别与本发明两个具有输入输出控制功能的智能型角度传感器连接，分别下载双电机变频控制同步控制用户程序至两个具有输入输出控制功能的智能型角度传感器的存储器中。
s2、现场调试：通过可编程接口4将hmi触摸屏与本发明提供的具有输入输出控制功能的智能型角度传感器连接，对已经下载的用户程序进行参数设置，例如卷筒旋转每圈的代表钢丝绳长度，相当于具有输入输出控制功能的智能型角度传感器旋转每圈代表的长度，旋转方向的增加或减少，两个位置的输出化零点对齐，两边位置差对应的修正比例等等现场参数。驱动电机启动信号、减速信号、停止信号的参数设定，超出常规极限偏差的紧急停止开关动作输出等等。
s3、运行阶段：通过触摸屏输入开始信号，上行方向或下行方向的开关信号的指令输入，以此判断调整纠偏斜的调整方向，电机1和电机2启动，具有输入输出控制功能的智能型角度传感器1和具有输入输出控制功能的智能型角度传感器2分别在内部读取绝对值角度位置，具有输入输出控制功能的智能型角度传感器1和具有输入输出控制功能的智能型角度传感器2通过can总线接口互联，能够互相获取测得的角度位置信息，在各自内部通过中央处理器2实时比较位置，当位置差到达设定偏差后，具有输入输出控制功能的智能型角度传感器1和具有输入输出控制功能的智能型角度传感器2分别通过各自的指令输出接口7输出控制型号至变频器1和变频器2，开始纠正偏斜，两边电机速度不同，快的稍慢，慢的稍快。具有输入输出控制功能的智能型角度传感器1和具有输入输出控制功能的智能型角度传感器2继续检查两边位置差的变化，直至完全一致后的停止纠正偏斜，恢复电机1和电机2正常的运转速度。当位置偏差纠正结果不理想，偏差大到某个预设定值，表明位置偏斜有危险性，具有输入输出控制功能的智能型角度传感器1和具有输入输出控制功能的智能型角度传感器2分别通过各自的指令输出接口7输出控制型号至变频器1和变频器2，使得变频器控制电机停止驱动并报警。如果纠偏通过，在到达提升工位位置后驱动电机1和电机2停止运转。
不难看出，两个具有输入输出控制功能的智能型角度传感器通过双吊点电机变频控制同步控制程序，实现了两个变频电机起吊高度进行同步纠正偏斜控制。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。