一种电机转向转速检测装置以及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机检测技术领域，尤其涉及一种电机转向转速检测装置以及方法。
【背景技术】
[0002]电机已被广泛应用于执行机构，作为关键的驱动组件，其性能直接决定了整个执行机构的控制效果。
[0003]目前测量电机转向和转速的方法是在电机的同轴上安装旋转编码器，对编码器输出的霍尔脉冲信号处理来实现的。然而，编码器组件结构精密，在进行霍尔信号处理时容易受到外界电磁环境影响，使得测量结果不准确，其使用环境受到很大的限制。对于由电机带动的执行机构来说，电机转动方向和转动速度是电机控制的极为重要的参数，其检测结果直接影响执行机构这个系统的工作效果。因此，寻找一种不易受外界电磁环境影响，测量结果准确以及应用环境广泛的检测装置已经成为本领域技术人员亟需解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明实施例提供了一种电机转向转速检测装置以及方法，能够解决现有测量装置容易受外界电磁环境影响、测量结果不准确以及应用环境受限制的问题。
[0005]本发明实施例提供的一种电机转向转速检测装置，包括:被测电机、码盘、光电传感器、整形滤波电路以及处理器；
[0006]所述码盘安装在所述被测电机的转子上，使得所述码盘在被测电机的带动下同步转动；
[0007]所述码盘以中心为基点分成N个区域，所述N个区域根据透光度的大小依次排列，N大于或等于3;
[0008]所述光电传感器的发射端和接收端之间相对设置，其发射端和接收端之间的光路穿过所述码盘；
[0009]所述光电传感器、整形滤波电路和所述处理器依次进行电连接。
[0010]可选地，所述码盘通过齿轮或同步带安装在所述被测电机的转子上。
[0011]可选地，所述码盘为圆盘，其圆心安装在所述被测电机的转子上。
[0012]可选地，所述N个区域为等分而成的N个扇形区域。
[0013]可选地，所述整形滤波电路包括整形电路和滤波电路，所述整形电路为差分放大器电路；所述处理器为DSP处理器
[0014]所述光电传感器的信号输出的正端和负端分别与所述差分放大器电路中运算放大器的同相和反相输入端相连通，所述差分放大器电路的输出端经过所述滤波电路与所述DSP处理器的ADC模块输入端连通。
[0015]可选地，所述电机转向转速检测装置还包括一个固定板；
[0016]所述固定板的一端固定在所述被测电机的机身上，另一端固定有所述光电传感器。
[0017]本发明实施例提供的一种电机转向转速检测方法，用于使用所述的电机转向转速检测装置，其中，所述电机转向转速检测装置包括:被测电机、码盘、光电传感器、整形滤波电路以及处理器；所述码盘安装在所述被测电机的转子上，使得所述码盘在被测电机的带动下同步转动；所述码盘以中心为基点分成N个区域，所述N个区域根据透光度的大小依次排列，N大于或等于3 ;所述光电传感器的发射端和接收端之间相对设置，其发射端和接收端之间的光路穿过所述码盘；所述光电传感器、整形滤波电路和所述处理器依次进行电连接；
[0018]所述电机转向转速检测方法包括:
[0019]所述光电传感器根据其接收端接收到的光信号大小输出相应的电信号，其中，所述光信号从所述发射端发出，穿透所述被测电机带动下的码盘后被所述接收端接收；
[0020]所述整形滤波电路对所述电信号进行整形滤波；
[0021]所述处理器获取整形滤波后的所述电信号，根据所述电信号的信号电压变化趋势分析出所述被测电机的转向，并根据所述电信号的信号电压变化次数获得所述被测电机的转速。
[0022]可选地，处理器根据所述电信号的信号电压变化趋势分析出所述被测电机的转向具体包括:
[0023]若所述电信号的信号电压在一个变化周期内的变化趋势为增大，则处理器确定所述被测电机的转向与所述码盘上N个区域透光度大小的排列方向相反；
[0024]若所述电信号的信号电压在一个变化周期内的变化趋势为减小，则处理器确定所述被测电机的转向与所述码盘上N个区域透光度大小的排列方向相同。
[0025]可选地，处理器根据所述电信号的信号电压变化次数获得所述被测电机的转速具体包括:
[0026]处理器根据Vb= (360° /N*K) /T ^十算出所述被测电机的转速V b，其中K为所述电信号在Tb时间内的信号电压变化次数。
[0027]可选地，若N个区域是以中心为基点等分角度而成的等分区域时，则所述处理器根据Va= (360° /N)/Ta计算出所述被测电机的转速Va，其中Ta为所述等分区域对应的电信号的信号宽度。
[0028]从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点:
[0029]本发明实施例中，一种电机转向转速检测装置，包括:被测电机、码盘、光电传感器、整形滤波电路以及处理器；所述码盘安装在所述被测电机的转子上，使得所述码盘在被测电机的带动下同步转动；所述码盘以中心为基点分成N个区域，所述N个区域根据透光度的大小依次排列，N大于或等于3 ;所述光电传感器的发射端和接收端之间相对设置，其发射端和接收端之间的光路穿过所述码盘；所述光电传感器、整形滤波电路和所述处理器依次进行电连接。在本发明实施例中，所述电机转向转速检测装置的零部件简单，仅需被测电机、码盘、光电传感器、整形滤波电路以及处理器，这些零部件在进行信号处理时不易受到外界电磁环境影响，测量结果准确，并且解除了电机转向和转速测量的环境限制，有利于提升电机转向转速检测装置的应用性。
【附图说明】
[0030]图1为本发明实施例中一种电机转向转速检测装置的结构示意图；
[0031]图2为本发明实施例中一种电机转向转速检测装置的光电传感器检测原理示意图；
[0032]图3为码盘结构示意图；
[0033]图4为码盘转动方向示意图；
[0034]图5为本发明实施例中一种电机转向转速检测装置的检测电路原理图；
[0035]图6为本发明实施例中光电传感器输出的电信号波形图；
[0036]图7为本发明实施例中一种电机转向转速检测方法一个实施例流程图；
[0037]图8为本发明实施例中一种电机转向转速检测方法另一个实施例流程图。
【具体实施方式】
[0038]本发明实施例提供了一种电机转向转速检测装置以及方法，用于解决现有测量装置容易受外界电磁环境影响、测量结果不准确以及应用环境受限制的问题。
[0039]为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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。
[0040]本发明实施例中一种电机转向转速检测装置，主要由被测电机、码盘、光电传感器、整形滤波电路、处理器四部分构成，其中，上述处理器优选为DSP(数字信号处理器)处理器，本实施例以DSP处理器为例进行说明。码盘安装在被测电机的转子上，光电传感器用于检测码盘转动时的位置，光电传感器的输出信号经过整形滤波电路后传入到DSP处理器。
[0041]该被测电机为需要检测转动方向和转动速度的对象，可以是步进电机，也可以是直流电机。
[0042]该的码盘直接安装于被测电机转子上或者通过齿轮或同步带安装在被测电机的转子上，与被测电机同轴或者同步转动。其中，该码盘可以为圆形码盘，也可以为多边形码盘，只要该码盘的中心安装在被测电机的转子上，跟随被测电机同步转动即可。例如，可以为一个正方形的码盘。本实施例以圆形码盘为例进行说明。
[0043]码盘以圆心为基点被分成N部分区域，依次按照透光度的大小进行排列(逆时针或顺时针)，那么码盘转动一周传感器就会输出N个连接不同等级的电压信号。检测的判定条件为码盘转动最小角度为大于360° /N小于2*360° /N，这里N必须大于等于3，当N=3时，码盘被等分成3个120°的扇形区域。不同等级的透光度区域代表码盘的一个位置，所以码盘被划分的区域N越多，检测判定所需要码盘转动的最小角度越小，对码盘的检测就越精确。
[0044]该光电传感器包括发射端和接收端，这两端以一条光轴中心线平行放置于同一结构上。该发射端和接收端之间的光路穿过该码盘，特别地，该光路垂直穿过该码盘。其中，发射端主要器件可以为发光二极管，由于可见光二极管受环境光线干扰较大，所以发射端主要采用红外线发光二极管或者紫外线发光二极管，从而可以克服环境光线的干扰；接收端主要器件可以为光敏二极管或者光敏三极管，接收端可以根据接收到的不同强度的光线输出不同电压强度的电信号。当发射端和接收端的距离一定时，如果两端中间是没有任何遮挡时，接收端输出的电信号根据发射端的光强度而不同；当两端中间有遮挡物时，接收端输出的电信号因遮挡物的透光度而不同。当发射端和接收端被不透明物体遮挡时，接收端的输