本發(fā)明涉及電動門窗控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電動門窗一體電子式絕對值編碼器裝置及其數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有電動門窗控制系統(tǒng)一般采用變頻器電機(jī)或者伺服電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并在門卷軸上加裝外置絕對值編碼器，通過感測外置絕對值編碼器的位置信號，對門進(jìn)行控制。當(dāng)快到達(dá)開門位置時(shí)，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速并停止鎖定到開門位置，當(dāng)快達(dá)到關(guān)門位置時(shí)，對執(zhí)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行減速并停止鎖定到關(guān)門位置。外置絕對值編碼器的精度和可靠性直接關(guān)系到控制的精度和穩(wěn)定性，也起到限位和保護(hù)的作用。

由于分體式外置絕對值編碼器需要加裝在門卷軸上，其與電機(jī)的安裝不能同步進(jìn)行，需要安裝者進(jìn)行額外的安裝，并且要求安裝軸承的同心度、安裝后接線的順序準(zhǔn)確無誤，需要通過提高安裝者的技能來提高電動門窗控制系統(tǒng)的可靠性，由于安裝人員技能的參差不齊，會增加終端客戶使用的體驗(yàn)，并且整體的安裝成本和使用成本都比較高。而從絕對值編碼器的實(shí)現(xiàn)方式上又分為機(jī)械式的及電子式的。機(jī)械式絕對值編碼器通過多級齒輪傳動，將機(jī)械的多圈信息通過齒輪的刻度進(jìn)行保存下來，但由于齒輪正、反向的機(jī)械間隙，此種方式實(shí)現(xiàn)的多圈絕對值編碼器的精度和一致性都不能保證，故在高精度的門窗控制系統(tǒng)受到限制。電子式絕對值編碼器通過在傳動軸上套上額外的永磁體，然后將磁傳感器也同軸的方式安裝到傳動軸上，此種方式可以解決正反向間隙所導(dǎo)致的精度的問題，但其分體安裝的方式天然受到以上所述的種種缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種無需后續(xù)安裝，精度高、功耗低的電動門窗一體電子式絕對值編碼器裝置及其數(shù)據(jù)處理方法。

本發(fā)明一種電動門窗一體電子式絕對值編碼器裝置的技術(shù)方案為，包括電動機(jī)端蓋、電動機(jī)轉(zhuǎn)軸，所述電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝有光柵片，所述光柵片為狹縫沿圓周方向均勻分布的環(huán)狀光柵片，還包括磁環(huán)、備用電池、電子式絕對值編碼器感應(yīng)板和安裝在所述電子式絕對值編碼器感應(yīng)板內(nèi)側(cè)的正交光編碼器和磁感應(yīng)開關(guān)，所述電子式絕對值編碼器感應(yīng)板穿過所述電動機(jī)轉(zhuǎn)軸與所述電動機(jī)端蓋固定連接，所述磁環(huán)設(shè)置于所述電子式絕對值編碼器感應(yīng)板和光柵片之間，且穿過電動機(jī)轉(zhuǎn)軸與所述光柵片固定連接，所述磁感應(yīng)開關(guān)與所述磁環(huán)相對設(shè)置，所述磁感應(yīng)開關(guān)不少于三個(gè)，所述備用電池輸出端與磁感應(yīng)開關(guān)連接，所述磁感應(yīng)開關(guān)的信號輸出端與所述電子式絕對值編碼器感應(yīng)板的數(shù)據(jù)處理芯片連接。

進(jìn)一步的，所述磁感應(yīng)開關(guān)繞所述電子式絕對值編碼器感應(yīng)板中心呈扇形布置，且相鄰磁感應(yīng)開關(guān)之間的相位差為120°/n，所述n為電動機(jī)的磁極對數(shù)。

進(jìn)一步的，所述正交光編碼器以及光柵片為狹縫不超過2500的任意組合。

進(jìn)一步的，所述磁環(huán)為根據(jù)電機(jī)的磁極對數(shù)設(shè)置的不超過10對極的任意充磁磁極。

本發(fā)明一種電動門窗一體電子式絕對值編碼器裝置的數(shù)據(jù)處理方法的技術(shù)方案為：通過正交光編碼器驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，將電動機(jī)n*360°的電器角度沿順時(shí)針方向劃分為序列號遞增的n*6個(gè)等分扇區(qū)，根據(jù)接收到的磁感應(yīng)開關(guān)信號的高低電平信息，確定電動機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)前所處扇區(qū)，并記錄扇區(qū)正向跳變次數(shù)n1和反向跳變次數(shù)n2；

根據(jù)扇區(qū)跳變次數(shù)n與總扇區(qū)數(shù)的關(guān)系，輸出電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械圈數(shù)信息

根據(jù)扇區(qū)跳變次數(shù)n與總扇區(qū)數(shù)的關(guān)系，輸出電動機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械角度信息

且當(dāng)扇區(qū)以序列號遞增方向跳變時(shí)，輸出電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎?；?dāng)扇區(qū)以序列號遞減方向跳變時(shí)，輸出電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榉矗?/p>

所述n為電動機(jī)的磁極對數(shù)。

進(jìn)一步的，當(dāng)所述電動機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)前所處扇區(qū)的序列號相較于上一時(shí)刻增加時(shí)，將扇區(qū)正向跳邊次數(shù)加1；當(dāng)所述電動機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)前所處扇區(qū)的序列號相較于上一時(shí)刻減小時(shí)，將扇區(qū)反向跳邊次數(shù)加1。

進(jìn)一步的，設(shè)置備用電池和供電切換裝置，當(dāng)電動機(jī)斷電時(shí)，供電切換裝置切換備用電池繼續(xù)為磁感應(yīng)開關(guān)供電，并輸出電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械圈數(shù)信息c、電動機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械角度信息s和電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向信息。

本發(fā)明的有益效果：將正交光編碼器和磁感應(yīng)開關(guān)一體式設(shè)置在電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上，通過正交光編碼器驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)動，而通過磁感應(yīng)開關(guān)獲取門的絕對位置，從而實(shí)現(xiàn)門的高精度控制，實(shí)現(xiàn)絕對值編碼器功能，無需在門卷軸上外置絕對值編碼器，安裝方便。由于磁感應(yīng)開關(guān)功耗低，能夠通過備用電池驅(qū)動，即便系統(tǒng)掉電，也能保證電動機(jī)轉(zhuǎn)子絕對位置的記錄，維護(hù)方便，穩(wěn)定性更高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一體電子式絕對值編碼器裝置的分解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一體電子式絕對值編碼器裝置主視圖；

圖3為本發(fā)明正交光編碼器輸出波形圖；

圖4為本發(fā)明磁感應(yīng)開關(guān)輸出波形圖；

圖中：1—電子式絕對值編碼器感應(yīng)板，2—磁環(huán)，3—光柵片，4—電動機(jī)轉(zhuǎn)軸，5—電動機(jī)端蓋，6—正交光編碼器，7—磁感應(yīng)開關(guān)。

具體實(shí)施方式

以下通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

如圖1和2所示，本發(fā)明包括電子式絕對值編碼器感應(yīng)板1、磁環(huán)2、光柵片3、電動機(jī)轉(zhuǎn)軸4、電動機(jī)端蓋5、正交光編碼器6、磁感應(yīng)開關(guān)7。光柵片3為狹縫沿圓周方向均勻分布的環(huán)狀光柵片，光柵片3穿設(shè)于電動機(jī)轉(zhuǎn)軸4上，并通過內(nèi)六角螺栓固定在電動機(jī)轉(zhuǎn)軸4上。光柵片3外側(cè)(即遠(yuǎn)離電動機(jī)端蓋5的一側(cè))設(shè)有凸環(huán)，磁環(huán)2通過凸環(huán)套設(shè)固定在光柵片3上。電子式絕對值編碼器感應(yīng)板1為u型板，其通過螺柱固定在電動機(jī)端蓋5上，電子式絕對值編碼器感應(yīng)板1中心位置穿過電動機(jī)轉(zhuǎn)軸4。多個(gè)磁感應(yīng)開關(guān)7固定于電子式絕對值編碼器感應(yīng)板1的內(nèi)側(cè)，磁感應(yīng)開關(guān)7繞電子式絕對值編碼器感應(yīng)板1中心呈扇形布置，且磁感應(yīng)開關(guān)7據(jù)電子式絕對值編碼器感應(yīng)板1中心距離不大于磁環(huán)2的外徑，正交光編碼器6固定在電子式絕對值編碼器感應(yīng)板1與光柵片3對應(yīng)位置。還設(shè)置有備用電池和供電切換裝置，用于在電動機(jī)斷電時(shí)，通過供電切換裝置接通備用電池為磁感應(yīng)開關(guān)7供電。其中，供電切換裝置由兩個(gè)二極管構(gòu)成，兩個(gè)二極管的陰極并聯(lián)，陽極分別與備用電池和供電電源連接。電子式絕對值編碼器感應(yīng)板1內(nèi)部集成有數(shù)據(jù)處理芯片，用于對磁感應(yīng)開關(guān)7輸入的信號進(jìn)行運(yùn)算處理。

其中，正交光編碼器6以及光柵片3為狹縫不超過2500的任意組合，磁環(huán)2為根據(jù)電機(jī)的磁極對數(shù)設(shè)置的不超過10對級的任意充磁磁極，磁感應(yīng)開關(guān)7的靜態(tài)電流小于10ua。

如圖2所示，正交光編碼器6通過監(jiān)測光柵片3上的光柵條紋隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)動，在正交光編碼器6上產(chǎn)生相位差為90度的a、b信號。正交光編碼器6的精度決定于光柵片3的條紋線數(shù)(即狹縫數(shù))l，比如2500線的光柵片，旋轉(zhuǎn)一個(gè)機(jī)械周期，a信號和b信號都會產(chǎn)生2500個(gè)脈沖，通過4倍頻技術(shù)，a/b信號可以將一個(gè)機(jī)械周期分為10000個(gè)脈沖，那么分辨率對應(yīng)的機(jī)械角度為(90度/l)。根據(jù)a/b信號輸出的頻率和相位計(jì)算出電動機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，a/b的正交信號通過rs422的接口對外發(fā)送，提供給控制器運(yùn)行時(shí)對電機(jī)精確位置的定位檢測。

如圖3所示，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)動在三個(gè)磁感應(yīng)開關(guān)上產(chǎn)生3路120度相位差的磁開關(guān)信號，即ha、hb、hc的信號。假設(shè)電動機(jī)的磁極對數(shù)為n，那么3個(gè)磁感應(yīng)開關(guān)的機(jī)械布局位置相差為120度/n。比如：2對級的電機(jī)機(jī)械布局位置相差為60度，3對級的電機(jī)機(jī)械布局位置相差為40度，4對級的電機(jī)機(jī)械布局位置相差30度，以此類推。

對于磁極對數(shù)為n的電機(jī)，機(jī)械轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈360度，對應(yīng)于電氣角度的n圈，故機(jī)械轉(zhuǎn)子的一周對應(yīng)n*360度個(gè)電氣角度。以電氣角度為坐標(biāo)，將360度的電氣角度化按順時(shí)針方向化分為序列號遞增的6個(gè)扇區(qū)，每扇區(qū)為60度電氣角度，即每個(gè)電氣一周對應(yīng)的6個(gè)扇區(qū)按順時(shí)針方向序列號分別為：1-2-3-4-5-6。ha、hb、hc信號為高低電平信號，任意時(shí)刻，根據(jù)接收到的ha、hb、hc信號的高低電平序列，可以確定唯一扇區(qū)，如：ha、hb、hc信號為100時(shí)，對應(yīng)電氣角度為60°～120°區(qū)域，即第二個(gè)扇區(qū)，序列編號為2。將每一時(shí)刻ha、hb、hc信號對應(yīng)扇區(qū)的序列編號與上一時(shí)刻序列編號進(jìn)行對比，當(dāng)序列編號產(chǎn)生變化時(shí)，代表扇區(qū)跳邊一次，根據(jù)序列編號是遞增還是遞減可以判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向。從而輸出電機(jī)轉(zhuǎn)子的絕對位置信息，包括：電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械圈數(shù)信息c、電動機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械角度信息s和電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向。其中，扇區(qū)正向跳變次數(shù)為n1和反向跳變次數(shù)為n2。

下面以n為2進(jìn)行說明，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子沿扇區(qū)序列編號遞增方向從第一個(gè)扇區(qū)開始跳變8次，再沿扇區(qū)序列號遞減方向跳變10次時(shí)，即：1-2-3-4-5-6-1-2-3-2-1-6-5-4-3-2-1-6-5，當(dāng)處于電氣角度的第二周時(shí)，默認(rèn)第二周的編號加6，即跳變序列為：1-2-3-4-5-6-7-8-9-8-7-6-5-4-3-2-1-6-5，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子處于電氣角度第一周序列號為5的扇區(qū)(由于反向跳變次數(shù)大于正向跳邊次數(shù)，根據(jù)c和s的分段函數(shù)公式，即位于12個(gè)扇區(qū)中的反向第2個(gè)扇區(qū))。表示電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械角度完整圈數(shù)為0圈；表示，電動機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械角度為1/6，即機(jī)械角度的一周已沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了1/6圈。最后將計(jì)算所得的絕對位置信息通過rs485總線輸出。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。