一種磁感應多圈絕對編碼器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及編碼器技術領域，具體地說是一種磁感應多圈絕對編碼器。
【背景技術】
[0002]隨著電動執(zhí)行器技術的發(fā)展，其位置傳感器也由原先的多圈電位器逐漸為多圈旋轉編碼器所取代，按照其原理又可分為光電式多圈編碼器和磁感應式多圈編碼器。
[0003]光電式多圈編碼器是應用光電感應原理，通過碼盤上的空隙或反光面刻線產(chǎn)生的電信號來反映轉盤的角度位置，然后通過鐘表齒輪機械的原理，當中心碼盤轉動時，通過齒輪傳動另一組碼盤或多組齒輪、多組碼盤，在單圈碼盤的基礎上再增加多圈的編碼，以擴大編碼器的測量范圍。這樣的編碼器就稱為光電多圈絕對編碼器，它由機械位置決定編碼，每個位置編碼唯一不重復，而無需記憶。
[0004]磁感應式多圈編碼器是采用霍爾原理，在中心旋轉的磁鋼側面安裝2只機械位置相差90度的線性霍爾傳感器，可以得到2個相位差為90度的正弦波，根據(jù)得到的數(shù)值對應理論數(shù)值來確定實際角度，然后通過類似光電多圈絕對編碼器的機械傳動原理，形成磁感應多圈絕對編碼器。
[0005]雖然多圈編碼器的出現(xiàn)解決了執(zhí)行器位置檢測的問題，但是國內(nèi)自主研發(fā)生產(chǎn)多圈絕對編碼器并不多，主要原因:
[0006]光電式多圈絕對編碼器由于采用多組碼盤結構，所以產(chǎn)品體積大，不符合目前產(chǎn)品小型化的趨勢，且碼盤一般采用ABS塑料，在高溫環(huán)境和振動場合不能正常使用。
[0007]磁感應式多圈絕對編碼器由于采用2只線性霍爾傳感器，因此要求配對，電氣特性要求相同。另外，對2只線性霍爾傳感器的安裝位置也有較高要求，離磁鋼的距離必須相同。每組信號必須進入單片機處理后才能傳送到主板，否則模擬的正弦波信號容易受干擾。
[0008]因此，需要設計一種大量程、高精度、低成本、數(shù)字信號輸出的多圈絕對編碼器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種大量程、高精度、低成本、數(shù)字信號輸出的多圈絕對編碼器。
[0010]為了達到上述目的，本實用新型是一種磁感應多圈絕對編碼器，其特征在于:輸入軸通過減速器的中心齒輪與齒輪一連接，齒輪一、齒輪二、齒輪三、齒輪四和齒輪五依次嚙合，齒輪一、齒輪二、齒輪三、齒輪四和齒輪五的頂端分別設有一個磁鋼，五塊編碼器芯片設在電路板上，并與磁鋼的位置對應，編碼器芯片與上位機連接。
[0011 ] 上位機的VDD端口、五塊編碼器芯片的VDD端口以及第五塊編碼器芯片的C2端口與5V電源端連接，上位機的VSS端口以及五塊編碼器芯片的VSS端口、Cl端口以及第一至四塊編碼器芯片的C2端口接地，上位機的Output端口與五塊編碼器芯片的CLK端口連接，上位機的I/O端口與五塊編碼器芯片的D1端口連接，每個編碼器芯片的DX端口與下一個編碼器芯片的CS端口連接。
[0012]所述的第五塊編碼器芯片為與齒輪五頂端的磁鋼位置對應的編碼器芯片。
[0013]所述的第一至四塊編碼器芯片分別為與齒輪一、齒輪二、齒輪三、齒輪四頂端的磁鋼位置對應的編碼器芯片。
[0014]所述的齒輪二、齒輪三、齒輪四和齒輪五為減速傳動齒輪。
[0015]所述的電路板上還設有存儲器。
[0016]所述的編碼器芯片型號為AS5030，編碼器芯片設有磁場屏蔽罩。
[0017]所述的上位機芯片型號為STM32F103ZET6。
[0018]本實用新型同現(xiàn)有技術相比，機械上通過鐘表齒輪傳動原理，電氣上采用菊鏈連模式串行讀取五個互聯(lián)的AS5030編碼器芯片，組成一個大量程、高精度、低成本、數(shù)字信號輸出的多圈絕對編碼器。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0020]圖2為本實用新型的電路示意圖。
[0021]圖3為本實用新型的接口示意圖。
【具體實施方式】
[0022]現(xiàn)結合附圖對本實用新型做進一步描述。
[0023]參見圖1和圖2，本實用新型是一種磁感應多圈絕對編碼器，輸入軸6通過減速器7的中心齒輪與齒輪一 I連接，齒輪一 1、齒輪二 2、齒輪三3、齒輪四4和齒輪五5依次嚙合，齒輪一 1、齒輪二 2、齒輪三3、齒輪四4和齒輪五5的頂端分別設有一個磁鋼8，五塊編碼器芯片9設在電路板10上，并與磁鋼8的位置對應，編碼器芯片9與上位機12連接。
[0024]上位機12的VDD端口、五塊編碼器芯片9的VDD端口以及第五塊編碼器芯片的C2端口與5V電源端連接，上位機12的VSS端口以及五塊編碼器芯片9的VSS端口、Cl端口以及第一至四塊編碼器芯片的C2端口接地，上位機12的Output端口與五塊編碼器芯片9的CLK端口連接，上位機12的I/O端口與五塊編碼器芯片9的D1端口連接，每個編碼器芯片9的DX端口與下一個編碼器芯片9的CS端口連接。
[0025]第五塊編碼器芯片為與齒輪五5頂端的磁鋼8位置對應的編碼器芯片9。
[0026]第一至四塊編碼器芯片分別為與齒輪一 1、齒輪二 2、齒輪三3、齒輪四4頂端的磁鋼8位置對應的編碼器芯片9。
[0027]齒輪二 2、齒輪三3、齒輪四4和齒輪五5為減速傳動齒輪，每級相應的傳動速比為8:1。
[0028]電路板10上還設有存儲器11，便于存儲編碼器初始零位數(shù)據(jù)，或存放上位機12的重要數(shù)據(jù)。
[0029]編碼器芯片9型號為AS5030，性價比高，生產(chǎn)成本低。AS5030是一款具有8位分辨率，一圈360°范圍內(nèi)可識別256個位置，步進值為1.4度，并能夠以串行比特流SSI以及脈寬調(diào)制PWM信號的形式給出數(shù)字化數(shù)據(jù)的編碼器。數(shù)據(jù)傳輸可采取I線:PWM、雙線:CLK、D1或3線:CLK、D1及CS等不同方式。結合掉電模式與快速的啟動和測量過程，可實現(xiàn)非常低的功耗，同樣適用于電池供電的設備。編碼器芯片9轉速可高達30000 rpm，工作溫度:-40° C 至+125° C。
[0030]編碼器芯片9直接測量磁場強度，能夠精確測定磁鐵的垂直間距，通過感應這些對應的磁鋼8的磁場強度來確定各齒輪的轉動角度。采用磁感應方式測量，可以耐振動，適合振動場合測量。編碼器芯片9設有磁場屏蔽罩，以防止磁場的相互干擾，提高數(shù)據(jù)的準確性。
[0031]上位機芯片型號為STM32F103ZET6。
[0032]編碼器采用菊鏈模式后的數(shù)據(jù)輸入上位機12，在上位機12對數(shù)據(jù)進行如下處理:編碼器芯片9采用8位數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)初級的精密測試，而齒輪2上的第二編碼器芯片由于是8:1的傳輸比，因為對應將8位數(shù)據(jù)劃分為3位數(shù)據(jù)，其余3個編碼器芯片的數(shù)據(jù)采用依次類推，所以編碼器總的數(shù)據(jù)可以8+3+3+3+3=20位，分辨率高，可實現(xiàn)大量程測量，測試范圍可以達到4096圈，完全滿足電動執(zhí)行器最大行程的需求。如果未來還有更大量程的需要，還可以擴展。
[0033]參見圖3，本實用新型的內(nèi)部機械傳動結構緊湊，總體尺寸小。圖中，13為VCC管腳，為5V電源端；14為CS管腳，為片選端；15為GND管腳，為接地端；16為CLK管腳，為串行時鐘端；17為D1管腳，為數(shù)據(jù)輸出端；18為SCL管腳，為存儲器串行時鐘端；19為SDA管腳，為串行數(shù)據(jù)/地址端。
【主權項】
1.一種磁感應多圈絕對編碼器，其特征在于:輸入軸(6)通過減速器(7)的中心齒輪與齒輪一(I)連接，齒輪一(I)、齒輪二(2)、齒輪三(3)、齒輪四(4)和齒輪五(5)依次嚙合，齒輪一(I)、齒輪二(2)、齒輪三(3)、齒輪四(4)和齒輪五(5)的頂端分別設有一個磁鋼(8)，五塊編碼器芯片(9)設在電路板(10)上，并與磁鋼(8)的位置對應，編碼器芯片(9)與上位機(12 )連接；上位機(12 )的VDD端口、五塊編碼器芯片(9 )的VDD端口以及第五塊編碼器芯片的C2端口與5V電源端連接，上位機(12)的VSS端口以及五塊編碼器芯片(9)的VSS端口、Cl端口以及第一至四塊編碼器芯片的C2端口接地，上位機(12)的Output端口與五塊編碼器芯片(9)的CLK端口連接，上位機(12)的I/O端口與五塊編碼器芯片(9)的D1端口連接，每個編碼器芯片(9 )的DX端口與下一個編碼器芯片(9 )的CS端口連接。2.根據(jù)權利要求1所述的一種磁感應多圈絕對編碼器，其特征在于:所述的第五塊編碼器芯片為與齒輪五(5)頂端的磁鋼(8)位置對應的編碼器芯片(9)。3.根據(jù)權利要求1所述的一種磁感應多圈絕對編碼器，其特征在于:所述的第一至四塊編碼器芯片分別為與齒輪一(I)、齒輪二(2)、齒輪三(3)、齒輪四(4)頂端的磁鋼(8)位置對應的編碼器芯片(9)。4.根據(jù)權利要求1所述的一種磁感應多圈絕對編碼器，其特征在于:所述的齒輪二(2)、齒輪三(3)、齒輪四(4)和齒輪五(5)為減速傳動齒輪。5.根據(jù)權利要求1所述的一種磁感應多圈絕對編碼器，其特征在于:所述的電路板(10)上還設有存儲器(11)。6.根據(jù)權利要求1所述的一種磁感應多圈絕對編碼器，其特征在于:所述的編碼器芯片(9)型號為AS5030，編碼器芯片(9)設有磁場屏蔽罩。7.根據(jù)權利要求1所述的一種磁感應多圈絕對編碼器，其特征在于:所述的上位機芯片型號為 STM32F103ZET6。
【專利摘要】本實用新型涉及編碼器技術領域，具體地說是一種磁感應多圈絕對編碼器。輸入軸通過減速器的中心齒輪與齒輪一連接，齒輪一、齒輪二、齒輪三、齒輪四和齒輪五依次嚙合，齒輪一、齒輪二、齒輪三、齒輪四和齒輪五的頂端分別設有一個磁鋼，五塊編碼器芯片設在電路板上，并與磁鋼的位置對應，編碼器芯片與上位機連接。本實用新型同現(xiàn)有技術相比，機械上通過鐘表齒輪傳動原理，電氣上采用菊鏈連模式串行讀取五個互聯(lián)的AS5030編碼器芯片，組成一個大量程、高精度、低成本、數(shù)字信號輸出的多圈絕對編碼器。
【IPC分類】G01D5/12
【公開號】CN204788428
【申請?zhí)枴緾N201520440521
【發(fā)明人】邢國旗
【申請人】上海華伍行力流體控制有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年6月24日