本實(shí)用新型涉及機(jī)電工程領(lǐng)域，具體涉及一種編碼器式控制操縱手柄。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的PWM控制技術(shù)都要依賴于數(shù)字化編程系統(tǒng)，其控制操縱手柄就是在轉(zhuǎn)動(dòng)或推動(dòng)一個(gè)電位器，其輸出的連續(xù)的模擬電壓先要進(jìn)入控制器，如PLC、MCU、工業(yè)PC等，然后還要編程，或要用專用IC，才能輸出所需要的PWM信號(hào)，不僅成本高，開發(fā)設(shè)計(jì)工作量大，周期長(zhǎng)，對(duì)一般工程人員來講，使用PWM技術(shù)的難度很大，特別是對(duì)于分散式的操控，還要設(shè)計(jì)控制器間的通信等，開發(fā)一個(gè)機(jī)電工程的電控操作系統(tǒng)更是困難重重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種編碼器式控制操縱手柄。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種編碼器式控制操縱手柄，包括扇形編碼盤所述扇形編碼盤上設(shè)置光電對(duì)管支架，其二者同軸于轉(zhuǎn)動(dòng)軸上；所述光電對(duì)管支架上有與所述扇形編碼盤上編碼光軌對(duì)應(yīng)的光電對(duì)管，即發(fā)光管及光電接收管；所述光電接收管通過光電信號(hào)接收處理電路與所述數(shù)值比較器連接，所述數(shù)值比較器與所述電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)電連接，且所述數(shù)值比較器、計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘源依次電連接。

還包括控制所述電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)的輸出切換開關(guān)、安裝在扇形編碼盤上的手柄及檢測(cè)方向設(shè)置于所述光電對(duì)管支架上的光電對(duì)管。

所述扇形編碼盤與所述光電對(duì)管支架同軸于轉(zhuǎn)動(dòng)軸，其中之一固定，另一個(gè)則安裝手柄用于轉(zhuǎn)動(dòng)操縱控制；所述扇形編碼盤的扇形弧度角度可按需要調(diào)整，也可以是完整的圓形；所述扇形編碼盤上的編碼圖案可以是絕對(duì)碼或格雷碼，位數(shù)或編碼軌道數(shù)可以是4位、6位、8位、10位，或其它系統(tǒng)分辨率需要的位數(shù)；所述扇形編碼盤上的圖案，可以是從扇形中間向兩側(cè)的對(duì)稱或不對(duì)稱分布的兩組相同或不相同的編碼圖案。所述能轉(zhuǎn)動(dòng)的扇形編碼盤(1)及其上的圖案，可等效變換為可平直滑動(dòng)的矩形編碼條，實(shí)現(xiàn)平直滑動(dòng)的PWM控制操縱手柄。

所述計(jì)數(shù)器，對(duì)頻率可調(diào)的時(shí)鐘源脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，其輸出數(shù)值送到所述數(shù)值比較器的一個(gè)輸入端；所述光電信號(hào)接收處理電路，將所述光電接收管的信號(hào)變換為絕對(duì)碼，送到所述數(shù)值比較器的另一輸入端；所述數(shù)值比較器輸出的比較結(jié)果，經(jīng)由所述電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)后，輸出到PWM型負(fù)載。

本實(shí)用新型的有益效果在于：本實(shí)用新型的編碼器式控制操縱手柄將光電編碼技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)相結(jié)合，做成了一體化的、能單獨(dú)控制PWM設(shè)備的操縱控制手柄，只需接通電源，接上PWM型負(fù)載，就能用手柄操控相應(yīng)的機(jī)電設(shè)備，如電磁閥的比例操控、LED的調(diào)光、開關(guān)變壓器的輸出、電機(jī)的調(diào)速等；本實(shí)用新型成本低，使用簡(jiǎn)單方便，特別適合工程機(jī)械及某些電氣設(shè)備的電氣控制改造或升級(jí)。

【附圖說明】

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1的電路圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施實(shí)例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

請(qǐng)參閱圖1至圖2，所述編碼器式控制操縱手柄，包括扇形編碼盤1所述扇形編碼盤1上設(shè)置光電對(duì)管支架2，其二者同軸于轉(zhuǎn)動(dòng)軸4上；所述光電對(duì)管支架2上有與所述扇形編碼盤1上編碼光軌對(duì)應(yīng)的光電對(duì)管3，即發(fā)光管6及光電接收管7；所述光電接收管7通過光電信號(hào)接收處理電路8與所述數(shù)值比較器11連接，所述數(shù)值比較器11與所述電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)12電連接，且所述數(shù)值比較器11、計(jì)數(shù)器10、時(shí)鐘源16依次電連接。

所述扇形編碼盤1與所述光電對(duì)管支架2同軸于轉(zhuǎn)動(dòng)軸4，其中之一固定，另一個(gè)則安裝手柄14用于轉(zhuǎn)動(dòng)操縱控制；所述扇形編碼盤1的扇形弧度角度是90度；所述扇形編碼盤1上的編碼圖案，是從一邊的二進(jìn)制0000漸進(jìn)到另一邊的二進(jìn)制1111的4位絕對(duì)碼；所述扇形編碼盤1上的圖案，是從扇形0度到90度的均勻等角編碼圖案。

所述計(jì)數(shù)器10對(duì)頻率可調(diào)的時(shí)鐘源16脈沖進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，其輸出數(shù)值送到所述數(shù)值比較器11的一個(gè)輸入端；所述光電信號(hào)接收處理電路8，將所述光電接收管7的信號(hào)變換為絕對(duì)碼，送到所述數(shù)值比較器11的另一輸入端；所述數(shù)值比較器11輸出的比較結(jié)果就是PWM信號(hào)，經(jīng)由所述電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)12后，接PWM型負(fù)載。

當(dāng)所述扇形編碼盤1與所述光電對(duì)管支架2間，以所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸4為軸有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)9驅(qū)動(dòng)的所述發(fā)光管6發(fā)光，照射到編碼光軌上，所述光電接收管7會(huì)收到有光或無光的光信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，經(jīng)光電信號(hào)接收處理電路8后，輸出為與扇形編碼盤1對(duì)應(yīng)的絕對(duì)式數(shù)字脈沖編碼信號(hào)。

計(jì)數(shù)器10對(duì)時(shí)鐘源做加1計(jì)數(shù)并動(dòng)態(tài)輸出；數(shù)值比較器11，接收到光電信號(hào)接收處理電路8輸出的編碼信號(hào)，并與加1計(jì)數(shù)器10的動(dòng)態(tài)數(shù)值進(jìn)行比較，當(dāng)計(jì)數(shù)器值小于編碼信號(hào)的數(shù)值時(shí)，數(shù)值比較器11的“小于”輸出端輸出高電平，當(dāng)計(jì)數(shù)器值大于編碼信號(hào)的數(shù)值時(shí)，數(shù)值比較器11的“小于”輸出端輸出低電平，計(jì)數(shù)器10不斷的做加1計(jì)數(shù)直到溢出清零，數(shù)值比較器11的“小于”輸出端又輸出高電平，并進(jìn)入到了下一個(gè)數(shù)值比較周期中；計(jì)數(shù)器10從零計(jì)數(shù)直到溢出后再清零，如此循環(huán)往復(fù)，周期恒定，使數(shù)值比較器11輸出的周期與之相同也恒定，但數(shù)值比較器11輸出的高電平的時(shí)間長(zhǎng)度，與編碼信號(hào)也就是與扇形編碼盤1相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度成正比；這個(gè)數(shù)值比較器11輸出的周期恒定、但高電平時(shí)長(zhǎng)由操縱手柄控制的脈沖信號(hào)，就是PWM信號(hào)，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)12后，可直接操控相應(yīng)PWM型負(fù)載。

本實(shí)施例是一個(gè)4位16檔的PWM方案，可用于調(diào)LED亮度、或調(diào)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、或調(diào)溢流閥壓力、或調(diào)比例電磁閥流量等。工作時(shí)，推動(dòng)操作手柄14，操作手柄14帶動(dòng)光電對(duì)管支架2以轉(zhuǎn)動(dòng)軸4為中心并相對(duì)扇形編碼盤1轉(zhuǎn)動(dòng)，LED驅(qū)動(dòng)9驅(qū)動(dòng)的發(fā)光管組6發(fā)光，照射到編碼光軌5上，光電接收管組7會(huì)收到有光或無光的光信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，經(jīng)光電信號(hào)接收處理電路8后，輸出為與扇形編碼盤1對(duì)應(yīng)的絕對(duì)式數(shù)字脈沖編碼信號(hào)，計(jì)數(shù)器10對(duì)時(shí)鐘源16做加1計(jì)數(shù)并動(dòng)態(tài)輸出0000到1111，數(shù)值比較器11接收光電信號(hào)接收處理電路8輸出的編碼信號(hào)，如圖1所示為1000，并與加1計(jì)數(shù)器10的動(dòng)態(tài)數(shù)值進(jìn)行比較，當(dāng)計(jì)數(shù)器值小于編碼信號(hào)1000時(shí)，數(shù)值比較器11輸出高電平，當(dāng)計(jì)數(shù)器值大于編碼信號(hào)1000時(shí)，數(shù)值比較器11輸出低電平，計(jì)數(shù)器10不斷的做加1計(jì)數(shù)直到溢出清零，數(shù)值比較器11又輸出高電平，并進(jìn)入到了下一個(gè)數(shù)值比較周期中，計(jì)數(shù)器10從零計(jì)數(shù)直到溢出后再清零，如此循環(huán)往復(fù)，周期恒定，使數(shù)值比較器11輸出的一個(gè)高低電來的周期與之相同也恒定，但數(shù)值比較器11輸出的高電平的時(shí)間長(zhǎng)度與編碼信號(hào)也就是與扇形編碼盤1相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度成正比；這個(gè)數(shù)值比較器11輸出的周期恒定，且高電平時(shí)長(zhǎng)由操作手柄14操縱控制，這就是PWM信號(hào)，它經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)12后可直接操控相應(yīng)的24V的PWM型負(fù)載。其中，如圖2所示是本實(shí)施例對(duì)應(yīng)的PWM生成的具體電路，當(dāng)推動(dòng)操作手柄14從最左邊順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電信號(hào)接收處理電路8將輸出二進(jìn)制的0000逐漸到1111的編碼，24V的PWM型負(fù)載上將有占空比為0/16到15/16的PWM電壓；要得到占空比不變的PWM輸出，可依靠機(jī)械摩擦力或手控手柄，保持相對(duì)位置不變即可；圖1所示位置對(duì)應(yīng)編碼為1000，此位置PWM的占空比為8/16即50％；PWM輸出信號(hào)的頻率為時(shí)鐘源頻率的1/16，要調(diào)節(jié)PWM輸出信號(hào)的頻率，只需調(diào)節(jié)時(shí)鐘源的頻率即可。與圖1相比較，圖2中增加了直流低電平疊加電路17，即對(duì)應(yīng)低電平為非0的低電壓，如+6V，以適用某類電磁閥的需要。

實(shí)施例2：

請(qǐng)參閱圖3，本實(shí)施例以實(shí)施例1為基礎(chǔ)，所述編碼器式控制操縱手柄還包括控制所述電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)12的輸出切換開關(guān)13、安裝在扇形編碼盤1上的手柄14，檢測(cè)方向設(shè)置于所述光電對(duì)管支架2上的光電對(duì)管15，及編碼盤上增加的對(duì)應(yīng)的反對(duì)稱的編碼光軌圖案。將扇形編碼盤圖案改為中心對(duì)稱、兩邊分別是一個(gè)4位16檔絕對(duì)編碼，圖示位置為中心的0000編碼位，所占弧度較大，以防在中心位手柄微動(dòng)而輸出非0000編碼產(chǎn)生誤動(dòng)；增加的檢測(cè)兩測(cè)方向的光電對(duì)管15，其輸出信號(hào)在手柄轉(zhuǎn)過中心位置時(shí)，將使二選一的輸出切換開關(guān)13動(dòng)作，切換到與編碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致的對(duì)應(yīng)負(fù)載上，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)負(fù)載的PWM控制，即手柄14處在中央位置時(shí)，輸出切換開關(guān)13所接的兩負(fù)載因編碼為0000都不動(dòng)作，將手柄推向一邊時(shí)，光電對(duì)管15首先使輸出切換開關(guān)13立即動(dòng)作，編碼由0000逐漸到1111對(duì)應(yīng)變化，對(duì)應(yīng)負(fù)載會(huì)受對(duì)應(yīng)PWM信號(hào)控制，而反方向推手柄過了0000到另一方向時(shí)光電對(duì)管15輸出改變，該負(fù)載被關(guān)斷，另一負(fù)載受相應(yīng)PWM信號(hào)控制。該實(shí)例可直接控制液壓缸的伸縮控制電磁閥，實(shí)現(xiàn)液壓桿伸縮調(diào)速控制。

實(shí)施例3：

本實(shí)用新型中將由扇形編碼盤1和光電對(duì)管支架2組成的光電編碼裝置可改變成機(jī)械接觸式編碼裝置：即扇形編碼盤1和光電對(duì)管支架2均采用絕緣材料制成，所述扇形編碼盤1上編碼光軌5的圖案采用金屬電極制成，可接高或低電平成為編碼電極，在光電對(duì)管組3一邊的對(duì)應(yīng)位置，安裝與編碼電極的金屬電極滑動(dòng)接觸的滑動(dòng)電極，所有滑動(dòng)電極按編碼軌道接到光電信號(hào)接收處理電路8即可，其余電路同實(shí)施例一、二。本實(shí)施例由于電接觸可能會(huì)有電火花，建議在易燃易爆環(huán)境中不要使用。

實(shí)例例4：

利用搖桿機(jī)構(gòu)，將上述實(shí)施例一或?qū)嵤├惭b在相互正交的兩個(gè)轉(zhuǎn)軸上，或?qū)⒈緦?shí)用新型方案移植到傳統(tǒng)的搖桿式操縱控制手柄，可實(shí)現(xiàn)用PWM技術(shù)的平面二維控制輸出。

實(shí)例例5：

在以上四個(gè)實(shí)例基礎(chǔ)上，擴(kuò)展編碼位數(shù)為4位以上，增加PWM輸出的檔位數(shù)；其中電路的位擴(kuò)展，可以在圖2基礎(chǔ)上很容易實(shí)現(xiàn)，也可用PLD器件來實(shí)現(xiàn)；而編碼位數(shù)的擴(kuò)展，一種方案是直接增加編碼盤的位數(shù)，另一方案是在現(xiàn)有的四位編碼基礎(chǔ)上利用AD技術(shù)來擴(kuò)展位數(shù)，如將4位或4條編碼光軌5的編碼輸出做為高四位，將最低位即最外緣的輸出信號(hào)，先處理變換為模擬信號(hào)，再用8位AD轉(zhuǎn)換技術(shù)，將所得的8位數(shù)字變換為低八位，與高四位合并后輸出，就成為一個(gè)十二位的編碼信號(hào)。

實(shí)施例六：在以上五個(gè)實(shí)施例基礎(chǔ)上，將編碼圖案該為格雷碼，對(duì)光電信號(hào)接收處理電路8，需要用異或門或MCU將格雷碼變換為絕對(duì)碼再輸出，其余部分不變。

實(shí)例例7：

將以上實(shí)例中的扇形編碼盤，變換為矩形的條狀編碼器，將與光電對(duì)管的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)槠街被瑒?dòng)，就將圓弧轉(zhuǎn)動(dòng)的操控手柄變成了平動(dòng)直滑的操控手柄了。

以上所述的僅是本實(shí)用新型的實(shí)施方式，并非用來限制本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。在此應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出改進(jìn)，但這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。