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CN111006697B - 一种编码器的位置数据处理及传输控制系统、方法及应用 - Google Patents

一种编码器的位置数据处理及传输控制系统、方法及应用 Download PDF

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CN111006697B CN201911025692.4A CN201911025692A CN111006697B CN 111006697 B CN111006697 B CN 111006697B CN 201911025692 A CN201911025692 A CN 201911025692A CN 111006697 B CN111006697 B CN 111006697B
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Abstract

本发明属于数据处理技术领域，公开了一种编码器的位置数据处理及传输控制系统、方法及应用，包括：绝对位置计算模块、绝对位置拼接模块、绝对解码模块、绝对位置差值计算模块、速度检测模块、绝对位置数据发送帧数选择模块、RS485通信模块。本发明通过通信编码优化的方式，减少最终需要发送的数据量，缩短数据发送时间，提高伺服系统的工作实时性与控制精度。解决了编码器发送数据量偏大的问题；解决伺服系统的实时性、控制精度及工作性能不足等问题。本发明有效减少了最终编码器需要发送的数据量，缩短了数据发送时间；提高了整个伺服系统的实时性、精度及工作性能。

Description

一种编码器的位置数据处理及传输控制系统、方法及应用
技术领域
本发明属于数据处理技术领域，尤其涉及一种编码器的位置数据处理及传输控制系统、方法及应用。
背景技术
目前，最接近的现有技术：编码器(encoder)是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。
光电编码器是一种集光、机、电于一体的测角设备,通过机械结构和信号处理电路将光学信号转换成电信号，从而实现对角位移、位置和速度等多种物理量的直接或间接测量。绝对编码器通常采用串行通信，比如RS485、SPI、SSI等方式将绝对位置数据传输给驱动器。出于对编码器的控制、数据校验等方面考虑，其传输内容包含控制位数据、状态位数据、绝对位置数据以及校验位数据共6帧数据。以RS485为例，一般采用2.5M的波特率，需要消耗24us的时间来发送所有的数据。如此一来，数据发送时间较长，降低了伺服系统的实时性能，使得总体控制性能下降。
现有技术一是一种数据传输处理方法、装置及系统，由于数据发送处理装置根据来自配置装置的通道标识查询相应的通道如果有数据要发送，则根据通道标识获取读数据的地址，并根据该地址获取并行比特数据，然后根据通道标识恢复上一次插0处理后保存的现场数据，然后将获取的并行比特数据、上一次获取的并行比特数据以及上一次插0处理后输出的并行比特数据的低5位组合，再对组合后的并行比特数据进行插0处理，再将插0处理后的并行比特数据输出；该技术存在数据发送时间较长，降低了伺服系统的实时性能，总体控制性能下降。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有的编码器存在数据发送时间较长，降低了伺服系统的实时性能，总体控制性能下降。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种编码器的位置数据处理及传输控制系统、方法及应用。
本发明是这样实现的，一种编码器的位置数据处理及传输控制系统，所述编码器的位置数据处理及传输控制系统包括：
绝对位置计算模块，用于通过包括相位补偿、细分算法的步骤将绝对信号转化为低位的绝对位置值；
绝对解码模块，用于通过将格雷码转为二进制的方式生成高位的绝对位置值；
绝对位置拼接模块，用于将绝对位置计算模块、解码模块输出的高、低位绝对位置值拼接成完整的绝对位置值；
绝对位置差值计算模块，用于通过将本周期与上周期的绝对位置值进行差值运算得出绝对位置差值；
绝对位置数据发送帧数选择模块，用于根据速度检测模块计算出的具体速度来判断最终编码器需要发送几帧绝对位置差值数据给驱动器；
RS485通信模块，用于将绝对位置差值发送给驱动器。
进一步，所述编码器的位置数据处理及传输控制系统还包括：速度检测模块，用于利用绝对位置差值并结合本周期和上周期之间的间隔所用时间计算出具体速度。
进一步，所述编码器的位置数据处理及传输控制系统还包括：绝对位置数据与状态位数据合并模块，用于将差值数据与发送数据状态位中的位数据位合并；然后RS485通信模块将绝对位置差值发送给驱动器。
本发明的另一目的在于提供一种安装有所述编码器的位置数据处理及传输控制系统的动力马达转轴端。
本发明的另一目的在于提供一种安装有所述编码器的位置数据处理及传输控制系统的减速齿轮。
本发明的另一目的在于提供一种安装有所述编码器的位置数据处理及传输控制系统的齿轮齿条。
本发明的另一目的在于提供一种安装有所述编码器的位置数据处理及传输控制系统的链条皮带。
本发明的另一目的在于提供一种所述编码器的位置数据处理及传输控制系统的编码器的位置数据处理及传输控制方法，所述编码器的位置数据处理及传输控制方法包括以下步骤：
第一步，编码器上电后，当接收到RS485请求命令时，系统开始进行绝对位置的计算；
第二步，绝对位置计算模块生成低位的绝对位置值，绝对解码模块生成高位的绝对位置值；
第三步，通过绝对位置拼接模块将高、低位绝对位置值拼接为完整的绝对位置值；绝对位置差值计算模块计算出本周期与上周期的绝对位置值的差值，速度检测模块利用所述差值以及周期的耗时计算出具体速度，此时对速度值进行判断；
第四步，当转速低于1100转/分钟时，在RS485发送数据的第二帧数据也即状态位数据中生成标志位0，并且绝对位置数据发送帧数选择模块发送8位的差值数据；当转速高于1100转/分钟时，在485发送数据的第二帧数据也即状态位数据中生成标志位1，并且绝对位置数据发送帧数选择模块发送16位的差值数据；
第五步，RS485通信模块向驱动器发送绝对位置差值数据。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述编码器的位置数据处理及传输控制方法的信息数据处理终端。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的编码器的位置数据处理及传输控制方法。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明通过通信编码优化的方式，减少最终需要发送的数据量，缩短数据发送时间，提高伺服系统的工作实时性与控制精度。解决了编码器发送数据量偏大的问题；解决伺服系统的实时性、控制精度及工作性能不足等问题。
本发明有效减少了最终编码器需要发送的数据量，缩短了数据发送时间；提高了整个伺服系统的实时性、精度及工作性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的编码器的位置数据处理及传输控制系统的结构示意图；
图中：1、绝对位置计算模块；2、绝对位置拼接模块；3、绝对解码模块；4、绝对位置差值计算模块；5、速度检测模块；6、绝对位置数据发送帧数选择模块；7、RS485通信模块；8、绝对位置数据与状态位数据合并模块。
图2是本发明实施例提供的编码器的位置数据处理及传输控制方法的流程图。
图3是本发明实施例提供的编码器的位置数据处理及传输控制方法的实现流程图。
图4是本发明实施例提供的另一实施例的原理示意图。
图5是本发明实施例提供的另一实施例的流程图。
图6是本发明实施例提供的另一实施例的原理流程图。
图7是本发明实施例提供的RS485发送状态位格式图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种编码器的位置数据处理及传输控制系统、方法及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的编码器的位置数据处理及传输控制系统包括：绝对位置计算模块1、绝对位置拼接模块2、绝对解码模块3、绝对位置差值计算模块4、速度检测模块5、绝对位置数据发送帧数选择模块6、RS485通信模块7。
绝对位置计算模块1，用于通过包括相位补偿、细分算法等步骤将绝对信号转化为低位的绝对位置值。
绝对解码模块2，用于通过将格雷码转为二进制的方式生成高位的绝对位置值。
绝对位置拼接模块3，用于将绝对位置计算模块1、绝对解码模块2输出的高、低位绝对位置值拼接成完整的绝对位置值。
绝对位置差值计算模块4，用于通过将本周期与上周期的绝对位置值进行差值运算得出绝对位置差值。
速度检测模块5，用于利用绝对位置差值并结合本周期与上周期之间的间隔所用时间计算出具体速度。
绝对位置数据发送帧数选择模块6，用于根据速度检测模块5计算出的具体速度来判断最终编码器需要发送几帧绝对位置差值数据给驱动器。
RS485通信模块7，用于将绝对位置差值发送给驱动器。
如图2所示，本发明实施例提供的编码器的位置数据处理及传输控制方法包括以下步骤：
S201：编码器上电后，当接收到RS485请求命令时，系统开始进行绝对位置的计算；
S202：绝对位置计算模块生成低位的绝对位置值，绝对解码模块生成高位的绝对位置值；
S203：通过绝对位置拼接模块将高、低位绝对位置值拼接为完整的绝对位置值；绝对位置差值计算模块计算出本周期与上周期的绝对位置值的差值，速度检测模块利用所述差值以及周期的耗时计算出具体速度，此时对速度值进行判断；
S204：当转速低于1100转/分钟时，在RS485发送数据的第二帧数据也即状态位数据中生成标志位0，并且绝对位置数据发送帧数选择模块发送8位的差值数据；当转速高于1100转/分钟时，在485发送数据的第二帧数据也即状态位数据中生成标志位1，并且绝对位置数据发送帧数选择模块发送16位的差值数据；
S205：RS485通信模块向驱动器发送绝对位置差值数据。
如图4所示，本发明实施例提供的编码器的位置数据处理及传输控制系统包括：绝对位置计算模块1、绝对位置拼接模块2、绝对解码模块3、绝对位置差值计算模块4、绝对位置数据与状态位数据合并模块8、RS485通信模块7。
绝对位置计算模块1，用于通过相位补偿、细分算法等步骤将绝对信号转化为低位的绝对位置值。
绝对解码模块2，用于通过将格雷码转为二进制的方式生成高位的绝对位置值。
绝对位置拼接模块3，用于将绝对位置计算模块1、绝对位置拼接模块2输出的高、低位绝对位置值拼接成完整的绝对位置值。
绝对位置差值计算模块4，用于通过将本周期与上周期的绝对位置值进行差值运算得出绝对位置差值。
绝对位置数据与状态位数据合并模块8，用于将差值数据与发送数据状态位中的4位数据位合并。
RS485通信模块7，用于将绝对位置差值发送给驱动器。
如图5所示，本发明实施例提供的编码器的位置数据处理及传输控制方法包括以下步骤：
S501：编码器上电后，当接收到RS485请求命令时，系统开始进行绝对位置的计算；
S502：绝对位置计算模块生成低位的绝对位置值，绝对解码模块生成高位的绝对位置值；
S503：通过绝对位置拼接模块将高、低位绝对位置值拼接为完整的绝对位置值；绝对位置差值计算模块计算出本周期与上周期的绝对位置值的差值，速度检测模块利用所述差值以及周期的耗时计算出具体速度，此时对速度值进行判断；
S504：当转速低于1100转/分钟时，在RS485发送数据的第二帧数据也即状态位数据中生成标志位0，并且绝对位置数据与状态位数据合并模块发送8位的差值数据；当转速高于1100转/分钟时，在485发送数据的第二帧数据也即状态位数据中生成标志位1，并且绝对位置数据与状态位数据合并模块发送16位的差值数据；
S505：RS485通信模块向驱动器发送绝对位置差值数据。
本发明通过上述通信编码优化的方式，相比于原有技术，可以最多减少发送两帧数据，缩短通信时间33％。从而提高伺服系统的工作实时性与控制精度。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种编码器的位置数据处理及传输控制系统，其特征在于，所述编码器的位置数据处理及传输控制系统包括：
绝对位置计算模块，用于通过包括相位补偿、细分算法的步骤将绝对信号转化为低位的绝对位置值；
绝对解码模块，用于通过将格雷码转为二进制的方式生成高位的绝对位置值；
绝对位置拼接模块，用于将绝对位置计算模块、绝对解码模块输出的高、低位绝对位置值拼接成完整的绝对位置值；
绝对位置差值计算模块，用于通过将本周期与上周期的绝对位置值进行差值运算得出绝对位置差值；
绝对位置数据发送帧数选择模块，用于根据速度检测模块计算出的具体速度来判断最终编码器需要发送几帧绝对位置差值数据给驱动器；
RS485通信模块，用于将绝对位置差值发送给驱动器。
2.如权利要求1所述的编码器的位置数据处理及传输控制系统，其特征在于，所述编码器的位置数据处理及传输控制系统还包括：速度检测模块，用于利用绝对位置差值并结合本周期和上周期之间的间隔所用时间计算出具体速度。
3.如权利要求1所述的编码器的位置数据处理及传输控制系统，其特征在于，所述编码器的位置数据处理及传输控制系统还包括：绝对位置数据与状态位数据合并模块，用于将差值数据与发送数据状态位中的位数据位合并；然后RS485通信模块将绝对位置差值发送给驱动器。
4.一种安装有权利要求1～3任意一项所述编码器的位置数据处理及传输控制系统的动力马达转轴端。
5.一种安装有权利要求1～3任意一项所述编码器的位置数据处理及传输控制系统的减速齿轮。
6.一种安装有权利要求1～3任意一项所述编码器的位置数据处理及传输控制系统的齿轮齿条。
7.一种安装有权利要求1～3任意一项所述编码器的位置数据处理及传输控制系统的链条皮带。
8.一种如权利要求1所述编码器的位置数据处理及传输控制系统的编码器的位置数据处理及传输控制方法，其特征在于，所述编码器的位置数据处理及传输控制方法包括以下步骤：
第一步，编码器上电后，当接收到RS485请求命令时，系统开始进行绝对位置的计算；
第二步，绝对位置计算模块生成低位的绝对位置值，绝对解码模块生成高位的绝对位置值；
第三步，通过绝对位置拼接模块将高、低位绝对位置值拼接为完整的绝对位置值；绝对位置差值计算模块计算出本周期与上周期的绝对位置值的差值，速度检测模块利用所述差值以及周期的耗时计算出具体速度，此时对速度值进行判断；
第四步，当转速低于1100转/分钟时，在RS485发送数据的第二帧数据也即状态位数据中生成标志位0，并且绝对位置数据发送帧数选择模块发送8位的差值数据；当转速高于1100转/分钟时，在485发送数据的第二帧数据也即状态位数据中生成标志位1，并且绝对位置数据发送帧数选择模块发送16位的差值数据；
第五步，RS485通信模块向驱动器发送绝对位置差值数据。
9.一种实现权利要求8所述编码器的位置数据处理及传输控制方法的信息数据处理终端。
10.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求8所述的编码器的位置数据处理及传输控制方法。
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