光电编码器

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光电编码器范文第1篇

【关键词】编码器；光纤；光电转换

1.引言

光电编码器在现代电机控制系统中常用以检测转轴的位置与速度，是通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的高精度角位置测量传感器。由于其具有分辨率高、响应速度快、体积小等特点，被广泛应用于电机控制系统中。

2.绝对值型光电编码器信号传输的光纤实现

编码器按信号输出形式分为绝对式编码器和增量式编码器。绝对式光电编码器具有输出量可与PLC模块、ARM或FPGA等器件直接接口，无累计误差等优点，但价格高、制造工艺复杂，不宜实现小型化。绝对型编码器有两种类型，单圈和多圈。单圈绝对型编码器旋转一圈后自动回到零；多圈绝对型编码器旋转到编码器最大圈数、最大计数值自动回到零。绝对型编码器一般采用格雷码盘编码。格雷码（Gray Code）在任意两个相邻的数之间转换时，只有一个数位发生变化。以分辨率24四位二进制码盘为例。若绝对值编码器采用二进制8421码盘，如图1所示，两个顺序的编码之间有一位或一位以上二进制位置改变。例如：两个顺序的二进制码，从0111变到1000，二进制码的所有位都改变它们的状态。在改变状态的过渡时刻得到读数可能是错误的。即位置的同步和采样变得非常困难。而采用二进制格雷码盘，如图2所示，两个顺序的编码之间，从最后一位码到第一位码，只有一位二进制位置改变，这样使位置的同步和采样变得准确、简单、可行。关于自然二进制码与格雷码之间的换算关系可以参考相关文献。

绝对值编码器信号输出一般有并行输出、串行输出、总线型输出、变送一体型输出。下面对其输出方式进行简单介绍。

2.1 并行输出

绝对值编码器输出的是多位数码（格雷码或纯二进制码），并行输出就是在接口上有多点高低电平输出，以代表数码的1或0，对于位数不高的绝对编码器，一般就直接以此形式输出数码，可直接进入PLC或上位机的I/O接口，输出即时，连接简单。但是并行输出有如下问题：

①必须是格雷码，因为如是纯二进制码，在数据刷新时可能有多位变化，读数会在短时间里造成错码。

②所有接口必须确保连接好，因为如有个别连接不良点，该点电位始终是0，造成错码而无法判断。

③传输距离不能远，一般在一两米，对于复杂环境，最好有隔离。

④对于位数较多，要许多芯电缆，并要确保连接优良，由此带来工程难度，同样，对于编码器，要同时有许多节点输出，增加编码器的故障损坏率。

2.2 同步串行（SSI）输出

串行输出就是通过约定，在时间上有先后的数据输出，其连接的物理形式有RS232、RS422（TTL）、RS485等。SSI接口如RS422模式，以两根数据线、两根时钟线连接，由接收设备向编码器发出中断的时钟脉冲，绝对位置值由编码器与时钟脉冲同步输出至接收设备。由接收设备发出时钟信号触发，编码器开始输出与时钟信号同步的串行信号。串行输出连接线少，传输距离远，提高了编码器的可靠性和保护。一般高位数的绝对编码器都是用串行输出的。

2.3 现场总线型输出（异步串行）

现场总线型编码器是多个编码器各以一对信号线连接在一起，通过设定地址，用通讯方式传输信号，信号的接收设备只需一个接口，就可以读多个编码器信号。总线型编码器信号遵循RS485的物理格式，目前有多种通讯规约，各有优点，还未统一，编码器常用的通讯规约有如下几种：PROFIBUS-DP；CAN；DeviceNet等。总线型编码器可以节省连接线缆、接收设备接口，传输距离远，在多个编码器集中控制的情况下还可以大大节省成本。

2.4 变送一体型输出

其信号已经在编码器内换算后直接变送输出，其有模拟量4-20mA输出、RS485数字输出、14位并行输出等。

针对绝对值编码器的常见输出信号形式即同步串行输出（SSI），提出采用光纤传输的方法，从而提高编码器信号的抗干扰能力以及施工接线的方便性。工业串口光纤Modem将RS-232/422/485电信号直接调制成光信号在光纤上传输，解决了电磁干扰、地环干扰和雷电破坏的难题，提高了数据通讯的可靠性、安全性和保密性，适合我方对电磁干扰环境有特殊要求的某控制系统。如图3所示，编码器端输出的同步串行RS-422数据信号通过接口变换电路转换为TTL信号，然后经过光电转换器件变换为光信号进行传输。同样，RS-422的时钟同步信号由接收端通过相同的方式进行转换，所不同的是数据信号和时钟同步信号转换后的光波长不相等，然后通过多模光纤来传播。

3.增量式光电编码器信号传输的光纤实现

增量式光电编码器不具有计数和接口电路，价格较低，在实际工程中比较常用。

采用三路相互正交的脉冲信号进行长距离传输，目的是为了提高信号的抗干扰能力。但是，一般编码器的输出信号均要求与强电分开传输，而在我方具体的应用系统中，单独铺设编码器信号传输电路存在施工难度，而且增加了线路的复杂性。为此，考虑将编码器输出信号进行光电转换，采用塑料光纤进行传输（塑料光纤作为工业级应用场合，具有柔韧性高、不易磨损等特点）。从而可以将光纤与强电缆在同一线槽中铺设，提高信号传输抗干扰的同时，节省了步线空间并降低了综合成本。针对输出的A、B、Z三相脉冲信号，可以直接将其转换为光信号（如图8所示），使光电编码器的输出方式统一规划为光信号（电压输出、互补输出、驱动器输出、集电极开路输出均可采用此种方法），而在接收端通过光纤接收器将光信号转换为电信号（如图9所示）进入相应的处理电路，进行计数等处理。

选用美国安华高科（Avago TECHNOL-OGIES）公司的HFBR-1523Z，HFBR-2523Z光纤收发器（660纳米）。这组光纤收发器最高传输速率40KBd，工作温度范围0℃～70℃，最大工作电流25mA，光纤采用Ф1塑料光纤。此处需明确波特率和比特率的区别。波特（baud）是指信号大小方向变化的一个波形，编码器输出波特率为1024ps，即每秒传输信号波形变化1024个。一个信号波形可以包含一个或多个二进制位，例如单比特信号的传输速率为9600bit/s，则其波特率为9600baud，它意味着每秒可传输9600个二进制脉冲。如果信号波形由2个二进制位组成，当传输速率为9600bit/s时，则其波特率只有4800baud。实验中选择光纤收发器的通信速率为40Kbps时，HFBR-1523Z（发射），HFBR-2523Z（接收）光纤收发器可以满足要求。图10所示为从示波器上捕获的波形。检测发射器HFBR-1523Z的输入DATE，波形如上面方波所示，经过电光转换，然后通过塑料光纤传输，在接受器HFBR-2523Z的1引脚上检测到的一帧接收号波形（下面），实现了编码器脉冲信号的光纤传输。

4.结论

综上所述，采用光纤接口电路，输入和输出光信号能满足要求的通讯速率，实现了编码器输出信号的光纤传输。使用光纤作为传输介质，编码器端与控制系统间有良好的电气隔离，也避免了电机启动、运转时产生的强电磁场环境对编码器弱点脉冲信号传输的影响。

参考文献

[1]郭帅，栾一秀.测井中光电编码器原理及常见故障分析[J].内江科技，2011，6：107-176.

[2]王春江，周政.双编码器控制炼铁高炉料车运行[J].自动化技术与应用，2011，30（7）：89-106.

[3]覃宗厚，覃朝坚.速率自适应同步RS-422信号的光纤传输[J].光通信技术，2009，8：48-50.

光电编码器范文第2篇

关键词：绝对式光电编码器；格雷码；二进制码；Labview

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)31-

Angle Measurement of Absolute Optical Encoder Based on Virtual Instruments

ZHANG Hui, LIU Jing, QIU chang-li

(Department of Electrician and Electron, Aviation University of Air Force, Changchun 130022, China)

Abstract: Angle measurement of Absolute optical encoder base on Virtual Instruments, the Gray code of absolute optical encoder is sent to single-chip and is convered to binary code, using Labview for data analysis and processing, whose man-machine interface design is beautiful and convenient, it can easily overcome the difficulties of single-chip division calculation.

Key words: absolute optical encoder; gray Code;bBinary code; Labview

1 引言

编码器是一种特殊形式的光电耦合器件，根据编码器刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式两种。

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。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。

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，它的特点是可以直接读出角度坐标的绝对值；没有累积误差；电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。

在编码器的应用中，由于绝对编码器在定位方面明显地优于增量式编码器，已经越来越多地应用于工控定位中。

2 设计原理

本系统由绝对式编码器，数据处理模块，AVR单片机及Labview虚拟仪器平台组成。系统工作过程如下：编码器通过数据处理模块完成相应的电平转换，并将格雷码送至单片机相应的I/O端口。单片机读入码值进行码值转换，并通过SPI接口将结果显示到液晶屏，同时通过USART接口将结果送至上位机，用Labview进行后级数据分析处理及相应人机交互界面的设计。

图1 硬件原理示意框图

3 系统实现

1) 数据处理模块：主要实现的是+12V电平到+5V电平的转化。因为编码器所提供的并行码的电平是+12V的，而ATmega16的电平为+5V。在模块中采用了光耦作为电平转化器件，输入的编码器的并行码进行电平转换后，经过74LS14反向器输出给ATmega16。

2) ATmega16：主要实现的是对采集到的编码器的输出码进行从格雷码到二进制的转换，同时并把转换后的二进制码通过串口发送给虚拟仪器。为了实现对编码器的旋转角度的准确描述和显示，我们采用对编码器进行三次采样，它们分别是：编码器从静止到转动的初试状态，编码器转动过程中的中间状态和编码器从转动到静止的终止状态。

格雷码到二进制码的转换规律：

格雷码的最高位与0相异或作为二进制码的最高位，格雷码的次高位与二进制码的最高位相异或作为二进制码的次高位，格雷码的第三位与二进制码的次高位相异或作为二进制码的第三位，依次进行下去就得到了转换后的二进制码。

3) 虚拟仪器：

由于单片机对于数学的除法计算不易实现，所以采用了用虚拟仪器对采集到的数据进行处理并显示。Labview接收到来自单片机的三组数，它们是：编码器从静止到转动的初试状态A[0]，编码器转动过程中的中间状态A[1]和编码器从转动到静止的终止状态A[2]。在Labview的后面板中具体的数据处理是通过A[0]与A[1]的比较可以得出转动方向，A[2]与A[0]的差值经过角度变换便可以得出旋转的角度，同时在前面板中进行显示。实验结果如图2所示。

图2 实验结果

程序框图如图3所示。

图3 程序框图

4 结论

该系统实现了基于绝对式编码器的角度测量，利用虚拟仪器，克服了单片机对数学的除法计算的困难。可以实现对旋转角度的精确测量。

参考文献：

[1] 刘丰文,邓文和.25位绝对式编码器[J].光电工程,2007,27(6):66-68.

[2]邓方,陈杰,陈文颉,等.一种高精度的光电编码器检测方法及其装置[J].北京理工大学学报,2007,27(11):977-980,1008.

光电编码器范文第3篇

【关键词】电动执行机构；光电传感技术；光电编码器；电子行程

1.引言

电动执行机构是工控领域中广泛应用于控制阀门开启和闭合的一种电动驱动装置，通过远方和就地控制信号实现对阀门的行程控制。传统的电动执行机构控制系统中，行程部件大部分采用机械行程和限位开关来实现阀门开度的调节和限位控制，行程控制精度依赖于行程部件齿轮组的加工工艺和装配水平，普遍存在着阀门定位精度不高的问题，而且机械式行程部件在进行阀位调试时，需要对电动执行机构进行开盖操作，给工业现场安装、调试及维护工作带来极大的不便。光电编码器是一种集光、机、电为一体的数字化位置检测装置，它具有分辨率高、精度高、结构简单等优点，光电编码器应用于电动执行机构，是一种技术上的更新与突破，实现了电动执行机构的电子行程控制方式，大大提高了电动执行机构的行程精度。

2.设计原理

2.1 电子行程部件设计原理

电动执行机构控制器的内部包含了位置信号感应装置、力矩感应装置、逻辑控制装置以及数字通信模块等控制模块，各模块电气控制单元由主控制器CPU统一调用管理。如图1所示，光电编码器作为位置信号感应装置部件，安装在电动执行机构行程轴上，行程轴另一端通过齿轮联接到蜗轮轴上，当电机开向或关向运行时，蜗杆直接带动蜗轮旋转，蜗轮的位移变化通过行程轴传输到光电编码器端，光电编码器完成位移信号的检测，检测信号再经过主控制器波形采集电路，由主控制器CPU读取两路脉冲信号，通过计算光电编码器每秒种输出的脉冲的个数，即可转换成当前电机运行速度，此外，通过捕捉两路相位相差900的脉冲信号，并在主控制器CPU的中断程序里对两路脉冲信号进行脉宽计数和脉冲波形变化判断，可以对电动执行机构的运行速度、位移变化及旋转方向做出判断和处理。另外，在切除电动执行机构外部动力电源的情况下，手动旋转电动执行机构手轮时，光电编码器仍能保持行程计数功能，电动执行机构具备断电阀位保持功能。

2.2 光电编码器设计

光电编码器作为电子行程位置感应装置，是一种集光、电一体，将旋转位移、速度等物理量转换成电信号的位置速度传感器。光电编码器采用相对编码计数，输出脉冲信号采用32位CPU芯片进行处理，使得电动执行机构可以应用于多回转、大行程的阀门装置中，根据DL/T 641-2005《电站阀门电动执行机构》标准要求，电动执行机构行程重复偏差（多回转）≤±50，（部分回转）≤±10。光电编码器中光栅盘采用低线数45线设计，根据电动执行机构的机械传动结构，电动执行机构输出轴旋转一圈时，产生脉冲个数为360个，使得电动执行机构的行程控制精度保持在1°，符合标准设计要求。

光电编码器由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通45个长方形孔，光电检测装置由直射式红外光电传感器电路部分组成。圆形光栅盘（如图2所示）安装在直射式红外光电传感器当中，其中光栅盘每圈设计成45个筋，45个孔，光栅盘由电机驱动旋转，旋转时筋孔交替切割红外传感器，产生两路类似正弦波的脉冲信号，经整形电路对该波形处理，最终输出两路方波信号。光电编码器安装如图3所示。

通过电动执行机构内部机械传动结构，当电机开、关向运行，阀位发生变化时，光栅盘同步进行旋转运动，光电编码器输出两路正交脉冲，图4为光电编码器脉冲信号图。

3.设计分析

3.1 光编信号产生电路

光电编码器波形产生电路如图5所示。N2为光电传感器，采用双光电晶体管，光束中心间距为0.7mm，它们的节距和光栅盘上的节距相等，两组透光缝隙错开1/4节距，使得双光电二极管输出的脉冲信号在相位上相差90°电度角。波形采集电路输入端电阻R1、R2阻值大小为330Ω，传感器负载电阻R3、R4阻值大小为1.5kΩ。在光栅盘旋转运行过程中，光电传感器位置固定不动，光线透过光栅盘间断、交替的穿过双晶体管，产生两路相位相差90度的脉冲信号。

3.2 光编信号采集电路

波形产生电路输出的两路脉冲信号，需要经过整形电路进行波形整形，经过思密特双非门整形后，在三极管Q3、Q4集电极端输出脉冲方波。波形整形电路如图6所示。

3.3 光编信号采集电路

光电编码器输出的两路位置检测信号，经过整形电路整形后，传送至电动执行机构主控制器CPU端口，主CPU通过端口中断方式，在两路脉冲信号每次发生跳变时，会产生一次端口中断，由CPU中断处理程序完成一次脉冲信号的计数和方向判断。光电编码器结构简单，信号稳定，数据处理比较容易，但由于在主电源断电情况下，需要电池供电保持阀位计数，一旦电池电压过低或无法供电，电动执行机构阀位容易丢失，给现场生产运行带来不便。所以在光编信号采集电路中设计了电池省电方式，当主电源停止供电时，主CPU自动切换至低功耗工作方式，同时关闭光电编码器供电电源，为保证主电源断电过程中阀位计数功能，采用20mS定时唤醒方式，每隔20mS打开一次光电编码器电源开关，判断阀位是否发生变化。图7为光编信号采集电路，在正常运行状态下，BMQ_C引脚输出低电平，三极管Q102导通，V9XX为光电编码器供电，当主电源停止供电时BMQ_C引脚输出高电平，三极管Q102关闭，光电编码器供电电源断开，进入省电模式。

在光编信号采集电路中，主控制CPU通过采集两路脉冲信号，经过数据分析和方向判断，计算出当前阀位状态，然后通过串行总线，将阀位数据传送至人机对话模块，通过人机界面显示出当前阀位状态。

4.应用分析

4.1 应用中出现的问题

电动执行机构输出轴转速范围一般为5r/m至160r/m。不同规格型号的电动执行机构，其转速相差较大，对于高转速型电动执行机构，由于输出轴输出速度较快，从而使光电编码器的光栅盘随之高速旋转，使得光电编码器输出的波形受到双二极管通断速度的影响，波形变为不理想的脉冲方波，导致光电编码器在高速运行时出现性能不稳定情况。

4.2 问题分析

为解决此故障现象，需从光电编码器电路设计上进行原理分析。图8、图9、图10为不同条件下（波形产生电路R3、R4阻值变化）的波形采集图。

由以上采集波形可以看出，光电编码器输出端信号的下降沿随着信号产生电路上R3、R4阻值的增大变得越来越平缓，经过双非门U1整形后，光电编码器输出端波形的高电平宽度变宽，低电平宽度变窄，这是因为在5V供电条件下，双非门U1的高电平门槛电压VT+约为3V，低电平门槛电压VT-约为1.7V，如图11双非门工作原理图所示，所以当光电编码器输出端信号的下降沿越来越平缓时，电压下降时间也随之增加，双非门U1的输出端信号的低电平时间会变长，即低电平宽度变宽，高电平宽度变窄，双非门U1的输出端信号还要经过一个三极管反向后输出到光电编码器输出端，所以，此时编码器输出端信号的高电平宽度就变宽，低电平宽度就变窄了，受此影响，光电编码器两路输出信号形成的相交脉冲信号也比较窄，这样就很容易造成光编信号采集端信号采集困难或造成脉冲信号丢失，其次，从图中数据分析，当R3=R4=5.1K时，相交脉冲信号间隔时间大约为50us，此时光栅盘转速约为1875r/m，当转速达到2500r/m甚至更高时，间隔时间更短，从而影响CPU中断读取时间，造成数据丢失。由此分析，传感器输出端电阻R3、R4阻值取值不能太大。

另外，根据电路分析及采集信号图，光电编码器器输出端信号的电压峰值随着R3、R4阻值的减小而变小，由图8可以看到，当R3=1K，R4=1K时，VR3、VR4约为4.1V，而从实验过程中发现，R3=1K，R4=1K时，VR3、VR4有时不能达到2.7V，即达不到双非门U1的门槛电压VT+，所以会造成光电编码器没有信号输出，在同样的条件下之所以会出现两种不同的结果，是因为器件的离散性造成的，因为从上述波形图中可以看出，传感器的输出信号为模拟信号，所以传感器的输出效果跟器件本身有很大的关系，即同一器件在同一条件下有可能产生不同的模拟信号，从双非门U1输出端的信号就会随之变化，如果相差较大，那么得到的结果也会有较大区别。由此分析，传感器输出端电阻R3、R4阻值取值也不能太小。另外在图9、图10中可以观察到，当R3=2.2K，R4=2.2K时，VR3、VR4约为4.4V，R3、R4取值大于2.2K时，VR3、VR4也都约为4.5V。

综合分析考虑，为适应高速型电动执行机构和不同的电源供电方式（5VDC、3.3.VDC），光电编码器信号产生电路R3、R4阻值大小设置为1.5K较为合适。

5.结论

通过采用光电编码器作为电动执行机构行程检测部件，使电动执行机构实现了电子式行程设计，提高了阀门行程精度和阀位分辨率，实现了阀门的精确定位，有效的简化了电动执行机构的调试过程，提高了现场调试效率，方便了现场维护，适应了现代工业技术水平高速发展的要求。

参考文献

[1]潘琢金.C8051F340全速USB FLASH微控制器数据手册[S].2006.

[2]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

光电编码器范文第4篇

【关键词】 煤矿 DSP 光电编码器 电机 速度检测

近年来，随着我国推进小煤矿的资源整合与兼并重组工作，加快矿井的机械化改造步伐，有力的提升了煤矿安全生产保障水平，极大的促进了煤矿安全生产形势的好转。但煤矿兼并重组、整合技改工作地区间进展不平衡，部分整合技改煤矿违规生产或以整合技改名义逃避关闭。煤矿兼并重组、整合技改过程中隐患大量存在，瓦斯等可可燃性气体遇到火花容易引起爆炸，安全生产事故时有发生。煤矿安全生产形势对井下输变电和生产设备性能提出更严格的要求，尤其是提升运输和抢险救援设备。矿用隔爆型电机是煤矿井下提升运输、采掘和抢险救援的动力来源，开展矿用隔爆型电机运行速度检测技术的研究，对于提升煤矿设备的可靠性、排除安全隐患、减小生产事故发生和保障人民生命财产安全具有重要的意义。

一、数字信号处理器

从TI公司在1982-1983年推出TMS系列数字信号处理器（DSP）第一代产品到今天的TMS320C2000/5000/6000产品系列，TI公司的DSP的处理速度不断提高、结构更加合理、性能更加优越，DSP系统的开发环境也不断完善。TMS320C2000系列DSP集成微控制器和高性能DSP的特点，整合了Flash存储器、事件管理器、增强型CAN模块、快速的A/D转换器、正交编码电路接口及多通道缓冲串口等外设，具有强大的控制和信号处理能力，能够实现复杂的控制算法。在281x DSP上有两个事件管理器EVA和EVB，它们是数字电机控制时使用较多的重要外设，能够实现机电设备控制的各种功能。

每个事件管理器中包括定时器、比较器、PWM逻辑电路、捕捉单元正交编码脉冲电路及中断逻辑电路，省去了外部死区控制逻辑和外部速度/定位传感器逻辑，降低了CPU的开销，提高了系统的可靠性。

二、光电编码器

光电编码器是利用光电转换原理将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器主要由光栅盘和光电检测装置组成，光栅盘上等分若干长方形小孔，检测系统中光电盘与被检测物同轴，被检测物旋转代动光电盘同速旋转，经过发光二极管等电子元器件组成的检测装置检测若干脉冲信号，通过计算光电编码器每秒输出的脉冲数就能反映当前电机的转速。

另外，光电编码器提供相位相差90°的两个通道信号输出，系统可以根据双通道光码状态的变化来判断电机的转向。根据刻度方法及信号输出形式，光电编码器分为增量式、绝对式和混合式三种。

系统选用欧姆龙公司生产的E6B2-CWZ3E型光电编码器作为矿用隔爆型电机速度和方向检测器件，该传感器利用光电转换原理输出A、B和Z相三路方波脉冲信号。A相、B相两路信号之间互差90°，用来检测电机的速度和方向。该传感器具体参数如表1所示。

三、DSP与编码器接口电路

DSP芯片的每个事件管理器模块都有一个正交编码脉冲（QEP）电路，当QEP电路被使能时， DSP可以对CAP1/QEP1和CAP2/QEP2（对于EVA）或CAP4/QEP3和CAP5/QEP4（对于EVB）引脚上的正交编码脉冲进行解码和计数。QEP电路可以用于连接光电编码器，获得矿用隔爆型电机的旋转方向和速度信息。

在使能QEP电路时，CAP1/CAP2和CAP4/CAP5引脚的捕捉功能被禁止。QEP单元通过信号转换单元与安装在电机主轴上的增量式光电编码器相连接，DSP对正交编码脉冲信号进行译码和计数，通过中断程序实现对矿用隔爆型电机速度、向等参数的计算和存储。

光电编码器输出信号为5V的方波信号，而DSP可接收的电压最大为3.3V，所以需要设计信号转换电路将5V的方波信号转换成DSP可接收的信号。5V方波信号经过电容滤除杂波和快速光耦6N137隔离，在通过双电压比较器LM393转换成DSP可以接收的脉冲信号。LM393比较器的参考电压为1.8V，当输入端电压大于比较器参考电压时，比较器输出高电平。

5V稳压电源经过输出电压可调的集成三端稳压器LM317转换后为比较器提供工作电源，比较器输出DSP可识别的脉冲信号，信号转换电路如图1所示。

四、结论

结合我国煤矿安全生产现状，将DSP和光电编码器有机结合在一起，设计矿用隔爆型电机速度检测系统。光电编码器经过信号转换电路传递给DSP的正交编码脉冲单元，DSP根据双脉冲的先后顺序和脉冲频率经过内部处理可以得到电机的方向和速度。

检测系统结构简单、可靠性很高、实时性好，能够实现矿用隔爆型电机速度实时检测，满足预期设计要求。

参 考 文 献

[1] 国家安全监管总局 国家煤矿安监局.关于进一步加强煤矿安全监管监察工作的通知.〔2012〕130号.

[2] 李剑峰.高可靠性可编程水泵监控系统[J].煤矿机械，2009，（11）：127.

光电编码器范文第5篇

图1中的系统是传统的带PID调节的直流伺服速度控制系统。对于控制精度较低的产品虽能满足要求。但对于精度要求高的场合就不能适应了。这是因为：当电机运转一段时间后，电机温度随着工作时间加长而不断上升，而反馈元件（测速发电机）与伺服电机同轴连接，故测速发电机的温度也随之升高。因为测速发电机是用永磁磁缸制成，其转子线圈切割磁力线而产生电势，其值为：

Ea=εa∝N

式中Ea为测速机输出电势

εa为测速机电势常数

N为电机转速

一般情况下，εa是个常数，测速发电机产生的电势Ea正比于转速N。而实际上电机温度上升后εa已经发生了变化，通常情况下是下降的，εa变小，故Ea也变小。而此时电机转速并未下降，反馈到速度环的电压Δu随之上升，促使电机转速上升，迫使Ea上升，从而达到Δu维持不变。这样，随着电机温度上升，电机的速度也慢慢上升，而给定值并未改变，这就引起电机转速的误差增大。根据实际测量一般电机温度每上升100℃，电机转速的误差会增大1－3%左右。电机转速越低，相对误差越大。

为了纠正电机转速的偏差，采用600线/转的光电编码器作反馈元件，与电机同轴安装，就可以准确测出电机的转速。因为光电编码器是由激光照射光珊发出脉冲的，而光珊安装在光电编码器的转轴上，转轴每转一周（3600）编码器就产生600个脉冲，该脉冲只与转轴速度有关，而与温度无关。因此，只要准确测出光电编码器的脉冲个数，就可确切知道电机的转速。

例如，当电机的转速ND=1000转/分，则每秒钟光电编码器的脉冲个数应为

n光=1000*600/60

=10000（个脉冲）

若

ND=1转/分

n光=1*600/60=10（个）

如果实际测量值与上述理论计算值有偏差，则可以通过调节D/A输出电压调整电机的转速，最终使

Δn=ND测-ND理

这样就可以将电机的转速控制在我们所希望的误差范围内。

2元器件的选择；

2．1伺服系统（速度环）选用SC5HC60型直流脉宽伺服系统，调速范围可达1：10000以上，速度精度为0.5%FS。

2．2电机选用稀土直流宽调速伺服测速机组,与伺服系统构成速度闭环系统。

2．3D/A器件选用分辨率为16位串行D/A。控制线为三线串行方式，即：一根时钟线，一根数据线，一根选通线。

2．4光电编码器每转输出600个脉冲，五线制。其中两根为电源线，三根为脉冲线(A、B、Z)。电源的工作电压为+5～+24V直流电源。

工作原理:当光电编码器的轴转动时A、B两根线都产生脉冲输出,A、B两相脉冲相差900相位角，由此可测出光电编码器转动方向与电机转速。如果A相脉冲比B相脉冲超前则光电编码器为正转,否则为反转.Z线为零脉冲线,光电编码器每转一圈产生一个脉冲.主要用作计数。A线用来测量脉冲个数,B线与A线配合可测量出转动方向.

2．5单片机选用89C51-24PC单片机，晶振频率为24MHz，用一个定时器作计数器来测量光电编码器的脉冲个数，另一个定时器精确定时，这样可准确测出电机每秒钟转动的距离，同时根据设定值计算出电机每秒钟应转动的理论值并与测量值进行比较,将误差值转换成数字量输出到D/A芯片的输入端，从而改变其电压输出，送给伺服系统控制电机的转速,从而达到恒速的目的。

例如:要将电机控制在500转/分,根据伺服系统的指标,当输入为0～5V信号时,电机转速为1500转/分,故可求得当ND=500转/分时，光码盘每秒钟输出的脉冲数为：

PD=500×600/60=5000个脉冲

对应该转速伺服系统的输入电压应为：

VD=5.000×500/1500=1.6666V

当测出的脉冲个数与计算出的标准值有偏差时,可根据电压与脉冲个数的对应关系计算出输出给伺服系统的增量电压U:

U=P×5.000/(1500×600/60)=P/3000(V)

而输出到D/A的数字量的增量应为:

D=U×216/5.000

电机的整个工作调节过程如下:

工作前通过键盘设定控制转速,计算出输出电压VD并将该电压对应的输出到D/A的数字量V数=VD×216/5.000算出,直接送给D/A,电机开始起动运转。当电机运转一段时间后电机转速不断上升从而导致测速机磁性下降，测速机输出电势下降，经速度环调整后使电机转速上升，运行时间越长，电机转速上升越多。这时系统起动位置环，通过不断测量光电编码器每秒钟输出的脉冲个数，并与标准值PD进行比较，计算出增量P并将之转换成对应的D/A输出数字量，在原来输出电压的基础上减去增量，迫使电机转速降下来，当测出的P近似为零时停止调节，这样可将电机转速始终控制在允许的范围内。

3硬件电路的实现

实际工作中由于伺服系

统工作电流较大，对于微机干扰较大，故在硬件电路设计时应考虑到系统的隔离和干扰问题。由于选用的是串行D/A。信号的传输只用三根线，故采取隔离措施相对容易些。而光电编码器工作也容易受到干扰，因此除了正常的接地外，还要将光电编码器输出线中的地线可靠接地。光电编码器的A线做脉冲检测用，Z线作计数器用，速度输入用键盘输入数字，显示用液晶显示器。

4软件

根据电路的连接情况，采用汇编语言编写了整个程序。现将部分阐述如下：

4．1初始化

初始化内容包括定时器、中断系统及个单元内容的初始化

HSTART:MOVSP,#0E0H;设置堆栈顶地址

MOVIE,#90H；开中断及串行口中断允许

MOVIP,#5；将定时器1和串口中断设置高优先权

MOVTCON,#5;外中断0和外中断1全部为边沿触发方式

MOVTMOD,#21H;定时器0为方式1定时器2为方式2

MOVPCON,#0；SMOD=0

MOVSCON,#0D8H;串口设置成方式3,TB8=1,REN=1

MOVTH1,#0FDH;设定定时器1重装时间常数

MOVTL1,#0FDH

CLRET1

SETBREN

SETBES

MOVTH0,#2CH

MOVTL0,#0

SETBTR0

SETBTR1

……

4．2定时器0中断子程序

CLOCK0:CLRET0;保护现场指令

MOVTH0,#2CH;重置时间常数

MOVTL0,#0

INCQSE0

MOVA,#14H;判别1秒钟定时到否

CJNEA,QSE0,HCLZ

MOVQSE0,#0;计数器清零

MOVA,QSEC

ADDA,#1;秒单元加1

DAA

MOVQSEC,A

MOVA,#5

CJNEA,QSEC,HCLZ;判5秒钟到否

MOVQSEC,#0;秒单元清零

CLREX0;关中断0停止计数

HCLZ:恢复现场指令

SETBET0

RETI;中断返回

4．3中断0计数程序

POST1:CLREX0

保护现场指令

MOVA,QLLD;计数器低位加1

ADDA,#1

MOVQLLD,A

MOVA,QLLD+1

ADDCA,#0

MOVQLLD+1,A

恢复现场指令

SETBEX0

RETI