絕對(duì)值編碼器

1、增量型編碼器與絕對(duì)型編碼器的區(qū)分編碼器如以信號(hào)原理來(lái)分，有增量型編碼器,絕對(duì)型編碼器。增量型編碼器 (旋轉(zhuǎn)型)工作原理:由一個(gè)中心有軸的光電碼盤(pán)，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為360度），將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。由于A、B兩相相差90度，可通過(guò)比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過(guò)零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。編碼器碼盤(pán)的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤(pán)是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高

2、，金屬碼盤(pán)直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級(jí)，塑料碼盤(pán)是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。分辨率編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度510000線。信號(hào)輸出:信號(hào)輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開(kāi)路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長(zhǎng)線差分驅(qū)動(dòng)（對(duì)稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號(hào)接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對(duì)應(yīng)。信號(hào)連接編碼器的脈沖信號(hào)一般連接計(jì)數(shù)器、PLC、計(jì)算機(jī)，PL

3、C和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開(kāi)關(guān)頻率有低有高。如單相聯(lián)接，用于單方向計(jì)數(shù)，單方向測(cè)速。A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測(cè)速。A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測(cè)量。A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的連接，電流對(duì)于電纜貢獻(xiàn)的電磁場(chǎng)為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。對(duì)于TTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)150米。對(duì)于HTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)300米。增量式編碼器的問(wèn)題：增量型編碼器存在零點(diǎn)累計(jì)誤差，抗干擾較差，接收設(shè)備的停機(jī)需斷電記憶，開(kāi)機(jī)應(yīng)找零或參考位等問(wèn)題，這些問(wèn)題如選用絕對(duì)型編

4、碼器可以解決。增量型編碼器的一般應(yīng)用:測(cè)速，測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，測(cè)移動(dòng)角度、距離(相對(duì))。絕對(duì)型編碼器（旋轉(zhuǎn)型）絕對(duì)編碼器光碼盤(pán)上有許多道光通道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16 線。編排，這樣，在編碼器的每一個(gè)位置，通過(guò)讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進(jìn)制編碼（格雷碼），這就稱為n位絕對(duì)編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤(pán)的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。絕對(duì)編碼器由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置是唯一的，它無(wú)需記憶，無(wú)需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)數(shù)，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。單圈絕對(duì)值編碼

5、器和多圈絕對(duì)值編碼器旋轉(zhuǎn)單圈絕對(duì)值編碼器，以轉(zhuǎn)動(dòng)中測(cè)量光電碼盤(pán)各道刻線，以獲取唯一的編碼，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)360度時(shí)，編碼又回到原點(diǎn)，這樣就不符合絕對(duì)編碼唯一的原則，這樣的編碼只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測(cè)量，稱為單圈絕對(duì)值編碼器。如果要測(cè)量旋轉(zhuǎn)超過(guò)360度范圍，就要用到多圈絕對(duì)值編碼器。編碼器生產(chǎn)廠家運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理，當(dāng)中心碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)另一組碼盤(pán)（或多組齒輪，多組碼盤(pán)），在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼，以擴(kuò)大編碼器的測(cè)量范圍，這樣的絕對(duì)編碼器就稱為多圈式絕對(duì)編碼器，它同樣是由機(jī)械位置確定編碼，每個(gè)位置編碼唯一不重復(fù)，而無(wú)需記憶。多圈編碼器另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于測(cè)量范圍大，實(shí)際使用

6、往往富裕較多， 這樣在安裝時(shí)不必要費(fèi)勁找零點(diǎn)， 將某一中間位置作為起始點(diǎn)就可以了，而大大簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試難度。絕對(duì)值編碼器信號(hào)輸出有并行輸出、串行輸出、總線型輸出、變送一體型輸出1 并行輸出：絕對(duì)值編碼器輸出的是多位數(shù)碼（格雷碼或純二進(jìn)制碼），并行輸出就是在接口上有多點(diǎn)高低電平輸出，以代表數(shù)碼的1或0，對(duì)于位數(shù)不高的絕對(duì)編碼器，一般就直接以此形式輸出數(shù)碼，可直接進(jìn)入PLC或上位機(jī)的I/O接口，輸出即時(shí)，連接簡(jiǎn)單。但是并行輸出有如下問(wèn)題：1。必須是格雷碼，因?yàn)槿缡羌兌M(jìn)制碼，在數(shù)據(jù)刷新時(shí)可能有多位變化，讀數(shù)會(huì)在短時(shí)間里造成錯(cuò)碼。2。所有接口必須確保連接好，因?yàn)槿缬袀€(gè)別連接不良點(diǎn)，該點(diǎn)電位始終是0，

7、造成錯(cuò)碼而無(wú)法判斷。3。傳輸距離不能遠(yuǎn)，一般在一兩米，對(duì)于復(fù)雜環(huán)境，最好有隔離。4。對(duì)于位數(shù)較多，要許多芯電纜，并要確保連接優(yōu)良，由此帶來(lái)工程難度，同樣，對(duì)于編碼器，要同時(shí)有許多節(jié)點(diǎn)輸出，增加編碼器的故障損壞率。2 串行SSI輸出：串行輸出就是通過(guò)約定，在時(shí)間上有先后的數(shù)據(jù)輸出，這種約定稱為通訊規(guī)約，其連接的物理形式有RS232、RS422(TTL)、RS485等。由于絕對(duì)值編碼器好的廠家都是在德國(guó)，所以串行輸出大部分是與德國(guó)的西門(mén)子配套的，如SSI同步串行輸出。SSI接口(RS422模式)，以兩根數(shù)據(jù)線、兩根時(shí)鐘線連接，由接收設(shè)備向編碼器發(fā)出中斷的時(shí)鐘脈沖，絕對(duì)的位置值由編碼器與時(shí)鐘脈沖同步

8、輸出至接收設(shè)備。由接收設(shè)備發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā),編碼器從高位(MSB)開(kāi)始輸出與時(shí)鐘信號(hào)同步的串行信號(hào).串行輸出連接線少，傳輸距離遠(yuǎn)，對(duì)于編碼器的保護(hù)和可靠性就大大提高了。一般高位數(shù)的絕對(duì)編碼器都是用串行輸出的。3 現(xiàn)場(chǎng)總線型輸出現(xiàn)場(chǎng)總線型編碼器是多個(gè)編碼器各以一對(duì)信號(hào)線連接在一起，通過(guò)設(shè)定地址， 用通訊方式傳輸信號(hào)，信號(hào)的接收設(shè)備只需一個(gè)接口，就可以讀多個(gè)編碼器信號(hào)?？偩€型編碼器信號(hào)遵循RS485的物理格式，其信號(hào)的編排方式稱為通訊規(guī)約，目前全世界有多個(gè)通訊規(guī)約，各有優(yōu)點(diǎn)，還未統(tǒng)一，編碼器常用的通訊規(guī)約有如下幾種：PROFIBUS-DP； CAN； DeviceNet； Interbus等總線型

9、編碼器可以節(jié)省連接線纜、接收設(shè)備接口，傳輸距離遠(yuǎn)，在多個(gè)編碼器集中控制的情況下還可以大大節(jié)省成本。4變送一體型輸出 我公司提供的GPMV0814、GPMV1016絕對(duì)編碼器，其信號(hào)已經(jīng)在編碼器內(nèi)換算后直接變送輸出，其有模擬量420mA輸出、RS485數(shù)字輸出、14位并行輸出。連接絕對(duì)編碼器的電氣二次設(shè)備：連接絕對(duì)值編碼器的設(shè)備可以是可編程控制器PLC、上位機(jī)，也可以是專用顯示信號(hào)轉(zhuǎn)換儀表，由儀表再輸出信號(hào)給PLC或上位機(jī)。1直接進(jìn)入PLC或上位機(jī)：編碼器如果是并行輸出的，可以直接連接PLC或上位機(jī)的輸入輸出接點(diǎn)I/O，其信號(hào)數(shù)學(xué)格式應(yīng)該是格雷碼。編碼器有多少位就要占用PLC的多少位接點(diǎn)，如果是

10、24伏推挽式輸出，高電平有效為1，低電平為0；如果是集電極開(kāi)路NPN輸出，則連接的接點(diǎn)也必須是NPN型的，其低電平有效，低電平為1。2編碼器如果是串行輸出的，由于通訊協(xié)議的限制，后接電氣設(shè)備必須有對(duì)應(yīng)的接口。例如SSI串行，可連接西門(mén)子的S7-300系列的PLC，有SM338等專用模塊，或S7-400的FM451等模塊，對(duì)于其他品牌的PLC，往往沒(méi)有專用模塊或有模塊也很貴。3編碼器如是總線型輸出，接受設(shè)備需配專用的總線模塊，例如PROFIBUS-DP。但是，如選擇總線型輸出編碼器，在編碼器與接收設(shè)備PLC中間，就無(wú)法加入其他顯示儀表，如需現(xiàn)場(chǎng)顯示，就要從PLC 再轉(zhuǎn)出信號(hào)給與信號(hào)匹配的顯示儀表

11、。作為位置檢測(cè)的傳感器，現(xiàn)在普遍采用了絕對(duì)位置測(cè)量，為保證高精度、高位數(shù)絕對(duì)型傳感器的數(shù)據(jù)傳輸可靠性,目前世界上通常采用先進(jìn)的SSI(synchronous-serial interface同步串行介面)輸出技術(shù),信號(hào)傳輸只需2根時(shí)鐘線,2根數(shù)據(jù)線,另外配以2根電源線,僅需6根線即可達(dá)到工作及傳輸?shù)哪康?通過(guò)SSI轉(zhuǎn)換模塊,傳感器輸出的信號(hào)就可進(jìn)行計(jì)算.格雷碼格雷碼(Gray code),又叫循環(huán)二進(jìn)制碼或反射二進(jìn)制碼在數(shù)字系統(tǒng)中只能識(shí)別0和1，各種數(shù)據(jù)要轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼才能進(jìn)行處理，格雷碼是一種無(wú)權(quán)碼，采用絕對(duì)編碼方式，典型格雷碼是一種具有反射特性和循環(huán)特性的單步自補(bǔ)碼，它的循環(huán)、單步特性消

12、除了隨機(jī)取數(shù)時(shí)出現(xiàn)重大誤差的可能，它的反射、自補(bǔ)特性使得求反非常方便。格雷碼屬于可靠性編碼，是一種錯(cuò)誤最小化的編碼方式，因?yàn)?，自然二進(jìn)制碼可以直接由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，但某些情況，例如從十進(jìn)制的3轉(zhuǎn)換成4時(shí)二進(jìn)制碼的每一位都要變，使數(shù)字電路產(chǎn)生很大的尖峰電流脈沖。而格雷碼則沒(méi)有這一缺點(diǎn)，它是一種數(shù)字排序系統(tǒng)，其中的所有相鄰整數(shù)在它們的數(shù)字表示中只有一個(gè)數(shù)字不同。它在任意兩個(gè)相鄰的數(shù)之間轉(zhuǎn)換時(shí)，只有一個(gè)數(shù)位發(fā)生變化。它大大地減少了由一個(gè)狀態(tài)到下一個(gè)狀態(tài)時(shí)邏輯的混淆。另外由于最大數(shù)與最小數(shù)之間也僅一個(gè)數(shù)不同，故通常又叫格雷反射碼或循環(huán)碼。下表為幾種自然二進(jìn)制碼與格雷碼的對(duì)照表：十進(jìn)制數(shù)自然

13、二進(jìn)制數(shù)格雷碼十進(jìn)制數(shù)自然二進(jìn)制數(shù) 格雷碼 0 0000 0000 8 1000 1100 1 0001 0001 9 1001 1101 2 0010 0011 10 1010 1111 3 0011 0010 11 1011 1110 4 0100 0110 12 1100 1010 5 0101 0111 13 1101 1011 6 0110 0101 14 1110 1001 7 0111 0100 15 1111 1000 一般的,普通二進(jìn)制碼與格雷碼可以按以下方法互相轉(zhuǎn)換:二進(jìn)制碼->格雷碼（編碼）：從最右邊一位起，依次將每一位與左邊一位異或(XOR)(格雷碼-二進(jìn)制碼（解

14、碼）：從左邊第二位起，將每位與左邊一位解碼后的值異或，作為該位解碼后的值（最左邊一位依然不變）.數(shù)學(xué)(計(jì)算機(jī))描述：原碼：p0n；格雷碼：c0n(nN)；編碼：c=G(p)；解碼：p=F(c)；書(shū)寫(xiě)時(shí)從左向右標(biāo)號(hào)依次減小.編碼：c=p XOR pi+1(iN,0in-1)，cn=pn；解碼：pn=cn，p=c XOR pi+1(iN,0in-1).Gray Code是由貝爾實(shí)驗(yàn)室的Frank Gray在20世紀(jì)40年代提出的（是1880年由法國(guó)工程師Jean-Maurice-EmlleBaudot發(fā)明的），用來(lái)在使用PCM（Pusle Code Modulation）方法傳送訊號(hào)時(shí)避免出錯(cuò)，并

15、于1953年3月17日取得美國(guó)專利。由定義可知，Gray Code的編碼方式不是唯一的，這里討論的是最常用的一種。 四、SSI 協(xié)議說(shuō)明： SSI 為同步串聯(lián)信號(hào)，實(shí)際的兩對(duì) RS422，一對(duì)時(shí)鐘觸發(fā)， 一對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)送。 如圖所示，編碼器的絕對(duì)位置值由接收設(shè)備的時(shí)鐘信號(hào) 觸發(fā),從格雷碼高位(MSB)開(kāi)始，輸出與時(shí)鐘信號(hào)同步的串行信 號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)從接收設(shè)備發(fā)出，以編碼器的總位數(shù)輸出 N 個(gè)中 斷的脈沖，當(dāng)不傳送信號(hào)時(shí),時(shí)鐘和數(shù)據(jù)位均是高位,在時(shí)鐘信 號(hào)的第一個(gè)下降沿,當(dāng)前值開(kāi)始貯

16、存,從時(shí)鐘信號(hào)上升沿開(kāi)始,數(shù) 據(jù)信號(hào)開(kāi)始傳送，一個(gè)時(shí)鐘脈沖同步一位數(shù)據(jù)。 其中：t3 為恢復(fù)信號(hào),等待下次傳送；N=13；16；25；28。根據(jù)編碼器總位數(shù)。 T=411us； t1=15.5us； t21us；  t3=1115.5us (Clock-及 Date-省略未畫(huà))。 實(shí)際使用中，為保證信號(hào)的穩(wěn)定與較遠(yuǎn)的傳輸距離，推薦參數(shù)如下： T=8us（125KHz）； t1=4us； t2(實(shí)際讀數(shù)延遲時(shí)間)=34us；  t3=15

17、us。  五、數(shù)據(jù)處理：  編碼器輸出為格雷循環(huán)碼，接收后先以異或的方式，從高位開(kāi)始解碼為二進(jìn)制碼。由于格雷碼為循環(huán)碼，經(jīng) 過(guò)最大值碼值循環(huán)到 0，即在最大值與 0 間有突變，因此，為避免工作行程出現(xiàn)突變數(shù)據(jù)，建議采用編碼器數(shù) 據(jù)值的中間位置作為工作起始位，當(dāng)編碼器安裝完畢后，旋轉(zhuǎn)到實(shí)際工作起始點(diǎn)，將編碼器電纜芯線的 MIDP 線與電源正短觸，當(dāng)前信號(hào)輸出即為編碼器總位數(shù)輸出值的中值，MIDP  線回到電源 0。以后接收到的當(dāng)前測(cè) 量值轉(zhuǎn)為二進(jìn)制碼后，應(yīng)做如下處理： 實(shí)際位置值（CMidP）×Dir +起始點(diǎn)值 上式中，C 為編碼器輸出的當(dāng)前測(cè)量值；MidP 為中間位置值，為 2n-1，13 位時(shí)為 4096，16 位時(shí)為 32768； 25 位為 2048x8192、28 位為 204