一种用于增量式编码器差分信号接收断线检测电路及方法与流程

1.本发明涉及编码器检测电路技术领域，尤其涉及一种用于增量式编码器差分信号接收断线检测电路及方法。


背景技术：

2.目前，随着自动化控制需求日益剧增，相应自动化控制设备的要求也越来越高，功能也越来越多，同时对信号的稳定性以及信号的完整性也提出了越来越高的要求,在一些应用场合里，会用到增量式的位置与速度反馈信号，编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置，其中，成本较低的增量式编码器，在运动控制和电气传动领域中都有广泛的应用。现有技术中的增量式编码器硬件断线检测电路，通常是使用软件检测或者将增量式编码器差分信号单端化后直接连led指示灯，在电机运转起来后，通过软件判断是否接收到脉冲，或者直接肉眼观察led有无明暗变化，来判断增量式编码器有无断线。
3.然而目前现有技术中的短线监控系统中，一般都是采用需要电机运转后才能检测出增量式编码器是否存在短线，其缺点在于电机运转起来的时候控制器电机的控制器已经输出电流，而控制器是一个需要实时位置和速度反馈的系统，一旦出现需要电机运转起来但是编码器没有实时反馈位置信息给控制器，就会出现短时间的堵转，如果无法第一时间检测出断线，将会造成安全隐患。或者失稳状态，容易引起飞车状体的发生。
4.对此，本技术特提出一种用于增量式编码器差分信号接收断线检测电路及方法以解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明解决了现有技术须在电机转动后才能判断有无断线的技术问题。检测方法准确，并且在电机正转和反转时均可以对编码器进行检测，在任何情况和任何状态下均可以快速准确的判断出编码器某一单端信号是否有断线故障。
6.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于增量式编码器差分信号接收断线检测电路，包括差分信号接收单元，差分信号接收单元含有两个检测单元，差分信号接收单元用于与增量式编码器的三相差分信号线相连；
7.所述检测单元包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻与第二比较器；
8.所述差分信号接收单元包括第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻与第一比较器；
9.所述第一电容与第二电阻的输入引脚相互电连接，并连接至增量编码器差分信号正极；
10.所述第一电阻与第二电阻的输出引脚相互电连接，第一电阻的一端连接至所述第一比较器输入侧的第二引脚处；
11.所述第二电容(c3)与第三电阻(r3)的输入引脚相互电连接，第二电容(c3)的一端
与增量编码器差分信号负极(ain-)相互电性连接；
12.所述第四电阻与第三电阻的输出引脚相互电连接，第四电阻的一端连接至第一比较器输入侧的第一引脚处；
13.所述第五电阻与第一电容的输入脚、第二电阻的输入脚、第二电容的输入脚与第三电阻的输入脚相互电连接，第五电阻分别与增量编码器差分信号正极、增量编码器差分信号负极电性连接；
14.所述第七电阻一端与第八电阻相互电连接，第七电阻的另一端连接至第二比较器的第四引脚处；
15.所述第八电阻的一端与第一电阻相互电连接，第八电阻的另一端连接至所述第一比较器的第二引脚处；
16.所述第十电阻的一端与第九电阻相互电连接，第十电阻的一端连接至第二比较器的第六引脚处；
17.所述第九电阻的一端与第四电阻之间相互电连接，第九电阻的另一端连接至所述第一比较器的第一引脚处；
18.所述第一比较器输出侧的第三引脚与所述第六电阻相互电性连接；
19.所述第二比较器输出侧的第六引脚与所述第十一电阻相互电性连接。
20.进一步，所述第一电容的一端接地，第二电容的一端接地，第四电阻的一端接地，第七电阻的一端接地。
21.进一步，所述第一电阻的一端与5v电源相互连接，所述第十电阻的一端与5v电源相互连接。
22.一种用于增量式编码器差分信号接收断线检测电路的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
23.步骤1：首先获取增量式编码器的多个差分信号，并将多个差分信号分别转换为相应的单端信号，每组差分信号对应两个单端信号；
24.步骤2：根据每组差分信号对应的两个单端信号之间的逻辑特性对所述单端信号进行逻辑处理，输出逻辑处理信号；
25.若无断线的情况下则输出时序(1)，转换后的单端信号之间为互补信号，若其中差分端信号其中一个信号断开，则输出时序(2)或时序(3)中的其中一个；
26.步骤3：判断转换后的单端信号所述逻辑处理信号中是否有预设时序(2)或时序(3)，若有，则判定增量式编码器断线；若没有，则判定增量式编码器正常。
27.本发明的优点在于：本发明提供了一种用于增量式编码器差分信号接收断线检测电路及方法，具有以下优点：
28.1.本发明通过三个检测单元分别与增量式编码器的a、b、z三相差分信号线相连：每个检测单元中，即便在电机运转之前，也可将相应的相差分信号线的信号通过判断检测单元输出端的电平进行时序比较进而检测出断线故障。
29.2.本发明解决了现有技术须在电机转动后才能判断有无断线的问题。检测方法比较准确，并且在电机正转和反转时均可以对编码器进行检测，在任何情况和任何状态下均可以快速准确的判断出编码器某一单端信号是否有断线故障。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本发明的电路结构示意图；
32.图2为本发明的输出时序示意图；
33.图3与图4均为本发明的检测流程示意图；
34.其中：
35.a、三相差分信号线；
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r1、第一电阻；
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r2、第二电阻；
36.r3、第三电阻；
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r4、第四电阻；
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r5、第五电阻；
37.r6、第六电阻；
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r7、第七电阻； r8、第八电阻；
38.r9、第九电阻；
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r10、第十电阻；
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r11、第十一电阻；
39.u1a、第一比较器；
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u1b、第二比较器；
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b1、第一引脚；
40.a1、第二引脚；
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y1、第三引脚；
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b2、第四引脚；
41.a2、第五引脚；
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y2、第六引脚；
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c1、第一电容；
42.c3、第二电容；
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ain 、增量编码器差分信号正极； ain-、增量编码器差分信号负极。
具体实施方式
43.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.实施例1：
46.图1为本发明的电路结构示意图，如图1所示的一种用于增量式编码器差分信号接收断线检测电路，包括差分信号接收单元，差分信号接收单元含有两个检测单元，差分信号接收单元用于与增量式编码器的三相差分信号线a相连；
47.所述检测单元包括第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11与第二比较器u1b；所述差分信号接收单元包括第一电容c1、第二电容c3、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6与第一比较器u1a；所述第一电容c1与第二电阻r2的输入引脚相互电连接，并连接至增量编码器差分信号正极ain
；
48.所述第一电阻r1与第二电阻r2的输出引脚相互电连接，第一电阻r1的一端连接至所述第一比较器u1a输入侧的第二引脚a1处；
49.所述第三电容与第三电阻r3的输入引脚相互电连接，第三电容的一端与增量编码器差分信号负极ain-相互电性连接；
50.所述第四电阻r4与第三电阻r3的输出引脚相互电连接，第四电阻r4的一端连接至第一比较器u1a输入侧的第一引脚b1处；
51.所述第五电阻r5与第一电容c1的输入脚、第二电阻r2的输入脚、第二电容c3的输入脚与第三电阻r3的输入脚相互电连接，第五电阻r5分别与增量编码器差分信号正极ain 、增量编码器差分信号负极ain-电性连接；
52.所述第七电阻r7一端与第八电阻r8相互电连接，第七电阻r7的另一端连接至第二比较器u1b的第四引脚处；
53.所述第八电阻r8的一端与第一电阻r1相互电连接，第八电阻r8的另一端连接至所述第一比较器u1a的第二引脚a1处；
54.所述第十电阻r10的一端与第九电阻r9相互电连接，第十电阻r10的一端连接至第二比较器u1b的第六引脚y2处；
55.所述第九电阻r9的一端与第四电阻r4之间相互电连接，第九电阻r9的另一端连接至所述第一比较器u1a的第一引脚b1处；
56.所述第一比较器u1a输出侧的第三引脚y1与所述第六电阻r6相互电性连接；
57.所述第二比较器u1b输出侧的第六引脚y2与所述第十一电阻r11相互电性连接。
58.本发明中的第一电容c1的一端接地，第二电容c3的一端接地，第四电阻r4的一端接地，第七电阻r7的一端接地；第一电阻r1的一端与5v电源相互连接，所述第十电阻r10的一端与5v电源相互连接。
59.图2为本发明的输出时序示意图，图3与图4均为本发明的检测流程示意图，如图1，图2，图3与图4所示的一种用于增量式编码器差分信号接收断线检测电路的检测方法，包括以下步骤：
60.步骤1：首先获取增量式编码器的多个差分信号，并将多个差分信号分别转换为相应的单端信号，每组差分信号对应两个单端信号；
61.步骤2：根据每组差分信号对应的两个单端信号之间的逻辑特性对所述单端信号进行逻辑处理，输出逻辑处理信号；
62.若无断线的情况下则输出时序(1)，转换后的单端信号之间为互补信号，若其中差分端信号其中一个信号断开，则输出时序(2)或时序(3)中的其中一个；
63.步骤3：判断转换后的单端信号所述逻辑处理信号中是否有预设时序(2)或时序(3)，若有，则判定增量式编码器断线；若没有，则判定增量式编码器正常。
64.根据本发明所提供的断线检测方法具有以下四种情况：
65.情况一：当无增量编码器信号接入下，差分接收单元部分，第一电阻r1接5v电源，因此第一比较器u1a输入侧的第二引脚a1上拉到5v电源，第四电阻r4接地，第一比较器u1a的输入侧的第一引脚b1下拉到地，经过第一比较器u1a比较输出端第三引脚y1输出高电平，经过限流电阻第五电阻r5，此时a网络端是高电平；
66.检测单元部分中的第七电阻r7接地，因此第二比较器u1b输入侧的第四引脚b2下拉到0v，第十电阻r10接5v电源上拉，第二比较器u1b输入侧的第六引脚y2上拉5v电源，第二比较器u1b的输出端第三引脚y1输出高电平，经过限流电阻第十一电阻r11，此时a/网络端是高电平。
67.情况二：当有编码器接入且无断线的情况，当编码器差分信号ain 为高电平，编码器差分信号ain-为0v下称低电平，ain 经过第一电容c1，限流电阻第二电阻r2，第一电阻r1接到第一比较器u1a输入侧的第二引脚a1，ain-经过第三电容，限流电阻第三电阻r3，下拉电阻第四电阻r4接到第一比较器u1a的第一引脚b1，经过第一比较器u1a比较第二引脚a1-第一引脚b1＞vcc/2则第一比较器u1a输出侧的第三引脚y1输出高电平；
68.当编码器差分信号ain 为高电平，编码器差分信号ain-为0v下称低电平。ain 经过第一电容c1，限流电阻第二电阻r2，第一电阻r1，经过限流电阻第八电阻r8,经过下拉电阻第七电阻r7接到第二比较器u1b输入侧的第四引脚b2，ain-经过第三电容，限流电阻第三电阻r3，下拉电阻第四电阻r4,经过限流电阻第九电阻r9，经过上拉电阻第十电阻r10接到第二比较器u1b的第五引脚a2，经过第二比较器u1b比较第五引脚a2-第四引脚b2＜
69.vcc/2则第二比较器u1b的输出侧的第六引脚y2输出低电平。
70.情况三：当有编码器接入且有断线的情况，例如说明书附图1中的ain ,此时假设编码器差分信号ain 为高电平，编码器差分信号ain-低电平,此时ain 断线，ain 无电平接入，线路第一电容c1，限流电阻第二电阻r2，经过终端电阻第五电阻r5接到ain-,而此时ain-为低电平，第二电阻r2输出端接上拉电阻第一电阻r1公共端被拉低，第一比较器u1a输入侧的第二引脚a1为低电平，ain-经过第三电容，限流电阻第三电阻r3，下拉电阻第四电阻r4接到第一比较器u1a的第一引脚b1，经过第一比较器u1a比较第二引脚a1-第一引脚b1＜vcc/2则第一比较器u1a的输出侧的第三引脚y1输出低电平。ain 经过第一电容c1，限流电阻第二电阻r2，第一电阻r1，经过限流电阻第八电阻r8,经过下拉电阻第七电阻r7接到第二比较器u1b的第四引脚b2，ain-经过第三电容，限流电阻第三电阻r3，下拉电阻第四电阻r4,经过限流电阻第九电阻r9，经过上拉电阻第十电阻r10接到第二比较器u1b的第五引脚a2，经过第二比较器u1b比较第五引脚a2-第四引脚b2＜vcc/2则第二比较器u1b的输出侧的第六引脚y2输出低电平。因此当ain 断线，其电机状态无论是运动状态或者静止状态,信号接收单元和信号比较判断单元输出侧输出端的第三引脚y1与第六引脚y2均为低电平。
71.情况四：当有编码器接入且有断线的情况，如说明书附图1中的ain-,此时假设编码器差分信号ain 为高电平，编码器差分信号ain-低电平,此时ain-断线，ain-无电平接入，线路第二电容c3，限流电阻第三电阻r3，经过终端电阻第五电阻r5接到ain ,而此时ain 为高电平，第三电阻r3输出端接下拉第四电阻r4公共端被拉高，第一比较器u1a输入侧的第一引脚b1为高电平，ain 经过第一电容c1，限流电阻第二电阻r2，上拉电阻第一电阻r1接到第一比较器u1a的第二引脚a1，经过第一比较器u1a比较第二引脚a1-第一引脚b1b1＞vcc/2则第一比较器u1a的输出侧的第三引脚y1输出高电平。ain 经过第一电容c1，限流电阻第二电阻r2，第一电阻r1，经过限流电阻第八电阻r8,经过下拉电阻第七电阻r7接到第二比较器u1b输入侧输入脚第四引脚b2，ain-经过第三电容，限流电阻第三电阻r3，下拉电阻第四电阻r4,经过限流电阻第九电阻r9，经过上拉电阻第十电阻r10接到第二比较器u1b的第五引脚a2，经过第二比较器u1b比较第五引脚a2-第四引脚b2＞vcc/2则第二比较器u1b输
出侧的第六引脚y2输出高电平。因此当ain-断线，其电机状态无论是运动状态或者静止状态,信号接收单元和信号比较判断单元输出侧第三引脚y1与第六引脚y2均为高电平。
72.如说明书附图4所示，以上所述经过状态规划，可以得出三种时序图，可根据这三种时序图判断其是否断线的状态，并且可根据时序图判定是其中的所述的断线号对应。
73.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。