一种海德汉绝对式编码器采集系统技术方案

为了解决现有海德汉绝对式编码器的输出信号需配置原厂采集卡、原厂电缆以及利用原厂采集卡采样精度低的技术问题，本实用新型专利技术提出了一种海德汉绝对式编码器采集系统，包括DC‑DC电源和FPGA；FPGA包括：两个编码器采集模块，分别与方位和俯仰编码器相连，依据ENDAT协议向相应方位/俯仰编码器发送读取编码器位置值的指令和工作时钟，采集编码器返回的位置值；两个限位、锁紧采集模块，分别用于采集方位和俯仰限位锁紧信号；两个双口RAM，分别用于存储编码器采集模块和限位、锁紧采集模块采集的信号；串口发送模块，用于将双口RAM的存储数据发送至采集系统外部；PLL模块，用于为编码器采集模块、限位、锁紧采集模块、双口RAM、串口发送模块提供工作频率。

【技术实现步骤摘要】
一种海德汉绝对式编码器采集系统
本技术属于电学领域，涉及一种编码器输出信号的采集系统，尤其涉及一种海德汉绝对式编码器采集系统。
技术介绍
海德汉绝对式编码器是经纬仪中的一个重要测角装置。绝对式海德汉编码器信号为ENDAT格式，计算机接收编码器数据时需配置价格昂贵的原厂采集卡，且需加中继放大器，用原厂电缆，为光电经纬仪测角系统的装配带来了很大不便。另外，现有配备原厂采集卡的海德汉绝对式编码器采样频率仅500Hz，采样精度较低，且不能够满足高帧频位置采样的需求。
技术实现思路
为了解决现有海德汉绝对式编码器的输出信号需配置原厂采集卡、原厂电缆以及配备原厂采集卡时采样精度低的技术问题，本技术提出了一种海德汉绝对式编码器采集系统。本技术的技术方案是：一种海德汉绝对式编码器采集系统，其特殊之处在于：包括DC-DC电源和FPGA；所述DC-DC电源用于将外部供电电源转换为采集系统的工作电压；所述FPGA负责与编码器通信，包括：两个编码器采集模块，分别与方位编码器和俯仰编码器相连，依据ENDAT协议向相应的方位/俯仰编码器发送读取编码器位置值的指令和工作时钟，采集编码器返回的位置值；两个限位、锁紧采集模块，分别用于采集方位限位锁紧信号和俯仰限位锁紧信号；两个双口RAM，分别用于存储编码器采集模块和限位、锁紧采集模块采集的信号；两个串口发送模块，用于将所述两个双口RAM的存储数据通过异步串行通信模式发送至采集系统外部；PLL模块，用于为所述编码器采集模块、限位、锁紧采集模块、双口RAM、串口发送模块提供工作频率。进一步地，所述编码器采集模块工作在外同步模式下，依据设定的采样周期同步对方位编码器和俯仰编码器进行位置采样，编码器采集模块的外部输入为1pps。进一步地，采集系统还包括用于指示编码器是否正常工作的指示灯。与现有技术相比，本技术的有益效果是：1.本技术采用FPGA进行信号采集，处理速度快，采样频率可达到2Khz，提高了采样系统的采样精度；编码器采集模块与编码器通过ENDAT协议传输数据，替代了昂贵的原厂采集卡。2.海德汉编码器输出信号的最大传输距离为150米，远距离传输时必须增加信号放大器并使用原厂电缆，而利用本技术采集海德汉编码器的输出信号后可直接通过ENDAT协议进行远距离传输，无需再配备适用于海德汉绝对式编码器的的信号放大器和原厂电缆，只需在源端(海德汉编码器端)放置本技术，降低了光电经纬仪测角系统的装配难度。3.与本技术配合使用的海德汉编码器，其采样频率可达2Khz，较之现有技术，采样频率提高了近4倍，能够满足高帧频位置采样的需求。4.本技术采用异步串行通信模式，在远程通信时，可节省大量传输线，显著降低了成本。附图说明图1为本技术采集系统结构示意图；图2为本技术采集系统中DC-DC电源结构示意图；图3为本技术采集系统的FPGA原理示意图；图4为本技术采集系统的外部接线图。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步说明。参见图1-4，本技术采集系统包括DC-DC电源和FPGA(现场可编程门阵列)。DC-DC电源将外部供电电源转换为采集系统需要的电压，结构如图2所示。外部供电源输入的8～24V电压通过DC-DC电源后，转化为采集系统需要的+5V电压。FPGA与编码器相连，负责与编码器通信，其原理如图3所示，包括：PLL模块：为编码器采集模块、限位、锁紧采集模块、双口RAM、串口发送模块提供工作频率；系统时钟(FPGA工作所需要的时钟)和外同步时钟经过PLL模块后，产生编码器采样周期的时钟信号。编码器采集模块：有两个，分别与方位编码器和俯仰编码器相连，依据ENDAT协议，向相应的方位/俯仰编码器发送读取编码器位置值的指令和读取编码器位置值的工作时钟，等待编码器返回其位置值，并将采集到的位置信号存入FPGA芯片中的嵌入式存储区，即双口RAM。限位、锁紧采集模块：有两个，分别用于从光电经纬仪测角系统的限位、锁紧部件采集方位限位锁紧信号和俯仰限位锁紧信号，并分别存入相应的双口RAM。串口发送模块：作为本技术采集系统的输出，与后端计算机或者伺服控制系统相连，采集系统的外部接线如图4所示。串口发送模块用于将双口RAM中的数据转换成波特率软件可设的异步串行通信模式发送至后端计算机/其他接收模块，通信协议如表1所示。本技术采用异步串行通信模式可节省传输线，尤其在远程通信时能节省大量传输线，有利于降低成本。波特率可以在后端计算机的软件上设置，默认波特率为115200kps。表1本技术采集系统还包括指示灯，以指示编码器的采集是否正常。本技术采集系统工作在外同步模式下，依据软件设定的采样周期，同步对编码器进行位置采样，外部输入只需要1pps，而现有技术是根据需要采集周期发送相应的同步信号，例如200Hz的采样频率需要提供200Hz的外同步信号；无外同步时，采集系统工作在内同步状态，采集系统根据上位机的采样频率自动分频，默认采样频率为1Khz。本技术的工作过程：接收安装海德汉编码器的光电经纬仪测角系统提供的外同步时钟，采集海德汉编码器的位置信息和光电经纬仪测角系统的限位锁紧信息,并将上述信息写入双口RAM，串口发送模块读取双口RAM中的数据并依照异步串行通信发送。本技术适用于不同位数的海德汉绝对式编码器，通过在计算机上编程设计的软件设定，即可适用于不同编码器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海德汉绝对式编码器采集系统，其特征在于：包括DC‑DC电源和FPGA；所述DC‑DC电源用于将外部供电电源转换为采集系统的工作电压；所述FPGA负责与编码器通信，包括：两个编码器采集模块，分别与方位编码器和俯仰编码器相连，依据ENDAT协议向相应的方位/俯仰编码器发送读取编码器位置值的指令和工作时钟，采集编码器返回的位置值；两个限位、锁紧采集模块，分别用于采集方位限位锁紧信号和俯仰限位锁紧信号；两个双口RAM，分别用于存储编码器采集模块和限位、锁紧采集模块采集的信号；两个串口发送模块，用于将所述两个双口RAM的存储数据通过异步串行通信模式发送至采集系统外部；PLL模块，用于为所述编码器采集模块、限位、锁紧采集模块、双口RAM、串口发送模块提供工作频率。

【技术特征摘要】
1.一种海德汉绝对式编码器采集系统，其特征在于：包括DC-DC电源和FPGA；所述DC-DC电源用于将外部供电电源转换为采集系统的工作电压；所述FPGA负责与编码器通信，包括：两个编码器采集模块，分别与方位编码器和俯仰编码器相连，依据ENDAT协议向相应的方位/俯仰编码器发送读取编码器位置值的指令和工作时钟，采集编码器返回的位置值；两个限位、锁紧采集模块，分别用于采集方位限位锁紧信号和俯仰限位锁紧信号；两个双口RAM，分别用于存储编码器采集模块和限位、锁紧采集模块采集的信号；两个串口...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈二瑞，田广元，丁璐，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：新型
国别省市：陕西,61