CN115683172A - 编码器的多圈计数方法、编码器及运行控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种编码器的多圈计数方法、编码器、运行控制装置及计算机可读存储介质，其中，编码器包括线路板以及安装在电机转轴上的码盘和磁铁，线路板上设置有第一霍尔元件和第二霍尔元件，码盘上设置有单圈计数零点，编码器的多圈计数方法通过获取码盘转动过程中第一霍尔元件的输出电平发生跳变时对应的跳变位置点，根据跳变位置点与单圈计数零点的相对位置，从跳变位置点中确定出多圈计数零点，根据多圈计数零点、第一霍尔元件的输出电平变化和第二霍尔元件的输出电平变化，对码盘的转动进行多圈计数，进而降低多圈计数时逻辑判断的复杂性，提高多圈计数的准确性和可靠性。

Description

编码器的多圈计数方法、编码器及运行控制装置

技术领域

本发明涉及多圈编码器技术领域，尤其涉及一种编码器的多圈计数方法、编码器、运行控制装置及计算机可读存储介质。

背景技术

目前，多圈计数的编码器常常通过在编码器上安装多个霍尔元件，来感应安装在编码器或者电机上的磁铁的磁场强度，并根据霍尔元件输出的当前电压状态或者电平状态来判断编码器的多圈圈数，这种方案实现简单，稳定可靠，且不会额外造成编码器体积增大，有利于实现编码器的小型化。但是，在编码器的安装和运行过程中，由于磁铁与码盘安装时的相对角度不确定、运行工况使得编码器的单圈零点位置波动、霍尔元件设置的回滞区等等因素的影响，使得编码器的单圈计数零点和多圈计数零点的相对位置发生变化，大大增加了编码器进行多圈计数的逻辑判断复杂性。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种编码器的多圈计数方法、编码器、运行控制装置及计算机可读存储介质，能够降低编码器进行多圈计数时逻辑判断的复杂性。

第一方面，本发明实施例提供一种编码器的多圈计数方法，所述编码器包括线路板以及安装在电机转轴上的码盘和磁铁，所述线路板上设置有第一霍尔元件和第二霍尔元件，所述码盘上设置有单圈计数零点，所述方法包括：

获取所述码盘转动过程中所述第一霍尔元件的输出电平发生跳变时对应的跳变位置点；

根据所述跳变位置点与所述单圈计数零点的相对位置，从所述跳变位置点中确定出多圈计数零点；

根据所述多圈计数零点、所述第一霍尔元件的输出电平变化和所述第二霍尔元件的输出电平变化，对所述码盘的转动进行多圈计数。

根据本发明实施例提供的编码器的多圈计数方法，至少具有如下有益效果：通过根据码盘转动过程中第一霍尔元件的输出电平发生跳变时对应的跳变位置点与码盘上的单圈计数零点的相对位置，来选择合适跳变位置点作为多圈计数零点，降低单圈计数零点与多圈计数零点的相对位置发生变化的可能性，从而降低编码器进行多圈计数时逻辑判断的复杂性。

在一些实施例中，所述跳变位置点包括所述码盘顺时针旋转时所述第一霍尔元件输出电平的上升沿位置对应的第一位置点和下降沿位置对应的第二位置点，以及包括所述码盘逆时针旋转时所述第一霍尔元件输出电平的下降沿位置对应的第三位置点和上升沿位置对应的第四位置点；

所述根据所述跳变位置点与所述单圈计数零点的相对位置，从所述跳变位置点中确定出多圈计数零点，包括：

根据所述第一位置点和所述第三位置点得到所述第一霍尔元件的第一回滞区，根据所述第二位置点和所述第四位置点得到所述第一霍尔元件的第二回滞区；

当所述单圈计数零点落入所述第一回滞区，以所述第二位置点和所述第四位置点作为多圈计数零点；当所述单圈计数零点落入所述第二回滞区，以所述第一位置点和所述第三位置点作为多圈计数零点。

在一些实施例中，当所述单圈计数零点没有落入所述第一回滞区和所述第二回滞区，以所述第一位置点和所述第三位置点作为多圈计数零点或者所述第二位置点和所述第四位置点作为多圈计数零点。

在一些实施例中，所述根据所述跳变位置点与所述单圈计数零点的相对位置，从所述跳变位置点中确定出多圈计数零点，还包括：

以所述单圈计数零点为中点左右偏移极限工况位置偏差，得到单圈零点区域；

当所述单圈零点区域与所述第一回滞区存在重叠区域，以所述第二位置点和所述第四位置点作为多圈计数零点；当所述单圈零点区域与所述第二回滞区存在重叠区域，以所述第一位置点和所述第三位置点作为多圈计数零点。

在一些实施例中，当所述单圈零点区域与所述第一回滞区、所述第二回滞区均无重叠区域，以所述第一位置点和所述第三位置点作为多圈计数零点或者以所述第二位置点和所述第四位置点作为多圈计数零点。

在一些实施例中，所述根据所述多圈计数零点、所述第一霍尔元件的输出电平变化和所述第二霍尔元件的输出电平变化，对所述码盘的转动进行多圈计数，包括：

在以所述第二位置点和所述第四位置点作为多圈计数零点的情况下，当所述码盘顺时针旋转并经过所述第二位置点，编码器计数圈数加一；当所述码盘逆时针旋转并经过所述第四位置点，编码器计数圈数减一；

在以所述第一位置点和所述第三位置点作为多圈计数零点的情况下，当所述码盘顺时针旋转并经过所述第一位置点，编码器计数圈数加一；当所述码盘逆时针旋转并经过所述第三位置点，编码器计数圈数减一。

在一些实施例中，所述编码器被配置为：处于休眠状态且检测到所述第一霍尔元件的输出电平发生变化时被唤醒；

所述根据所述多圈计数零点、所述第一霍尔元件的输出电平变化和所述第二霍尔元件的输出电平变化，对所述码盘的转动进行多圈计数，还包括：

根据所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件的输出电平将编码器旋转一圈的区域划分为四个扇区，其中第一扇区对应所述第一霍尔元件输出高电平和所述第二霍尔元件输出低电平，第二扇区对应所述第一霍尔元件输出高电平和所述第二霍尔元件输出高电平，第三扇区对应所述第一霍尔元件输出低电平和所述第二霍尔元件输出高电平，第四扇区对应所述第一霍尔元件输出低电平和所述第二霍尔元件输出低电平；

在以所述第二位置点和所述第四位置点作为多圈计数零点的情况下，当所述编码器被唤醒后处于所述第三扇区，编码器计数圈数加一。

在一些实施例中，在以所述第二位置点和所述第四位置点作为多圈计数零点的情况下，当所述编码器被唤醒后处于所述第二扇区，编码器计数圈数减一。

在一些实施例中，在以所述第一位置点和所述第三位置点作为多圈计数零点的情况下，当所述编码器被唤醒后处于所述第一扇区，编码器计数圈数加一。

在一些实施例中，在以所述第一位置点和所述第三位置点作为多圈计数零点的情况下，当所述编码器被唤醒后处于所述第四扇区，编码器计数圈数减一

第二方面，本发明实施例提供一种一种编码器，包括线路板以及安装在电机转轴上的码盘和磁铁，所述线路板上设置有第一霍尔元件和第二霍尔元件，所述码盘上设置有单圈计数零点，所述编码器采用如上述第一方面中任一项实施例所述的多圈计数方法。

在一些实施例中，所述第一霍尔元件的中心点、第一原点、所述第二霍尔元件的中心点依次连接所形成的夹角大于第一回滞角与第二回滞角之和，其中：第一回滞角为所述第一霍尔元件的回滞区对应的夹角，第二回滞角为所述第二霍尔元件的回滞区对应的夹角，所述第一原点为所述电机转轴在所述线路板上的投影点。

第三方面，本发明实施例提供一运行控制装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述第一方面中任一项实施例所述的多圈计数方法。

第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上述第一方面任一项实施例所述的多圈计数方法。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1是本发明一实施例提供的编码器的多圈计数方法的方法流程图；

图2是本发明另一实施例提供的编码器的电机转轴端面示意图；

图3是本发明另一实施例提供的编码器的多圈计数方法中，所述跳变位置点中确定出多圈计数零点的方法流程图；

图4是本发明另一实施例提供的第一回滞区和第二回滞区在编码器码盘上的示意图；

图5是本发明另一实施例提供的设置有回滞区的霍尔元件的输出电压与磁场强度的特性示意图；

图6是本发明另一实施例提供的第一霍尔元件的输出电平与编码器位置的特性示意图；

图7是本发明另一实施例提供的编码器在不同工况下实际位置和理想位置的偏差示意图；

图8是本发明另一实施例提供的在编码器的多圈计数方法中，考虑极限工况位置偏差的方法流程图；

图9是本发明另一实施例提供的在编码器的多圈计数方法中，对所述码盘的转动进行多圈计数的方法流程图；

图10是本发明另一实施例提供的编码器的多圈计数方法中，根据扇区划分进行计数的方法流程图；

图11是本发明另一实施例提供的第一霍尔元件和第二霍尔元件的安装位置示意图；

图12是本发明另一实施例提供的根据第一霍尔元件和第二霍尔元件的单圈霍尔电平变化进行的扇区划分示意图；

图13是本发明另一实施例提供的第一霍尔元件和第二霍尔元件的霍尔电平与编码器位置特性示意图；

图14是本发明另一实施例提供的编码器低功耗状态切换原理图；

图15是本发明另一实施例提供的运行控制装置的结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供一种编码器的多圈计数方法、编码器、运行控制装置及计算机可读存储介质，其中，编码器的多圈计数方法应用于编码器，该编码器包括线路板以及安装在电机转轴上的码盘和磁铁，线路板上设置有第一霍尔元件和第二霍尔元件，码盘上设置有单圈计数零点，编码器的多圈计数方法通过获取码盘转动过程中第一霍尔元件的输出电平发生跳变时对应的跳变位置点，根据跳变位置点与单圈计数零点的相对位置，从跳变位置点中确定出多圈计数零点，根据多圈计数零点、第一霍尔元件的输出电平变化和第二霍尔元件的输出电平变化，对码盘的转动进行多圈计数，进而降低多圈计数时逻辑判断的复杂性，提高多圈计数的准确性和可靠性。

下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。

参照图1，图1是本发明一实施例提供的编码器的多圈计数方法的方法流程图，本发明的第一方面实施例提供一种编码器的多圈计数方法，编码器包括线路板以及安装在电机转轴上的码盘和磁铁，线路板上设置有第一霍尔元件和第二霍尔元件，码盘上设置有单圈计数零点，方法包括但不限于有以下步骤S110、步骤S120和步骤S130。

步骤S110：获取码盘转动过程中第一霍尔元件的输出电平发生跳变时对应的跳变位置点；

步骤S120：根据跳变位置点与单圈计数零点的相对位置，从跳变位置点中确定出多圈计数零点；

步骤S130：根据多圈计数零点、第一霍尔元件的输出电平变化和第二霍尔元件的输出电平变化，对码盘的转动进行多圈计数。

在一些实施例中，参照图2，图2是本发明实施例提供的编码器的电机转轴端面示意图，其中，在使用本申请中的霍尔元件进行的多圈计数编码器时，编码器用于为伺服系统提供电机控制时的位置反馈，编码器包括PCB线路板以及安装在电机转轴上的码盘和磁铁，PCB线路板固定在编码器的壳体上，PCB线路板上设置有霍尔元件，码盘与磁铁一起安装使用，在本申请中码盘与磁铁安装时，磁铁与码盘的相对角度没有限制，磁铁根据码盘转动的相对位置为本申请中霍尔元件提供随码盘转动变化的磁场强度，进而使霍尔元件根据霍尔效应随变化的磁场强度改变输出电压，进而实现编码器的计数功能，霍尔元件包括线性霍尔和开关霍尔，安装在编码器上的多个霍尔元件感应到安装在编码器或电机上的磁铁磁感应强度，编码器MCU接收霍尔元件输出的当前电压状态或电平状态来判断编码器多圈圈数，该方案实现简单，稳定可靠，且不会额外造成编码器体积增大，有利于实现编码器的小型化。

在一些实施例中，码盘是指测量角位移的数字编码器，是测量轴转角位置的一种最常用的位移传感器，码盘零点即为电机转轴上的码盘提前标识好的位置点，为编码器的初始编码位置，在本申请中码盘零点仅为编码器单圈的零点位置，磁铁与码盘的相对角度并不会对单圈的零点位置造成影响，而编码器多圈的零点位置由码盘顺时针旋转时第一霍尔元件输出电平的上升沿位置和下降沿位置，和码盘逆时针旋转时第一霍尔元件输出电平的下降沿位置和上升沿位置决定，进而避免现有技术中，使用霍尔进行的多圈计数的编码器，需要将码盘与磁铁安装在一起使用，同时由于安装时，磁铁的安装角度与码盘的安装角度很难保证，两者的相对角度可能处于任何角度，导致了多圈的计数点与单圈的零点位置不固定，从而增加了多圈计数的判断的复杂性的问题，使多圈计数的判断逻辑更为简单有效。

参照图3，图3是本发明另一实施例提供的编码器的多圈计数方法中，跳变位置点中确定出多圈计数零点的方法流程图，跳变位置点包括码盘顺时针旋转时第一霍尔元件输出电平的上升沿位置对应的第一位置点和下降沿位置对应的第二位置点，以及包括码盘逆时针旋转时第一霍尔元件输出电平的下降沿位置对应的第三位置点和上升沿位置对应的第四位置点；根据跳变位置点与单圈计数零点的相对位置，从跳变位置点中确定出多圈计数零点，方法包括但不限于有以下步骤S310和步骤S320。

步骤S310：根据第一位置点和第三位置点得到第一霍尔元件的第一回滞区，根据第二位置点和第四位置点得到第一霍尔元件的第二回滞区；

步骤S320：当单圈计数零点落入第一回滞区，以第二位置点和第四位置点作为多圈计数零点；当单圈计数零点落入第二回滞区，以第一位置点和第三位置点作为多圈计数零点。

在一些实施例中，参照图4，图4是本发明另一实施例提供的第一回滞区和第二回滞区在编码器码盘上的示意图，其中，第一位置点和第三位置点对应第一霍尔元件的第一回滞区，第二位置点和第四位置点对应第一霍尔元件的第二回滞区，单圈计数零点落入第一回滞区，则应当以第二位置点和第四位置点作为多圈计数零点，相对的当单圈计数零点落入第二回滞区，则应当以第一位置点和第三位置点作为多圈计数零点；如图4(2)所示单圈计数零点没有落入第一回滞区和第二回滞区，此时以第一位置点和第三位置点作为多圈计数零点或者第二位置点和第四位置点作为多圈计数零点均可。

在一些实施例中，对应图4(1)，当单圈计数零点落入第一回滞区，以第二位置点和第四位置点作为多圈计数零点；当单圈计数零点落入第二回滞区，以第一位置点和第三位置点作为多圈计数零点，可以有效的避免，现有技术中编码器使用霍尔元件进行多圈计数时，由于磁滞效应，霍尔本身具有回滞区，而由于回滞区的存在，且编码器的单圈零点与多圈计数零点过于接近，导致编码器单圈零点与多圈计数零点的相对位置会发现变化，进一步增加了编码器在多圈计数时的复杂性的问题，本申请通过根据第一霍尔元件输出电平特性，得到第一霍尔元件的第一回滞区和第二回滞区，在确定编码器的多圈计数零点时避免码盘的单圈计数零点与第一霍尔元件的第一回滞区或者第二回滞区交叉，尽量使编码器的单圈计数点和编码器的多圈计数点不落在同一回滞区，降低编码器的单圈计数零点和多圈计数零点的相对位置发生变化的几率，降低多圈计数时逻辑判断的复杂性。

在一些实施例中，对应图4(2)，当单圈计数零点没有落入第一回滞区和第二回滞区，以第一位置点和第三位置点作为多圈计数零点或者第二位置点和第四位置点作为多圈计数零点，可以想到的是，在编码器的单圈计数点不落在回滞区的情况下，以第一位置点和第三位置点作为多圈计数零点或者第二位置点和第四位置点作为多圈计数零点均不会存在编码器的单圈零点与多圈计数零点过于接近，增加了多圈计数判断的复杂性的情况，故实现了多圈编码器工作时多圈计数的简化及准确性，避免了复杂的逻辑判断。

在一些实施例中，参照图5，图5是本发明实施例提供的设置有回滞区的霍尔元件的输出电压与磁场强度的特性示意图，其中，BOP点为霍尔元件的工作点，随着磁通密度的增加，霍尔元件会在该点处从高电平输出为低电平。BRP点为霍尔元件的释放点，由于磁滞的影响，随着磁通密度的减小，霍尔元件会在该点处从低电平输出为高电平。其中，BRP与BOP点之间的区域称为霍尔元件的回滞区。

在一些实施例中，具体的，本申请中霍尔元件为单极型霍尔IC，当磁铁的S极面向霍尔元件标记面，且对施加霍尔元件的磁感应强度B超过工作点BOP时(即B>BOP>0)，输出导通，输出由高变低，霍尔元件输出低电平。当磁感应强度减弱低于释放点BRP(即0<B<BRP)或撤除(B＝0)时，输出关断，输出由低变高，霍尔元件输出高电平，即霍尔元件在上电过程中如果外部磁场大于BOP，输出初始状态将为导通，相反，如上电过程中外部磁场小于BOP，输出初始状态将为关断。

在一些实施例中，参照图6，图6是本发明实施例提供的第一霍尔元件的输出电平与编码器位置的特性示意图，在一些实施例中，当安装在PCB板上的第一霍尔元件顺时针旋转或逆时针旋转一周时，第一霍尔元件上的电平进行由高到低或者由低到高的周期变化，且在一个周期(顺时针旋转360度或者逆时针旋转360度)内第一霍尔元件上的电平仅存在一个上升沿和一个下降沿，而通过该特性使本申请可以根据上升沿和下降沿对应的位置点确定编码器的多圈计数零点，进而提高编码器测量精度高、分辨能力和工作可靠性。

在一些实施例中，参考图4和图6，霍尔1顺时针旋转或者逆时针旋转时的位置值与霍尔1输出电平特性关系所示，通过顺时针旋转或者逆时针旋转旋转编码器识别霍尔1边沿跳变时对应的编码器单圈位置值，获取码盘顺时针旋转时第一霍尔元件输出电平的上升沿位置和下降沿位置，分别记为第一位置点和第二位置点；获取码盘逆时针旋转时第一霍尔元件输出电平的下降沿位置和上升沿位置，分别记为第三位置点和第四位置点，第一位置点和第三位置点对应第一霍尔元件的第一回滞区，第二位置点和第四位置点对应第一霍尔元件的第二回滞区。

在一些实施例中，图6中的横坐标位置值(角度)均为码盘正方向旋转角度，故正方向旋转编码器，体现在图6中上方折线由左及右的电压变化过程，然后反方向旋转编码器，体现在图6中下方折线由右及左的电压变化过程，具体过程如下，首先，通过正方向旋转编码器，此时获得霍尔1输出的电平变化；记录霍尔1元件发生上升沿变化时的编码器单圈位置，如图6标注的边沿c对应的编码器位置即为该位置点，记该点为POS1，边沿c对应本申请中码盘顺时针旋转时第一霍尔元件输出电平的上升沿位置，位置点POS1对应本申请中的第一位置点；记录霍尔1元件发生下降沿变化时的编码器单圈位置，如图6标注的边沿e对应的编码器位置即为该位置点，记该点为POS2，边沿e对应本申请中码盘顺时针旋转时第一霍尔元件输出电平的下降沿位置，位置点POS2对应本申请中的第二位置点；然后反方向旋转编码器，此时获得霍尔1输出的电平变化，记录霍尔1元件发生下降沿变化时的编码器单圈位置，如图6标注的边沿b对应的编码器位置即为该位置点，记该点为POS3，边沿b对应本申请中码盘逆时针旋转时第一霍尔元件输出电平的上升沿位置，位置点POS3对应本申请中的第三位置点；记录霍尔1元件发生上升沿变化时的编码器单圈位置，如图6标注的边沿d对应的编码器位置即为该位置点，记该点为POS4，边沿d对应本申请中码盘逆时针旋转时第一霍尔元件输出电平的上升沿位置，位置点POS4对应本申请中的第四位置点。

在一些实例中，本申请中的第一位置点、第二位置点、第三位置点和第四位置点为码盘上客观存在的位置点，而在图6中在各对应的位置点POS1、POS2、POS3和POS4对应的横坐标上的位置值(角度)，是第一位置点、第二位置点、第三位置点和第四位置点的数值化表示，同时，过零点a为编码器单圈溢出点，即图6中横坐标标注0或者360度的位置点，此时编码器一圈旋转完成，回滞区H对应第一霍尔元件的回滞区。

在一些实施例中，根据第一位置点和第三位置点得到第一霍尔元件的第一回滞区，根据第二位置点和第四位置点得到第一霍尔元件的第二回滞区，即对应根据边沿c和边沿b得到第一霍尔元件的第一回滞区，根据边沿e和边沿d得到第一霍尔元件的第二回滞区。

参照图7，图7是本发明另一实施例提供的编码器在不同工况下实际位置和理想位置的偏差示意图，在编码器实际使用过程中，编码器在单圈过零点时实际位置相对于理想位置可能位置偏差。假设H为编码器在单圈过零点时实际位置相对于理想位置可能位置偏差，极限工况位置偏差Hmax为极限工况下，编码器在单圈过零点，实际位置相对于理想位置的位置偏差。具体的，H的具体含义如下，假设编码器在环境、工况都较好的情况下，如图7所示的理想工况曲线中，编码器理想位置与实际位置为线性关系，且对应横纵坐标的值相等。但是编码器在实际使用时，工况复杂，可能由于电机轴的偏摆、高温等影响，导致出现如图7所示的工况1特性曲线和工况2特性曲线。其中在编码器理想位置处于360度即过零点时，假设理想特性下的实际位置为y，工况1特性下实际位置为x，工况z特性下实际位置为z，则工况1情况下，编码器在过零点，相对于基本工况的位置偏差H＝(x-y)，则工况2情况下，编码器在过零点，相对于基本工况的位置偏差为H＝(y-z)。

参照图8，图8是本发明另一实施例提供的在编码器的多圈计数方法中，考虑极限工况位置偏差的方法流程图，在一些实施例中，根据跳变位置点与单圈计数零点的相对位置，从跳变位置点中确定出多圈计数零点，还包括但不限于有以下步骤S810和步骤S820。

步骤S810：以单圈计数零点为中点左右偏移极限工况位置偏差，得到单圈零点区域；

步骤S820：当单圈零点区域与第一回滞区存在重叠区域，以第二位置点和第四位置点作为多圈计数零点；当单圈零点区域与第二回滞区存在重叠区域，以第一位置点和第三位置点作为多圈计数零点。

在一些实施例中，以单圈计数零点为中点左右偏移极限工况位置偏差，得到单圈零点区域，可以想到的时，考虑到理想编码器编码位置和实际编码器编码位置极限工况位置偏差，以单圈计数零点对应的理想编码器编码位置为中点得到单圈计数零点对应的可能造成影响的实际编码器编码位置区域，进而将极限工况位置偏差体现在多圈计数方法方法中，而当单圈零点区域与第一回滞区存在重叠区域时，则说明在存在移极限工况位置偏差的情况下，单圈计数零点对应实际编码器编码位置有可能位于第一回滞区，故以第二位置点和第四位置点作为多圈计数零点；当单圈零点区域与第二回滞区存在重叠区域，则说明在存在移极限工况位置偏差的情况下，单圈计数零点对应实际编码器编码位置有可能位于第二回滞区，故以第一位置点和第三位置点作为多圈计数零点，进而在确定编码器的多圈计数零点时避免码盘的单圈计数零点与第一霍尔元件的第一回滞区或者第二回滞区交叉，尽量使编码器的单圈计数点和编码器的多圈计数点不落在同一回滞区，降低编码器的单圈计数零点和多圈计数零点的相对位置发生变化的几率，降低多圈计数时逻辑判断的复杂性。

在一些实施例中，具体的，判断过零点a是否处于POS3-Hmax与POS1+Hmax之间，(同时由于在码盘上的实际刻度仅为0度至360度，在POS1对应位置角度大于POS3对应位置角度，POS3对应位置角度大于360度)，即满足POS3-Hmax>POS1+Hmax，且POS1+Hmax>＝0度，POS3-Hmax<360度；如果处于POS3-Hmax与POS1+Hmax之间，则利用POS4和POS2对应的边沿d和边沿e作为多圈计数点。否则，则利用POS3与POS1对应的边沿b和边沿c作为多圈计数点，可以有效的避免码器在实际运行时，受电机轴的偏摆、高温等各种因素的影响，编码器产生较大的单圈位置偏差和因单圈位置偏差产生的多圈位置偏差。

在一些实施例中，当单圈零点区域与第一回滞区、第二回滞区均无重叠区域，以第一位置点和第三位置点作为多圈计数零点或者以第二位置点和第四位置点作为多圈计数零点，可以想到的时，在考虑到理想编码器编码位置和实际编码器编码位置极限工况位置偏差，以单圈计数零点对应的理想编码器编码位置为中点得到单圈计数零点对应的可能造成影响的实际编码器编码位置区域的情况下，在单圈零点区域与第一回滞区、第二回滞区均无重叠区域的情况下，以第一位置点和第三位置点作为多圈计数零点或者第二位置点和第四位置点作为多圈计数零点均不会存在编码器的单圈零点与多圈计数零点过于接近，增加了多圈计数判断的复杂性的情况，故实现了多圈编码器工作时多圈计数的简化及准确性，避免了复杂的逻辑判断。

参照图9，图9是本发明另一实施例提供的在编码器的多圈计数方法中，对码盘的转动进行多圈计数的方法流程图，根据多圈计数零点、第一霍尔元件的输出电平变化和第二霍尔元件的输出电平变化，对码盘的转动进行多圈计数，包括但不限于有以下步骤S910和步骤S920。

步骤S910：在以第二位置点和第四位置点作为多圈计数零点的情况下，当码盘顺时针旋转并经过第二位置点，编码器计数圈数加一；当码盘逆时针旋转并经过第四位置点，编码器计数圈数减一；

步骤S920：在以第一位置点和第三位置点作为多圈计数零点的情况下，当码盘顺时针旋转并经过第一位置点，编码器计数圈数加一；当码盘逆时针旋转并经过第三位置点，编码器计数圈数减一。

在一些实施例中，在以第二位置点和第四位置点作为多圈计数零点的情况下，当码盘顺时针旋转并经过第二位置点，编码器计数圈数加一；当码盘逆时针旋转并经过第四位置点，编码器计数圈数减一，具体的，在确定编码器码盘的单圈计数零点在第一位置点(对应边沿c)和第三位置点(对应边沿b)的第一回滞区时，为尽量使编码器的单圈计数点和编码器的多圈计数点不落在同一回滞区，在以第二位置点(对应边沿e)和第四位置点(对应边沿d)作为多圈计数零点的情况下，当第一霍尔元件随码盘顺时针旋转时，第一霍尔元件的电压变化边沿为电压下降边沿e，故码盘顺时针旋转并经过第二位置点时，编码器因码盘顺时针旋转而计数圈数加一；对应的，当第一霍尔元件随码盘逆时针旋转时，第一霍尔元件的电压变化边沿为电压上升边沿d，故码盘顺时针旋转并经过第四位置点时，编码器因码盘逆时针旋转而计数圈数减一，进而提高编码器测量精度高、分辨能力和工作可靠性。

在一些实施例中，在以第一位置点和第三位置点作为多圈计数零点的情况下，当码盘顺时针旋转并经过第一位置点，编码器计数圈数加一；当码盘逆时针旋转并经过第三位置点，编码器计数圈数减一，具体的，在确定编码器码盘的单圈计数零点在第二位置点(对应边沿e)和第四位置点(对应边沿d)的第二回滞区时，为尽量使编码器的单圈计数点和编码器的多圈计数点不落在同一回滞区，在以第一位置点(对应边沿c)和第三位置点(对应边沿b)作为多圈计数零点的情况下，当第一霍尔元件随码盘顺时针旋转时，第一霍尔元件的电压变化边沿为电压上升边沿c，故码盘顺时针旋转并经过第一位置点时，编码器因码盘顺时针旋转而计数圈数加一；对应的，当第一霍尔元件随码盘逆时针旋转时，第一霍尔元件的电压变化边沿为电压下降边沿b，故码盘顺时针旋转并经过第三位置点时，编码器因码盘逆时针旋转而计数圈数减一，进而提高编码器测量精度高、分辨能力和工作可靠性。

参考图10，图10是本发明另一实施例提供的编码器的多圈计数方法中，根据扇区划分进行计数的方法流程图，在一些实施例中，线路板上还设置有第二霍尔元件；编码器被配置为：处于休眠状态且检测到第一霍尔元件的输出电平发生变化时被唤醒；根据多圈计数零点、第一霍尔元件的输出电平变化和第二霍尔元件的输出电平变化，对码盘的转动进行多圈计数，包括但不限于有以下步骤S1010和步骤S1020：

步骤S1010：根据第一霍尔元件和第二霍尔元件的输出电平将编码器旋转一圈的区域划分为四个扇区，其中第一扇区对应第一霍尔元件输出高电平和第二霍尔元件输出低电平，第二扇区对应第一霍尔元件输出高电平和第二霍尔元件输出高电平，第三扇区对应第一霍尔元件输出低电平和第二霍尔元件输出高电平，第四扇区对应第一霍尔元件输出低电平和第二霍尔元件输出低电平；

步骤S1020：在以第二位置点和第四位置点作为多圈计数零点的情况下，当编码器被唤醒后处于第三扇区，编码器计数圈数加一。

在一些实施例中，参照图11，图11是本发明实施例提供的根据第一霍尔元件和第二霍尔元件的单圈霍尔电平变化进行的扇区划分示意图，其中，由于现有技术中，存在当编码器编码位置正好经过多圈计数零点时，编码器处于休眠状态，导致编码器无法根据多圈计数零点进行多圈计数的问题，故在本申请中，将编码器被配置为：处于休眠状态且检测到第一霍尔元件的输出电平发生变化时被唤醒，进而在第一霍尔元件的输出电平发生变化时，根据第一霍尔元件和第二霍尔元件的霍尔电平确定当前编码位置所在扇区，进而根据所在扇区实现编码器多圈计数。

在一些实施例中，参照图12，图12是本发明施例提供的第一霍尔元件和第二霍尔元件的霍尔电平与编码器位置特性示意图，根据第一霍尔元件和第二霍尔元件的输出电平将编码器旋转一圈的区域划分为四个扇区，其中第一扇区对应第一霍尔元件输出高电平和第二霍尔元件输出低电平，第二扇区对应第一霍尔元件输出高电平和第二霍尔元件输出高电平，第三扇区对应第一霍尔元件输出低电平和第二霍尔元件输出高电平，第四扇区对应第一霍尔元件输出低电平和第二霍尔元件输出低电平，使第一霍尔元件和第二霍尔元件的高低电平状态与编码器当前编码位置所处扇区呈映射关系，实现根据所在扇区实现编码器多圈计数。

在一些实施例中，在以第二位置点(对应边沿e)和第四位置点(对应边沿d)作为多圈计数零点的情况下，当编码器被唤醒后处于第三扇区，编码器计数圈数加一，当编码器被唤醒后处于第二扇区，编码器计数圈数减一，可以想到的是，第二扇区对应第一霍尔元件输出高电平和第二霍尔元件输出高电平，第三扇区对应第一霍尔元件输出低电平和第二霍尔元件输出高电平，当判定为利用边沿d和边沿e作为多圈计数点，则编码器在休眠状态时会在边沿d和边沿e触发时发生唤醒。当处在编码器正常工作状态时，当编码器反转触发边沿d时，即判断当前从扇区3切换到扇区2，编码器多圈计数减一。当编码器正转触发边沿e时，即判断当前从扇区2切换到扇区3，则编码器多圈计数加一。当编码器霍尔边沿唤醒时，即从编码器掉电休眠状态切换为编码器掉电未进入休眠状态，读取当前所处的扇区信息。如果编码器当前处于扇区2，编码器多圈计数减一。如果编码器当前处于扇区3，则编码器多圈计数加一。

在一些实施例中，在以第一位置点(对应边沿c)和第三位置点(对应边沿b)作为多圈计数零点的情况下，当编码器被唤醒后处于第一扇区，编码器计数圈数加一，当编码器被唤醒后处于第四扇区，编码器计数圈数减一，可以想到的是，第一扇区对应第一霍尔元件输出高电平和第二霍尔元件输出低电平，第四扇区对应第一霍尔元件输出低电平和第二霍尔元件输出低电平，当判定为利用边沿b和边沿c作为多圈计数点，则编码器在休眠状态时会在边沿b和边沿c触发时发生唤醒。当处在编码器正常工作状态时，当编码器反转触发边沿b时，即判断当前从扇区1切换到扇区4，编码器多圈计数减一。当编码器正转触发边沿c时，即判断当前从扇区4切换到扇区1，则编码器多圈计数加一。当编码器霍尔边沿唤醒时，即从编码器掉电休眠状态切换为编码器掉电未进入休眠状态，读取当前所处的扇区信息。如果编码器当前处于扇区4，编码器多圈计数减一。如果编码器当前处于扇区1，则编码器多圈计数加一。

在一些实施例中，参照图13，图13是本发明实施例提供的编码器低功耗状态切换原理图，其中，编码器为保持低功耗状态会在编码器正常工作状态、编码器掉电未进入休眠状态和编码器掉电休眠状态之间切换，当编码器处于正常工作状态时若主电源掉电这进行掉电但未进入休眠的中间状态，此时，若主电源上电则编码器会恢复为正常工作状态，若编码器没有其他操作且保证掉电状态，一定时间后编码器就进入掉电休眠状态，掉电休眠后，若编码器检查的霍尔电平边沿(霍尔电平发生变化)则会被唤醒，回到掉电但未进入休眠的中间状态进行编码器计数，同时掉电休眠后若主电源上电则编码器会恢复为正常工作状态，其中正常工作状态可正常进行编码器计数，进而在保证编码器低功耗的同时，提高编码器测量精度高、分辨能力和工作可靠性。

本申请第二方面实施例提出了一种编码器，在一些实施例中，本申请第二方面实施例提出了一种编码器，包括线路板以及安装在电机转轴上的码盘和磁铁，线路板上设置有第一霍尔元件和第二霍尔元件，码盘上设置有单圈计数零点，编码器采用上述任一项实施例的编码器的多圈计数方法。

在一些实施例中，第一霍尔元件的中心点、第一原点、第二霍尔元件的中心点依次连接所形成的夹角大于第一回滞角与第二回滞角之和，其中：第一回滞角为第一霍尔元件的回滞区对应的夹角，第二回滞角为第二霍尔元件的回滞区对应的夹角，第一原点为电机转轴在线路板上的投影点。

参照图14，图14是本发明实施例提供的第一霍尔元件和第二霍尔元件的安装位置示意图，在一些实施例中，第一霍尔元件和第二霍尔元件共同安装在PCB板上，如图11所示，两个霍尔元件的安装位置(对应第一霍尔元件的中心点和第二霍尔元件的中心点)与PCB中心点o(对应第一原点)形成的夹角θ大于两个霍尔元件的回滞区宽度对应的码盘旋转角度之和。假设第一霍尔元件的回滞区对应的码盘旋转角度为m，第二霍尔元件的回滞区对应的码盘旋转角度为n，则θ的角度需大于m+n，以保证，第一霍尔元件的回滞区和第二霍尔元件的回滞区不会产生重叠，使第一霍尔元件和第二霍尔元件的高低电平状态与编码器当前编码位置所处扇区呈唯一对应的映射关系，进而实现多圈编码器工作时多圈计数的简化，并提高多圈计数的准确性，降低多圈计数时逻辑判断的复杂性。

参照图15，图15是本发明另一实施例提供的运行控制装置的结构示意图，本发明的第三方面实施例提供一种运行控制装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序，以实现如上述第一方面任一项实施例的编码器的多圈计数方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S110至方法步骤S130、图3中的方法步骤S310至方法步骤S320、图8中的方法步骤S810至方法步骤S820、图9中的方法步骤S910至方法步骤S920、图10中的方法步骤S1010至方法步骤S1020。

在一些实施例中，本发明实施例的运行控制装置1500包括一个或多个处理器1501和存储器1502，图10中以一个处理器1501及一个存储器1502为例。

在一些实施例中，处理器1501和存储器1502可以通过总线或者其他方式连接，图15中以通过总线连接为例。

在一些实施例中，存储器1502作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器1502可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器1502可选包括相对于处理器1501远程设置的存储器1502，这些远程存储器可以通过网络连接至运行控制装置1500，同时，上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

在一些实施例中，处理器执行计算机程序时按照预设间隔时间执行上述任意一项实施例，本领域技术人员可以理解，图15中示出的装置结构并不构成对运行控制装置1500的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

在图15所示的运行控制装置1500中，处理器1501可以用于调用存储器1502中储存的编码器的控制程序，从而实现编码器的多圈计数方法，基于上述运行控制装置1500的硬件结构，提出本发明的编码器的各个实施例，同时，实现上述实施例的编码器的多圈计数方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器中，当被处理器执行时，执行上述实施例的编码器的多圈计数方法。

本发明的第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行如上述第一方面任一项实施例的编码器的多圈计数方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S110至方法步骤S130、图3中的方法步骤S310至方法步骤S320、图8中的方法步骤S810至方法步骤S820、图9中的方法步骤S910至方法步骤S920、图10中的方法步骤S1010至方法步骤S1020。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络节点上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质或非暂时性介质和通信介质或暂时性介质。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘DVD或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (14)

1.一种编码器的多圈计数方法，其特征在于，所述编码器包括线路板以及安装在电机转轴上的码盘和磁铁，所述线路板上设置有第一霍尔元件和第二霍尔元件，所述码盘上设置有单圈计数零点，所述方法包括：

获取所述码盘转动过程中所述第一霍尔元件的输出电平发生跳变时对应的跳变位置点；

根据所述跳变位置点与所述单圈计数零点的相对位置，从所述跳变位置点中确定出多圈计数零点；

根据所述多圈计数零点、所述第一霍尔元件的输出电平变化和所述第二霍尔元件的输出电平变化，对所述码盘的转动进行多圈计数。

2.根据权利要求1所述的多圈计数方法，其特征在于，所述跳变位置点包括所述码盘顺时针旋转时所述第一霍尔元件输出电平的上升沿位置对应的第一位置点和下降沿位置对应的第二位置点，以及包括所述码盘逆时针旋转时所述第一霍尔元件输出电平的下降沿位置对应的第三位置点和上升沿位置对应的第四位置点；

所述根据所述跳变位置点与所述单圈计数零点的相对位置，从所述跳变位置点中确定出多圈计数零点，包括：

根据所述第一位置点和所述第三位置点得到所述第一霍尔元件的第一回滞区，根据所述第二位置点和所述第四位置点得到所述第一霍尔元件的第二回滞区；

当所述单圈计数零点落入所述第一回滞区，以所述第二位置点和所述第四位置点作为多圈计数零点；当所述单圈计数零点落入所述第二回滞区，以所述第一位置点和所述第三位置点作为多圈计数零点。

3.根据权利要求2所述的多圈计数方法，其特征在于，当所述单圈计数零点没有落入所述第一回滞区和所述第二回滞区，以所述第一位置点和所述第三位置点作为多圈计数零点或者所述第二位置点和所述第四位置点作为多圈计数零点。

4.根据权利要求2所述的多圈计数方法，其特征在于，所述根据所述跳变位置点与所述单圈计数零点的相对位置，从所述跳变位置点中确定出多圈计数零点，还包括：

以所述单圈计数零点为中点左右偏移极限工况位置偏差，得到单圈零点区域；

当所述单圈零点区域与所述第一回滞区存在重叠区域，以所述第二位置点和所述第四位置点作为多圈计数零点；当所述单圈零点区域与所述第二回滞区存在重叠区域，以所述第一位置点和所述第三位置点作为多圈计数零点。

5.根据权利要求4所述的多圈计数方法，其特征在于，当所述单圈零点区域与所述第一回滞区、所述第二回滞区均无重叠区域，以所述第一位置点和所述第三位置点作为多圈计数零点或者以所述第二位置点和所述第四位置点作为多圈计数零点。

6.根据权利要求2所述的多圈计数方法，其特征在于，所述根据所述多圈计数零点、所述第一霍尔元件的输出电平变化和所述第二霍尔元件的输出电平变化，对所述码盘的转动进行多圈计数，包括：

在以所述第二位置点和所述第四位置点作为多圈计数零点的情况下，当所述码盘顺时针旋转并经过所述第二位置点，编码器计数圈数加一；当所述码盘逆时针旋转并经过所述第四位置点，编码器计数圈数减一；

在以所述第一位置点和所述第三位置点作为多圈计数零点的情况下，当所述码盘顺时针旋转并经过所述第一位置点，编码器计数圈数加一；当所述码盘逆时针旋转并经过所述第三位置点，编码器计数圈数减一。

7.根据权利要求6所述的多圈计数方法，其特征在于，所述编码器被配置为：处于休眠状态且检测到所述第一霍尔元件的输出电平发生变化时被唤醒；

所述根据所述多圈计数零点、所述第一霍尔元件的输出电平变化和所述第二霍尔元件的输出电平变化，对所述码盘的转动进行多圈计数，还包括：

根据所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件的输出电平将编码器旋转一圈的区域划分为四个扇区，其中第一扇区对应所述第一霍尔元件输出高电平和所述第二霍尔元件输出低电平，第二扇区对应所述第一霍尔元件输出高电平和所述第二霍尔元件输出高电平，第三扇区对应所述第一霍尔元件输出低电平和所述第二霍尔元件输出高电平，第四扇区对应所述第一霍尔元件输出低电平和所述第二霍尔元件输出低电平；

在以所述第二位置点和所述第四位置点作为多圈计数零点的情况下，当所述编码器被唤醒后处于所述第三扇区，编码器计数圈数加一。

8.根据权利要求7所述的多圈计数方法，其特征在于，在以所述第二位置点和所述第四位置点作为多圈计数零点的情况下，当所述编码器被唤醒后处于所述第二扇区，编码器计数圈数减一。

9.根据权利要求7所述的多圈计数方法，其特征在于，在以所述第一位置点和所述第三位置点作为多圈计数零点的情况下，当所述编码器被唤醒后处于所述第一扇区，编码器计数圈数加一。

10.根据权利要求7所述的多圈计数方法，其特征在于，在以所述第一位置点和所述第三位置点作为多圈计数零点的情况下，当所述编码器被唤醒后处于所述第四扇区，编码器计数圈数减一。

11.一种编码器，其特征在于，包括线路板以及安装在电机转轴上的码盘和磁铁，所述线路板上设置有第一霍尔元件和第二霍尔元件，所述码盘上设置有单圈计数零点，所述编码器采用权利要求1至10任一项所述的编码器的多圈计数方法。

12.根据权利要求11所述的编码器，其特征在于，所述第一霍尔元件的中心点、第一原点、所述第二霍尔元件的中心点依次连接所形成的夹角大于第一回滞角与第二回滞角之和，其中：第一回滞角为所述第一霍尔元件的回滞区对应的夹角，第二回滞角为所述第二霍尔元件的回滞区对应的夹角，所述第一原点为所述电机转轴在所述线路板上的投影点。

13.一种运行控制装置，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1至10任一项所述的多圈计数方法。

14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1至10任一项所述的多圈计数方法。

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