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CN109556638B - 多圈绝对值编码器、编码方法、控制器及存储介质 - Google Patents

多圈绝对值编码器、编码方法、控制器及存储介质 Download PDF

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CN109556638B CN201811581907.6A CN201811581907A CN109556638B CN 109556638 B CN109556638 B CN 109556638B CN 201811581907 A CN201811581907 A CN 201811581907A CN 109556638 B CN109556638 B CN 109556638B
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Abstract

本发明涉及旋转编码器技术领域，提供了一种多圈绝对值编码器、编码方法、控制器及存储介质。编码器包括旋转轴、控制电路板、磁铁、霍尔传感器、控制器、主控制器、单圈绝对值编码器以及非易失性存储器。控制电路板的一侧垂直设置旋转轴；磁铁与旋转轴固定连接；霍尔传感器设置于控制电路板的另一侧对应磁铁的位置，用于在断电后采集旋转轴的圈数信息；控制器用于在断电后采集霍尔传感器的数据；单圈绝对值编码器设置于控制电路板的一侧位于磁铁下部的位置，用于在上电后采集旋转轴的相对位置信息；主控制器计算旋转轴的绝对位置信息。本发明实施例结构简单，体积小，易于集成。

Description

多圈绝对值编码器、编码方法、控制器及存储介质
技术领域
本发明涉及旋转编码器技术领域，特别是涉及一种多圈绝对值编码器、编码方法、控制器及存储介质。
背景技术
旋转编码器(rotary encoder)也称为轴编码器，是将旋转位置或旋转量转换成模拟或数字信号的机电设备，其一般安装在旋转物体中垂直旋转轴的一面。旋转编码器适用于需要精确测量旋转位置及速度的场合，如工业控制、机器人技术、专用镜头、计算机输入设备(如鼠标及轨迹球)等。
旋转编码器包括绝对值(absolute)编码器及增量型(incremental)编码器。绝对值编码器又分为单圈绝对值编码器和多圈绝对值编码器。
当系统断电后，多圈绝对值编码器仍然可以保持位置信息。当系统上电后，可以直接读取当前旋转轴的绝对位置。编码器值与受控机械的物理位置之间的关系在装配时设定，系统无需返回校准点即可保持位置信息。其中，旋转轴的绝对位置是指旋转轴安装的时候，人工定义的一个位置，绝对位置包含单圈的绝对位置信息和圈数信息。
目前，多圈绝对值编码器多为光学式多圈绝对值编码器，含有机械齿轮组，成本较高，体积较大，不利于集成化、小型化，由于使用机械齿轮组记录圈数，所以计量范围有限。光学式多圈绝对值编码器因使用光栅码盘利用光学检测方法进行检测，所以对环境要求较高，在粉尘和恶劣环境下颗粒会渗透到光学路径下，容易引起失效，并且由光栅码盘和机械齿轮组成的光学式多圈绝对值编码器检测圈数量程受限。
传统的电子式多圈绝对值编码器在掉电后，因功耗高，无法在编码器转动情况下长时间计数。光电式多圈绝对值编码器使用光栅码盘，光栅码盘和机械齿轮组很脆弱，所以对撞击和震动很敏感，很容易在使用中导致码盘和机械齿轮组的破碎，影响使用寿命。
多圈绝对值编码器在系统断电后，旋转轴的绝对位置不丢失，系统上电后，直接可以读出旋转轴的位置；但其内部结构复杂，体积大，成本高，对使用环境要求较高，不易于集成，计量的最大圈数有限制。
发明内容
本发明实施例的一个目的旨在提供一种多圈绝对值编码器及其编码方法，其解决现有的多圈绝对值编码器内部结构复杂，体积大，成本高，对使用环境要求较高，不易于集成，计量的最大圈数有限制的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种多圈绝对值编码器，其包括一旋转轴，所述多圈绝对值编码器进一步包括：
控制电路板，所述控制电路板的一侧垂直设置所述旋转轴；
磁铁，所述磁铁设置于所述控制电路板的一侧，与所述旋转轴固定连接且与所述旋转轴作同步转动；
霍尔传感器，所述霍尔传感器设置于所述控制电路板的另一侧对应所述磁铁的位置，用于在断电后采集所述旋转轴的圈数信息；
控制器，所述控制器设置于所述控制电路板上，与所述霍尔传感器电连接，并通过一电池供电，用于在断电后采集所述霍尔传感器的数据；
主控制器，所述主控制器设置于所述控制电路板上，与所述控制器电连接；
单圈绝对值编码器，所述单圈绝对值编码器设置于所述控制电路板的一侧位于所述磁铁下部的位置，所述单圈绝对值编码器与所述主控制器电连接，用于在上电后采集所述旋转轴的相对位置信息；以及
非易失性存储器，所述非易失性存储器设置于所述控制电路板上，与所述主控制器电连接，用于在断电时存储断电前通过所述主控制器计算的旋转轴的绝对位置信息；
其中，所述主控制器根据所述旋转轴的圈数信息、所述旋转轴的相对位置信息以及上次断电时存储的所述旋转轴的绝对位置信息计算所述旋转轴的绝对位置信息。
进一步地，所述霍尔传感器包括第一双极性霍尔传感器和第二双极性霍尔传感器，所述第一双极性霍尔传感器和所述第二双极性霍尔传感器正交分布于所述控制电路板上，所述霍尔传感器与所述磁铁的距离小于等于2.5mm。
进一步地，所述控制器为低功耗控制器。
进一步地，所述单圈绝对值编码器与所述磁铁的距离小于等于2mm。
进一步地，所述控制器通过第一引脚和第二引脚分别连接所述霍尔传感器的电源引脚和信号输出引脚，用于在断电时打开所述第一引脚，以使所述第一引脚和所述电源引脚连通。
进一步地，所述主控制器设置于所述控制电路板的一侧，所述控制器设置于所述控制电路板的另一侧。
进一步地，所述主控制器与所述控制器通过I2C总线连接；所述主控制器与所述单圈绝对值编码器通过SPI总线连接。
第二方面，本发明实施例提供一种如上所述的多圈绝对值编码器的编码方法，包括：
断电时，所述非易失性存储器存储断电前通过所述主控制器计算的旋转轴的绝对位置信息；
断电后，所述控制器工作于第一模式，所述控制器控制所述霍尔传感器工作，所述控制器通过所述霍尔传感器采集所述旋转轴的圈数信息；
上电后，所述控制器工作于第二模式，所述控制器控制所述霍尔传感器不工作，所述主控制器通过单圈绝对值编码器采集所述旋转轴的相对位置信息；
所述主控制器读取上次断电时所述非易失性存储器存储的所述旋转轴的绝对位置信息、所述控制器采集的断电后所述旋转轴的圈数信息以及所述单圈绝对值编码器采集的上电后所述旋转轴的相对位置信息；
所述主控制器根据上次断电时存储的所述旋转轴的绝对位置信息、所述旋转轴的圈数信息和所述旋转轴的相对位置信息计算所述旋转轴的绝对位置信息。
进一步地，在所述第一模式下，所述控制器打开定时器开始计时，到达定时周期后中断定时器，控制所述霍尔传感器开始工作，检测所述霍尔传感器的电平，计算得到当前旋转轴的圈数信息。
进一步地，所述控制所述霍尔传感器开始工作，包括：
打开所述控制器的第一引脚，以使所述第一引脚和所述霍尔传感器的电源引脚连通，为所述霍尔传感器供电。
进一步地，在所述第二模式下，所述控制器关闭定时器。
进一步地，所述控制器通过外部中断信号判断断电和上电。
进一步地，所述主控制器读取所述控制器采集的断电后所述旋转轴的圈数信息，包括：
所述主控制器向所述控制器发送所述控制器的地址；
所述控制器接收所述地址并判断所述地址是否与所述控制器的实际地址匹配；
若所述控制器判断所述地址与所述控制器的实际地址匹配，则所述控制器向所述主控制器返回地址匹配确认信息；
所述主控制器向所述控制器发送读数据命令；
所述控制器根据接收到的所述读数据命令，向所述主控制器返回其采集的旋转轴的圈数信息。
进一步地，所述主控制器根据上次断电时存储的所述旋转轴的绝对位置信息、所述旋转轴的圈数信息和所述旋转轴的相对位置信息计算所述旋转轴的绝对位置信息，具体为：
W＝INT(X+Y)+Z；其中W表示所述旋转轴的绝对位置信息，X表示上次断电时存储的所述旋转轴的绝对位置信息，Y表示所述旋转轴的圈数信息，Z表示所述旋转轴的相对位置信息，INT表示取整。
第三方面，本发明实施例提供一种编码方法，包括：
断电后，控制器工作于第一模式，所述控制器控制霍尔传感器工作，所述控制器通过所述霍尔传感器采集旋转轴的圈数信息；
上电后，所述控制器工作于第二模式，所述控制器控制所述霍尔传感器不工作，以使主控制器通过单圈绝对值编码器采集所述旋转轴的相对位置信息并根据上次断电时存储的所述旋转轴的绝对位置信息、所述旋转轴的圈数信息和所述旋转轴的相对位置信息计算所述旋转轴的绝对位置信息。
第四方面，本发明实施例提供一种编码方法，包括：
上电后，主控制器通过单圈绝对值编码器采集旋转轴的相对位置信息；
所述主控制器读取上次断电时非易失性存储器存储的所述旋转轴的绝对位置信息、断电后旋转轴的圈数信息以及所述单圈绝对值编码器采集的上电后所述旋转轴的相对位置信息；其中所述旋转轴的圈数信息由断电后工作于第一模式的控制器控制霍尔传感器工作，且由所述控制器从所述霍尔传感器采集；
所述主控制器根据上次断电时存储的所述旋转轴的绝对位置信息、所述旋转轴的圈数信息和所述旋转轴的相对位置信息计算所述旋转轴的绝对位置信息。
第五方面，本发明实施例提供一种控制器，包括：
处理模块；以及
与所述处理模块通信连接的存储模块；其中，所述存储模块存储有可被所述处理模块执行的指令，所述指令被所述处理模块执行时，以使所述处理模块执行如上所述的编码方法的步骤。
第六方面，本发明实施例提供一种控制器，包括：
处理模块；以及
与所述处理模块通信连接的存储模块；其中，所述存储模块存储有可被所述处理模块执行的指令，所述指令被所述处理模块执行时，以使所述处理模块执行如上所述的编码方法的步骤。
第七方面，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，该计算机可执行指令被处理模块执行时实现如上所述的编码方法的步骤。
第八方面，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，该计算机可执行指令被处理模块执行时实现如上所述的编码方法的步骤。
第九方面，本发明实施例提供一种机器人，所述机器人上设置有如上所述的多圈绝对值编码器。
本发明实施例的有益效果在于：通过设置与旋转轴连接的磁铁，旋转轴转动带动磁铁同步转动，上电后通过单圈绝对值编码器根据磁铁的转动采集旋转轴的相对位置信息，断电后通过控制器控制霍尔传感器根据所述磁铁的转动采集旋转轴的圈数信息，主控制器根据旋转轴的圈数信息、旋转轴的相对位置信息以及上次断电时存储的旋转轴的绝对位置信息计算旋转轴的绝对位置信息。相比现有技术中的多圈绝对值编码器，本发明实施例提供的多圈绝对值编码器没有采用机械齿轮组，结构简单，体积小，成本较低，易于集成，且计量范围没有限制，因没有采用光栅码盘，对使用环境要求不高。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1本发明实施例提供的一种多圈绝对值编码器的一侧结构示意图；
图2是发明实施例提供的一种多圈绝对值编码器的另一侧结构示意图；
图3本发明实施例提供的一种多圈绝对值编码器的轴向结构示意图；
图4本发明实施例提供的一种多圈绝对值编码器中控制电路板的电路结构框图；
图5是本发明实施例中双极性霍尔传感器的滞回区间示意图；
图6是本发明实施例中正交霍尔传感器的输出特性示意图；
图7是本发明实施例提供的一种多圈绝对值编码器的编码方法的流程图；
图8是本发明实施例提供的一种多圈绝对值编码器中控制器的编码方法的流程图；
图9是本发明实施例提供的一种多圈绝对值编码器中控制器第一次初始化的流程图；
图10是本发明一具体实例中控制器接收外部中断信号的处理流程图；
图11是本发明一具体实例中读取控制器数据的流程图；
图12是本发明实施例提供的一种多圈绝对值编码器中主控制器的编码方法的流程图；
图13是本发明一具体实例中主控制器的工作流程图；
图14是本发明实施例提供的一种控制器的结构框图；
图15是本发明实施例提供的一种主控制器的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的多圈绝对值编码器可以用于需要精确旋转位置及速度的场合，例如工业控制、机器人技术、专用镜头、计算机输入设备(如鼠标及轨迹球)等场合。其一般装设在旋转物体中垂直于该旋转物体旋转轴的一面，用于测量该旋转物体的旋转位置。
如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种多圈绝对值编码器100，其包括一旋转轴1、控制电路板2、磁铁3、霍尔传感器4、控制器5、主控制器6、单圈绝对值编码器7以及非易失性存储器8。
本实施例中，旋转轴1、磁铁3、主控制器6和单圈绝对值编码器7设置于控制电路板2的一侧，霍尔传感器4、控制器5和非易失性存储器8设置于控制电路板2的另一侧。其中旋转轴1与控制电路板2的径向平面垂直，磁铁3固定连接于旋转轴1上且与旋转轴1作同步运动，例如磁铁3粘合于旋转轴1上。磁铁3可以采用钕铁硼磁铁，其上镀镍，采用径向充磁。旋转轴1和磁铁3与控制电路板2无连接关系且旋转轴1和磁铁3均不与控制电路板2接触，该两个部件距控制电路板2有一定空隙。可以理解的是，旋转轴1与待测旋转物体固定连接，待测旋转物体转动带动旋转轴1转动，从而带动磁铁3转动。
可以理解的是，在其他实施例中，上述部件在控制电路板2上的位置或者相对控制电路板2的位置设置还可以是其他方式，例如旋转轴1、磁铁3、单圈绝对值编码器7、控制器5和非易失性存储器8设置于控制电路板2的一侧，主控制器6和霍尔传感器4设置于控制电路板2的另一侧，而并不限于本实施例。
霍尔传感器4设置于控制电路板2的另一侧对应磁铁3的位置，也即位于磁铁3的正下方，用于在断电后采集旋转轴1的圈数信息。本实施例中，霍尔传感器4包括第一双极性霍尔传感器41和第二双极性霍尔传感器42，第一双极性霍尔传感器41和第二双极性霍尔传感器42正交分布于控制电路板2上，霍尔传感器4与磁铁3的距离小于等于2.5mm。其中双极性指磁极性。
双极性霍尔传感器具有滞回特性。当磁场的N极靠近双极性霍尔传感器，磁场强度小于BRP，BRP为磁场释放点，是使霍尔器件关断的磁场强度，此时双极性霍尔传感器输出高电平。当S极靠近双极性霍尔传感器，磁场强度大于BOP，BOP为磁场工作点，是使霍尔器件打开的磁场强度，此时双极性霍尔传感器输出低电平。假设磁场强度为B，双极性霍尔传感器的滞回区间为，BRP<B<BOP，如图5所示：Bhys＝|BOP-BRP|，其中Bhys为双极性霍尔传感器的磁开关点滞回窗口。霍尔元件的传输功能利用开关点之间的该差值来过滤掉在应用中可能由于机械振动或电磁噪声引起磁场的小的波动值。
双极性霍尔传感器设计为灵敏开关。双极型开关有一致的迟滞性，但是，不同的器件对发生在正极或者负极的开关点的范围是不同的。因为需要改变磁场的极性，来确保开关点的切换，并且需要一致的迟滞性来确保周期，所以双极性霍尔传感器需要紧密排列，南北两极交替使用。当旋转轴旋转时，磁场区相对双极性霍尔传感器移动。双极性霍尔传感器受到最近的磁场影响，当与南极磁场相对时，双极性霍尔传感器打开，当与北极磁场相对时，双极性霍尔传感器关闭。
正交霍尔传感器的输出特性如图5所示，两个传感器正交放置，分别对应的标号为P1和P2，磁铁位于正交霍尔传感器的正上方，磁铁转动一圈，对应P1和P2的输出会有四种状态，分别为00、01、11、10，通过这四种状态，可以判断旋转轴是正转还是反转，以及旋转的圈数。正交霍尔传感器采集的旋转轴的圈数信息精度较低，旋转轴旋转一圈为360度，正交霍尔传感器采集的圈数最高精确到90度，其分辨率为0.25圈，只能用来采集旋转轴转动的圈数。
控制器5设置于控制电路板2上，与霍尔传感器4电连接，并通过一电池9供电，在系统断电时工作，用于在断电后采集霍尔传感器4的数据。本实施例中，控制器5为低功耗控制器，通过电池9供电运转，消耗电量少。控制器5通过第一引脚5a和第二引脚5b分别连接霍尔传感器4的电源引脚4a和信号输出引脚4b，用于在断电时打开第一引脚5a，以使第一引脚5a和电源引脚4a连通，给霍尔传感器4供电，以使霍尔传感器4在断电后开始工作。第一引脚5a和第二引脚5b均为GPIO(General Purpose Input Output，通用输入/输出)引脚。
主控制器6设置于控制电路板2上，与控制器5电连接。本实施例中，主控制器6与控制器5通过I2C总线连接，并通过各自的GPIO引脚进行数据读/写操作。主控制器6与单圈绝对值编码器7通过SPI总线连接。
低功耗控制器和主控制器6均可以采用IC(Integrated Circuit，集成电路)芯片。
单圈绝对值编码器7设置于控制电路板2的一侧位于磁铁3下部的位置，也即位于磁铁3的正下方。单圈绝对值编码器7与主控制器6电连接，用于在上电后采集旋转轴1的相对位置信息。本实施例中，单圈绝对值编码器7采用高精度磁性单圈绝对值旋转编码器。其采集的位置信息是精度高的圈数信息，例如一圈360度，其可以精确到0.02度，用于表示旋转轴1的位置。单圈绝对值编码器7与磁铁3的距离小于等于2mm。
非易失性存储器8设置于控制电路板2上，与主控制器6电连接，用于在断电时存储断电前通过主控制器6计算的旋转轴1的绝对位置信息。本实施例中非易失性存储器8采用EEPROM(Electrically Erasable Programmable read only memory，带电可擦写可编程读写存储器)。
主控制器6读取上次断电时非易失性存储器8存储的旋转轴1的绝对位置信息、控制器5采集的断电后旋转轴1的圈数信息以及单圈绝对值编码器7采集的上电后旋转轴1的相对位置信息，并根据上述三个信息计算旋转轴1的绝对位置信息。
本发明实施例提供的多圈绝对值编码器通过设置与旋转轴连接的磁铁，旋转轴转动带动磁铁同步转动，上电后通过单圈绝对值编码器根据磁铁的转动采集旋转轴的相对位置信息，断电后通过控制器控制霍尔传感器根据磁铁的转动采集旋转轴的圈数信息，主控制器根据旋转轴的圈数信息、旋转轴的相对位置信息以及上次断电时存储的旋转轴的绝对位置信息计算旋转轴的绝对位置信息。相比现有技术中的多圈绝对值编码器，本发明实施例没有采用机械齿轮组，结构简单，体积小，成本较低，易于集成，且计量范围没有限制，因没有采用光栅码盘，对使用环境要求不高。
如图7所示，本发明实施例提供了一种多圈绝对值编码器的编码方法，该方法应用于前述实施例的多圈绝对值编码器，其包括：
步骤S701，断电时，非易失性存储器存储断电前通过主控制器计算的旋转轴的绝对位置信息。
具体地，主控制器如何计算的旋转轴的绝对位置信息将在下文详述。
步骤S702，断电后，控制器工作于第一模式，控制器控制霍尔传感器工作，控制器通过霍尔传感器采集旋转轴的圈数信息。
第一模式为低功耗模式，也即控制器的工作模式。在第一模式下，控制器打开定时器开始计时，到达定时周期后中断定时器，控制霍尔传感器开始工作，检测霍尔传感器的电平，计算得到当前旋转轴的圈数信息。具体地，通过打开第一引脚，以使第一引脚和电源引脚连通，为霍尔传感器供电，以控制霍尔传感器开始工作。控制器通过外部中断信号判断系统是否断电和上电，例如当检测到外部中断引脚点平为高电平时，确定系统上电，当检测到外部中断引脚点平为低电平时，确定系统断电。具体地，通过主控制器给低功耗控制器发送中断信号，触发低功耗控制器的不同工作模式。系统断电后处于关机状态。
步骤S703，上电后，控制器工作于第二模式，控制器控制霍尔传感器不工作，主控制器通过单圈绝对值编码器采集旋转轴的相对位置信息。
第二模式为休眠模式，也即控制器的非工作模式。在第二模式下，控制器关闭定时器，不再打开第一引脚，因此霍尔传感器无电源供应，不进行工作。
步骤S704，主控制器读取上次断电时非易失性存储器存储的旋转轴的绝对位置信息、控制器采集的断电后旋转轴的圈数信息以及单圈绝对值编码器采集的上电后旋转轴的相对位置信息。
其中，主控制器读取控制器采集的断电后旋转轴的圈数信息，包括：
步骤A1，主控制器向控制器发送控制器的地址；
步骤A2，控制器接收地址并判断地址是否与控制器的实际地址匹配；
步骤A3，若控制器判断地址与控制器的实际地址匹配，则控制器向主控制器返回地址匹配确认信息；
步骤A4，主控制器向控制器发送读数据命令；
步骤A5，控制器根据接收到的读数据命令，向主控制器返回其采集的旋转轴的圈数信息。
步骤S705，主控制器根据上次断电时存储的旋转轴的绝对位置信息、旋转轴的圈数信息和旋转轴的相对位置信息计算旋转轴的绝对位置信息。
旋转轴的绝对位置信息的计算方式为：
W＝INT(X+Y)+Z；其中W表示旋转轴的绝对位置信息，X表示上次断电时存储的旋转轴的绝对位置信息，Y表示旋转轴的圈数信息，Z表示旋转轴的相对位置信息，INT表示取整。
例如上次断电时存储的旋转轴的绝对位置信息为2.0，则X＝2.0；断电后旋转轴正转了0.5圈，霍尔传感器采集的旋转轴的圈数信息为0.5，则Y＝0.5；上电后旋转轴正转了0.3圈，单圈绝对值编码器采集的旋转轴的相对位置信息为0.3，则Z＝0.3。W＝INT(X+Y)+Z＝INT(2.0+0.5)+0.3＝INT(2.5)+0.3＝2.0+0.3＝2.3。
本发明实施例提供的多圈绝对值编码器的编码方法，上电后通过单圈绝对值编码器根据磁铁的转动采集旋转轴的相对位置信息，断电后通过控制器控制霍尔传感器根据磁铁的转动采集旋转轴的圈数信息，主控制器根据旋转轴的圈数信息、旋转轴的相对位置信息以及上次断电时存储的旋转轴的绝对位置信息计算旋转轴的绝对位置信息。相比现有技术中的多圈绝对值编码器，本发明实施例无需采用机械齿轮组，结构简单，体积小，成本较低，易于集成，且计量范围没有限制，因无需采用光栅码盘，对使用环境要求不高。
本发明实施例还提供了一种多圈绝对值编码器中控制器的编码方法，该方法可用于低功耗控制器，如图8所示，该方法包括：
步骤S801，断电后，控制器工作于第一模式，控制器控制霍尔传感器工作，控制器通过霍尔传感器采集旋转轴的圈数信息。
步骤S802，上电后，控制器工作于第二模式，控制器控制霍尔传感器不工作，以使主控制器通过单圈绝对值编码器采集旋转轴的相对位置信息并根据上次断电时存储的旋转轴的绝对位置信息、旋转轴的圈数信息和旋转轴的相对位置信息计算旋转轴的绝对位置信息。
该方法的具体实现过程可参考上述多圈绝对值编码器的编码方法实施例，此处不再赘述。
下面以图8中的控制器为低功耗控制器为例，通过一具体实例对控制器的工作流程进行详细说明。
如图9所示，为低功耗控制器第一次初始化的流程，包括：
步骤S901，系统初始化。
步骤S902，打开定时器，进入低功耗模式Ⅰ。
步骤S903，判断是否到达定时周期，若是，执行步骤S904，否则，返回执行步骤S902。
步骤S904，打开与霍尔传感器连接的供电IO引脚，读取霍尔传感器的数值，计算旋转轴的总圈数信息。
本实例中，低功耗控制器第一次初始化时，首先低功耗控制器上电后进行初始化，进入低功耗Ⅰ模式，定时周期到了以后，进入定时器中断，在定时器中断中，低功耗控制器控制IO引脚打开霍尔传感器的供电引脚，然后检测霍尔传感器的电平并进行计算，得到当前旋转轴的圈数。
如图10所示，为低功耗控制器接收外部中断信号的流程，包括：
步骤S1001，接收到外部中断信号。
步骤S1002，判断外部中断引脚电平是否为高电平，若是，执行步骤S1003，否则，执行步骤S1004。
步骤S1003，关闭定时器，进入休眠模式Ⅱ。
步骤S1004，打开定时器，进入低功耗模式Ⅰ。
步骤S1005，中断程序返回。
本实例中，低功耗控制器通过外部中断信号判断系统是否上电，当检测到系统上电后，低功耗控制器进入休眠模式Ⅱ，此时低功耗控制器定时器关闭，不再通过霍尔传感器采集旋转轴的圈数信息，而是由主控制器的单圈绝对值编码器采集旋转轴的相对位置信息。当系统关机后，低功耗控制器通过外部中断引脚检测到系统关机，进入外部中断处理程序，打开定时器，进入低功耗Ⅰ模式，开始通过霍尔传感器采集旋转轴的圈数信息。
如图11所示，为读取低功耗控制器数据的流程，包括：
步骤S1101，接收到I2C中断。该I2C中断信号由主控制器通过I2C总线发送。
步骤S1102，判断是否处于接收地址状态，若是，执行步骤S1103，否则，执行步骤S1105。
步骤S1103，判断接收到的地址是否与自身实际地址匹配，若是，执行步骤S1104，否则，执行步骤S1108。
步骤S1104，进入读取数据状态。
步骤S1105，判断是否处于读取数据状态，若是，执行步骤S1106，否则，执行步骤S1107。
步骤S1106，返回旋转轴的圈数信息给主控制器。
步骤S1107，进入接收地址状态。
步骤S1108，中断程序返回。
本实例中，主控制器通过I2C总线读取低功耗控制器采集的圈数信息。首先主控制器向低功耗控制器发送低功耗控制器的地址，如果地址匹配，则发送需要写入或者读取数据的命令，低功耗控制器根据接收到的命令，返回圈数信息，最后由主控制器结束通讯。
本发明实施例还提供了一种多圈绝对值编码器中主控制器的编码方法，该方法可用于主控制器，如图12所示，该方法包括：
步骤S1201，上电后，主控制器通过单圈绝对值编码器采集旋转轴的相对位置信息。
步骤S1202，主控制器读取上次断电时非易失性存储器存储的旋转轴的绝对位置信息、断电后旋转轴的圈数信息以及单圈绝对值编码器采集的上电后旋转轴的相对位置信息；其中旋转轴的圈数信息由断电后工作于第一模式的控制器控制霍尔传感器工作，且由控制器从霍尔传感器采集。
步骤S1203，主控制器根据上次断电时存储的旋转轴的绝对位置信息、旋转轴的圈数信息和旋转轴的相对位置信息计算旋转轴的绝对位置信息。
该方法的具体实现过程可参考上述多圈绝对值编码器的编码方法实施例，此处不再赘述。
下面以图12中的控制器为主控制器为例，通过一具体实例对控制器的工作流程进行详细说明。
如图13所示，为主控制器的工作流程，包括：
步骤S1301，系统初始化。
步骤S1302，读取低功耗控制器的圈数信息，发送外部中断信号，使低功耗控制器进入休眠模式Ⅱ。
步骤S1303，读取EEPROM保存的上次系统断电或关机时的绝对位置信息。
步骤S1304，读取单圈绝对值编码器采集的相对位置信息。
步骤S1305，计算旋转轴当前的绝对位置信息。
步骤S1306，判断系统是否断电或关机，若是，执行步骤S1307，否则，返回执行步骤S1304。
步骤S1307，保存旋转轴绝对位置信息到EEPROM，触发低功耗控制器进入低功耗模式Ⅰ。
本实例中，主控制器上电后，进行初始化，包括GPIO，SPI总线，I2C总线等的初始化。首先读取低功耗控制器保存的系统断电以后的旋转轴圈数信息，然后读取EEPROM保存的系统关机时刻的旋转轴绝对位置信息，最后读取单圈绝对值编码器采集的旋转轴相对位置信息。根据上述3个位置信息，计算出旋转轴多圈绝对位置信息。具体计算方式可参考前述多圈绝对值编码器的编码方法实施例中的计算方式，此处不再赘述。
本发明实施例还提供了一种控制器，其可以是上述实施例中的低功耗控制器。如图14所示，该控制器140包括处理模块141以及与处理模块141通信连接的存储模块142；其中，存储模块142存储有可被处理模块141执行的指令，指令被处理模块141执行时，以使处理模块141执行如上实施例的控制器(例如低功耗控制器)的编码方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种控制器，其可以是上述实施例中的主控制器。如图15所示，该控制器150包括处理模块151以及与处理模块151通信连接的存储模块152；其中，存储模块152存储有可被处理模块151执行的指令，指令被处理模块151执行时，以使处理模块151执行如上实施例的控制器(例如主控制器)的编码方法的步骤。
值得说明的是，上述控制器例如低功耗控制器和主控制器均可以采用IC(Integrated Circuit，集成电路)芯片实现。此时处理模块和存储模块集成到IC芯片中。
上述控制器内的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本发明实施例还提供了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，该计算机可执行指令被处理模块执行时实现如上实施例所述的控制器(例如低功耗控制器)的编码方法的步骤。
本发明实施例还提供了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，该计算机可执行指令被处理模块执行时实现如上实施例所述的控制器(例如主控制器)的编码方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种机器人，该机器人上设置有如上实施例所述的多圈绝对值编码器。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程，其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (21)

1.一种多圈绝对值编码器，其包括一旋转轴，其特征在于，所述多圈绝对值编码器进一步包括：
控制电路板，所述控制电路板的一侧垂直设置所述旋转轴；
磁铁，所述磁铁设置于所述控制电路板的一侧，与所述旋转轴固定连接且与所述旋转轴作同步转动；
霍尔传感器，所述霍尔传感器设置于所述控制电路板的另一侧对应所述磁铁的位置，用于在断电后采集所述旋转轴的圈数信息；
控制器，所述控制器设置于所述控制电路板上，与所述霍尔传感器电连接，并通过一电池供电，用于在断电后采集所述霍尔传感器的数据；
主控制器，所述主控制器设置于所述控制电路板上，与所述控制器电连接；
单圈绝对值编码器，所述单圈绝对值编码器设置于所述控制电路板的一侧位于所述磁铁下部的位置，所述单圈绝对值编码器与所述主控制器电连接，用于在上电后采集所述旋转轴的相对位置信息；以及
非易失性存储器，所述非易失性存储器设置于所述控制电路板上，与所述主控制器电连接，用于在断电时存储断电前通过所述主控制器计算的旋转轴的绝对位置信息；
其中，所述主控制器根据所述旋转轴的圈数信息、所述旋转轴的相对位置信息以及上次断电时存储的所述旋转轴的绝对位置信息计算所述旋转轴的绝对位置信息。
2.根据权利要求1所述的多圈绝对值编码器，其特征在于，所述霍尔传感器包括第一双极性霍尔传感器和第二双极性霍尔传感器，所述第一双极性霍尔传感器和所述第二双极性霍尔传感器正交分布于所述控制电路板上，所述霍尔传感器与所述磁铁的距离小于等于2.5mm。
3.根据权利要求1所述的多圈绝对值编码器，其特征在于，所述控制器为低功耗控制器。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的多圈绝对值编码器，其特征在于，所述单圈绝对值编码器与所述磁铁的距离小于等于2mm。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的多圈绝对值编码器，其特征在于，所述控制器通过第一引脚和第二引脚分别连接所述霍尔传感器的电源引脚和信号输出引脚，用于在断电时打开所述第一引脚，以使所述第一引脚和所述电源引脚连通。
6.根据权利要求1所述的多圈绝对值编码器，其特征在于，所述主控制器设置于所述控制电路板的一侧，所述控制器设置于所述控制电路板的另一侧。
7.根据权利要求1所述的多圈绝对值编码器，其特征在于，所述主控制器与所述控制器通过I2C总线连接；所述主控制器与所述单圈绝对值编码器通过SPI总线连接。
8.一种根据权利要求1至7任意一项所述的多圈绝对值编码器的编码方法，其特征在于，包括：
断电时，所述非易失性存储器存储断电前通过所述主控制器计算的旋转轴的绝对位置信息；
断电后，所述控制器工作于第一模式，所述控制器控制所述霍尔传感器工作，所述控制器通过所述霍尔传感器采集所述旋转轴的圈数信息；
上电后，所述控制器工作于第二模式，所述控制器控制所述霍尔传感器不工作，所述主控制器通过单圈绝对值编码器采集所述旋转轴的相对位置信息；
所述主控制器读取上次断电时所述非易失性存储器存储的所述旋转轴的绝对位置信息、所述控制器采集的断电后所述旋转轴的圈数信息以及所述单圈绝对值编码器采集的上电后所述旋转轴的相对位置信息；
所述主控制器根据上次断电时存储的所述旋转轴的绝对位置信息、所述旋转轴的圈数信息和所述旋转轴的相对位置信息计算所述旋转轴的绝对位置信息。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述第一模式下，所述控制器打开定时器开始计时，到达定时周期后中断定时器，控制所述霍尔传感器开始工作，检测所述霍尔传感器的电平，计算得到当前旋转轴的圈数信息。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制所述霍尔传感器开始工作，包括：
打开所述控制器的第一引脚，以使所述第一引脚和所述霍尔传感器的电源引脚连通，为所述霍尔传感器供电。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述第二模式下，所述控制器关闭定时器。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述控制器通过外部中断信号判断断电和上电。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述主控制器读取所述控制器采集的断电后所述旋转轴的圈数信息，包括：
所述主控制器向所述控制器发送所述控制器的地址；
所述控制器接收所述地址并判断所述地址是否与所述控制器的实际地址匹配；
若所述控制器判断所述地址与所述控制器的实际地址匹配，则所述控制器向所述主控制器返回地址匹配确认信息；
所述主控制器向所述控制器发送读数据命令；
所述控制器根据接收到的所述读数据命令，向所述主控制器返回其采集的旋转轴的圈数信息。
14.根据权利要求8至13任意一项所述的方法，其特征在于，所述主控制器根据上次断电时存储的所述旋转轴的绝对位置信息、所述旋转轴的圈数信息和所述旋转轴的相对位置信息计算所述旋转轴的绝对位置信息，具体为：
W＝INT(X+Y)+Z；其中W表示所述旋转轴的绝对位置信息，X表示上次断电时存储的所述旋转轴的绝对位置信息，Y表示所述旋转轴的圈数信息，Z表示所述旋转轴的相对位置信息，INT表示取整。
15.一种编码方法，其特征在于，包括：
断电后，控制器工作于第一模式，所述控制器控制霍尔传感器工作，所述控制器通过所述霍尔传感器采集旋转轴的圈数信息；
上电后，所述控制器工作于第二模式，所述控制器控制所述霍尔传感器不工作，以使主控制器通过单圈绝对值编码器采集所述旋转轴的相对位置信息并根据上次断电时存储的所述旋转轴的绝对位置信息、所述旋转轴的圈数信息和所述旋转轴的相对位置信息计算所述旋转轴的绝对位置信息。
16.一种编码方法，其特征在于，包括：
上电后，主控制器通过单圈绝对值编码器采集旋转轴的相对位置信息；
所述主控制器读取上次断电时非易失性存储器存储的所述旋转轴的绝对位置信息、断电后旋转轴的圈数信息以及所述单圈绝对值编码器采集的上电后所述旋转轴的相对位置信息；其中所述旋转轴的圈数信息由断电后工作于第一模式的控制器控制霍尔传感器工作，且由所述控制器从所述霍尔传感器采集；
所述主控制器根据上次断电时存储的所述旋转轴的绝对位置信息、所述旋转轴的圈数信息和所述旋转轴的相对位置信息计算所述旋转轴的绝对位置信息。
17.一种控制器，其特征在于，包括：
处理模块；以及
与所述处理模块通信连接的存储模块；其中，所述存储模块存储有可被所述处理模块执行的指令，所述指令被所述处理模块执行时，以使所述处理模块执行如权利要求15所述的编码方法的步骤。
18.一种控制器，其特征在于，包括：
处理模块；以及
与所述处理模块通信连接的存储模块；其中，所述存储模块存储有可被所述处理模块执行的指令，所述指令被所述处理模块执行时，以使所述处理模块执行如权利要求16所述的编码方法的步骤。
19.一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，该计算机可执行指令被处理模块执行时实现如权利要求15所述的编码方法的步骤。
20.一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，该计算机可执行指令被处理模块执行时实现如权利要求16所述的编码方法的步骤。
21.一种机器人，其特征在于，所述机器人上设置有根据权利要求1至7任意一项所述的多圈绝对值编码器。
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