[实用新型]一种工业以太网接口的编码器转换装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种编码器网络化装置，具体说涉及一种工业以太网接口的编码器转换装置。

背景技术

目前全球正处于新技术、新产业革新的活跃时期，美国将工业以太网作为实现先进制造的重要载体，德国将工业4.0作为强化国家优势的战略选择。结合当前制造业大发展的具体情况，我国也相继提出了智能工厂、智能装备、先进制造和中国制造2025的核心思路，如何运用以物联网、先进制造为代表的新一代信息科技重构传统制造业，突破数字化设计、优化排程、多元异构数据、实时集成等关键技术，已经成为产业革新的核心要义。其中如何将通用传感设备接入工业以太网，使之成为工业物联网设备，是实现基于工互联网+、工业4.0智能制造的关键。

光电编码器是一种集光、机、电于一体的数字化位置检测装置，具有精度高、体积小、稳定性好等优点，广泛应用于数控机床、高精度伺服系统、机器人控制等领域，同时可以作为位置、角度传感器应用于制造业中。按照工作原理不同编码器可分为增量式编码器和绝对式编码器。增量式编码器旋转时会输出一组周期性电压信号，使用内部脉冲计数装置来确定其具体位置和运动方向，而绝对式编码器旋转一周的过程中，每一个机械角度与一个唯一的绝对数据编码相对应。一般增量式编码器有正余弦脉冲和TTL脉冲两种接口类型；而绝对式编码器都有自己的专用通信协议，如Heidenhain公司EnDat2.2协议，Danaher公司的BiSS协议，SICK|STEGMANN公司的HIPERFACE协议等等。各厂家大多为其编码器接口协议设计了相应的接口芯片，用于将串行数据转换成并行数据，有利于控制器的读取操作，但是存在以下问题：

接口芯片兼容性差，只能对厂家自有的专用串行协议进行解码，无法兼容其他厂家型号编码器；

配套的解码芯片或板卡价格不菲，大约占编码器价格的四分之一，提高了产品成本。

要解决上述问题，必须将多种接口类型的编码器进行协议的统一，进而发挥工业以太网实时性高、延时低、高速大容量通信等优点，将通用的编码器接入工业以太网中，使普通的串行总线接口编码器变为工业以太网中设备，也即工业物联网设备。

发明内容

鉴于已有技术存在的不足，本实用新型的目的是要提供一种能够兼容多接口类型、将普通编码器顺利接入工业以太网的转换装置。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种工业以太网接口的编码器转换装置，至少包括FPGA模块、ARM模块、工业以太网物理层模块以及编码器接口模块，其特征在于：

所述编码器接口模块至少包括TTL增量式编码器接口、正余弦增量式编码器接口、绝对式编码器接口，用以实现FPGA与编码器的通信连接，并根据相应的串行编码器协议，传输相应编码器的输出信号；

所述FPGA模块至少包括与所述TTL增量式编码器接口连接的增量式TTL接口控制器、与所述正余弦增量式编码器接口连接的增量式正余弦接口控制器、与所述绝对式编码器接口连接的绝对式编码器接口控制器；所述FPGA模块经所述编码器接口模块与编码器进行通讯，对编码器发出的串行数据进行解码，同时将编码器位置信息转换为工业以太网报文，发送给工业以太网物理层模块；

所述ARM电路模块至少包括FSMC总线控制器，可以通过FSMC总线与FPGA电路模块进行通讯，实现对FPGA模块的控制和寄存器读取；

所述工业以太网物理层模块，至少包括专用以太网物理收发器，用以实现FPGA模块与工业以太网的连接。

进一步的，所述FPGA模块还包括工业以太网MAC层模块，所述工业以太网MAC层模块至少包括报文接收模块、物理层芯片控制和访问模块、报文分析与处理模块、CPU数据接口模块和报文发送模块。

进一步的，所述TTL增量式编码器接口至少包括TTL差分驱动电路，将编码器输出的TTL标准信号差分转换为单端脉冲信号，与FPGA芯片进行数据通信。

进一步的，所述TTL增量式编码器接口通过FPGA的IO引脚与FPGA的增量式TTL接口控制器的TTL脉冲计数模块连接，所述TTL脉冲计数模块用于对输入到FPGA的脉冲进行计数。

进一步的，所述正余弦增量式编码器接口至少包括前置放大器、AD转换器，对编码器输出信号进行前置放大、模数转换处理，经过通用串行总线与FPGA芯片进行数据通信。