常用編碼器協(xié)議
SSI通信協(xié)議
SSI通訊協(xié)議為縮寫，其全稱為同步串行接口( Synchronous Serial interface )。 SSI通訊的幀格式如圖1所示，數(shù)據(jù)傳輸采用同步方式，在空閑階段不發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候時(shí)鐘和數(shù)據(jù)都保持高電位，在第一個(gè)脈沖的下降沿觸發(fā)編碼器載入發(fā)送數(shù)據(jù)，然后每一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿編碼器送出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的高位在前，低位在后，當(dāng)傳送完所有的位數(shù)以后時(shí)鐘回到高電平，數(shù)據(jù)也對(duì)
應(yīng)回到高電平.
T為時(shí)鐘的脈沖頻率，介為數(shù)據(jù)傳輸間隔. Tm為單穩(wěn)觸發(fā)時(shí)間.N為為傳輸位數(shù).傳輸?shù)奈粩?shù)可以是任意的，但實(shí)際使用中單圈編碼器采用13位，多圈采用25位.對(duì)于從方編碼器而言是無(wú)法事先知道主方發(fā)送的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)的，因而無(wú)法確定幀的起始位和停止位.解決問題的方法是采用高電位保持一段的時(shí)間內(nèi)沒有變化作為幀結(jié)束標(biāo)志.Tm單穩(wěn)時(shí)間就是指這個(gè)時(shí)間.在實(shí)際應(yīng)用中可以采用一個(gè)單穩(wěn)(軟件或者硬件)，把時(shí)鐘輸人作為單穩(wěn)的輸入，通過單穩(wěn)輸出控制SSI的數(shù)據(jù)輸出狀態(tài):單穩(wěn)一旦置位，SSI的輸出狀態(tài)就要回到初始狀態(tài)，準(zhǔn)備開始下一個(gè)數(shù)據(jù)的循環(huán)過程。
BISS通信協(xié)議
BiSS通信協(xié)議是一種全雙工同步串行總線通信協(xié)議，專門為滿足實(shí)時(shí)、雙向、高速的傳感器通信而設(shè)計(jì)，在硬件上兼容工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SSI(同步串行接口協(xié)議)總線協(xié)議。其典型應(yīng)用是在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)器與編碼器通信。BiSS由德國(guó)IC-HAUS公司開發(fā)，現(xiàn)已成為傳感器通信協(xié)議的國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)。BiSS通信協(xié)議目前的版本是BISS-C。
關(guān)鍵技術(shù)特征：
1、二線串行同步數(shù)據(jù)總線，采用RS422接口，波特率達(dá)到10Mbit/s；采用LVDS接口， 波特率>10Mbit/s，這反映了BiSS有高的響應(yīng)速度;
2、通信效率高，每10uS傳輸超過64個(gè)比特，有效負(fù)載率大于80%。這反映出BiSS能承載高分辨率編碼器數(shù)據(jù);
3、線路時(shí)分復(fù)用，包括每個(gè)通信周期傳輸一幀的數(shù)據(jù)通信信道和傳輸一個(gè)幀位的寄存器通信信道。其中，寄存器通信和數(shù)據(jù)通信完全獨(dú)立，互不干涉。對(duì)于不需要寄存器通信的應(yīng)用場(chǎng)合，可以使用BiSS-C Unidirectional版本。這個(gè)版本的協(xié)議沒有寄存器通信。這反映了采用BiSS的控制系統(tǒng)有更好的穩(wěn)定性和便利性。
4、多種安全機(jī)制確保數(shù)據(jù)可靠，BiSS的延遲補(bǔ)償技術(shù)能補(bǔ)償傳輸線帶來的信號(hào)延遲，采用兩組CRC生成多項(xiàng)式分別對(duì)傳感器數(shù)據(jù)與寄存器數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。BiSS協(xié)議幀還包括一位報(bào)警位和一位錯(cuò)誤位，CRC生成多項(xiàng)式可自定義。這反映了BiSS傳輸可靠，采用BiSS的控制系統(tǒng)可靠。
5、數(shù)據(jù)同步，BiSS利用時(shí)鐘信號(hào)同步傳感器數(shù)據(jù)，傳感器在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)進(jìn)行數(shù) 據(jù)更新，每一幀到達(dá)后續(xù)電子設(shè)備的數(shù)據(jù)其傳輸延遲都是相同的，方便后續(xù)電子設(shè)備進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償，特別適合電機(jī)控制等對(duì)時(shí)間位置關(guān)系要求苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合。這反映BiSS對(duì)于編碼器精度的影響很小，有助于提高控制系統(tǒng)的高速特性。
6、組網(wǎng)能力，通過BiSS可以構(gòu)成單總線傳感器環(huán)網(wǎng)，一個(gè)通信周期采集全部傳感數(shù)據(jù)，并且信號(hào)采集是同步的。這反映BiSS的擴(kuò)展性和前瞻性。
7、即插即用，BiSS支持從寄存器讀出編碼器參數(shù)，來配置數(shù)據(jù)通信。凡是支持BiSS標(biāo)準(zhǔn)EDS和Profile的編碼器和控制系統(tǒng)都可以直接通信，無(wú)需修改任何程序。
組網(wǎng)方式：
圖中是BiSS的基本組網(wǎng)方式，叫point-to-point方式。后續(xù)電子設(shè)備(圖中為PLC)通過差分信號(hào)向傳感器提供時(shí)鐘，傳感器同步地通過差分信號(hào)向后續(xù)電子設(shè)備發(fā)出傳感數(shù)據(jù)。在BiSS協(xié)議中后續(xù)電子設(shè)備被稱為Master，傳感器被稱為Slave。在point-to-point方式下，Master可以接收Slave的數(shù)據(jù)，同時(shí)與Slave進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信。
幀結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通信：
描繪了point-to-point組網(wǎng)時(shí)的BiSS通信幀。MA由Master發(fā)出用于驅(qū)動(dòng)通信，SL是Slave發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)。完成1個(gè)BiSS通信幀表示Master收到1幀數(shù)據(jù)。
EnDat協(xié)議
EnDat接口是HEIDENHAIN專為編碼器設(shè)計(jì)的數(shù)字式、全雙工同步串行的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，它不僅能為增量式和絕對(duì)式編碼器傳輸位置值，同時(shí)也夠傳輸或更新存儲(chǔ)在編碼器中的信息，或保存新的信息。由于使用了串行傳輸方式，所以只需四條信號(hào)線，在后續(xù)電了設(shè)備的時(shí)鐘激勵(lì)下，數(shù)據(jù)信息被同步傳輸。數(shù)據(jù)類型(位置值、參數(shù)、診斷信息等)由后續(xù)電子設(shè)備發(fā)送給編碼器的模式指令選擇決定。
特點(diǎn)：
1. 傳輸位置值與附加信息可同時(shí)傳輸；附加信息的類型可通過存儲(chǔ)地址選擇碼選擇。
2. 編碼器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域包括編碼器制造商參數(shù)、OEM廠商參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)，便于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)參數(shù)配置。
3. EnDat2.2編碼器實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字傳輸，增量信號(hào)的處理在編碼器內(nèi)部完成(內(nèi)置14Bit細(xì)分)，提高了信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量和可靠性，可實(shí)現(xiàn)更高的分辨率。
4. 監(jiān)控和診斷功能，報(bào)警條件包括:光源失效、信號(hào)幅值不足、位置計(jì)算錯(cuò)誤、運(yùn)行電壓太低或太高、電流消耗太大等;當(dāng)編碼器的一些極限值被接近或超過時(shí)提供警告信號(hào)。
5. 更寬的電壓范圍(3.6-14V)和傳輸速率(16M）
EnDat接口編碼器數(shù)據(jù)采集原理圖
數(shù)據(jù)傳輸格式
在每一幀同步數(shù)據(jù)傳輸時(shí)一個(gè)數(shù)據(jù)包被發(fā)送，傳輸循環(huán)從時(shí)鐘的第一個(gè)下降沿開始測(cè)量值被保存，計(jì)算位置值。在兩個(gè)時(shí)鐘脈沖(2T)后，后續(xù)電子設(shè)備發(fā)送模式指令“編碼器傳輸位置值”(帶或不帶附加信息)。
在計(jì)算出了絕對(duì)位置值后，從起始位開始編碼器向后續(xù)電子設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)，后續(xù)的錯(cuò)誤位F1和F2(只存在于EnDat2.2指令中)是為所有的監(jiān)控功能和故障監(jiān)控服務(wù)的群組信號(hào)，他們的生成相互獨(dú)立，用來表示可能導(dǎo)致不正確位置信息的編碼器故障導(dǎo)致故障的確切原因保存在“運(yùn)行狀態(tài)”存儲(chǔ)區(qū)，可以被后續(xù)電了設(shè)備查詢。
從最低位開始，絕對(duì)位置值被傳輸，數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度由使用的編碼器類型決定。傳輸位置值所需的時(shí)鐘脈沖數(shù)保存在編碼器制造商的參數(shù)中。位置值數(shù)據(jù)的傳輸以循環(huán)冗余檢測(cè)碼結(jié)束。
HIPERFACE是高性能接口（High Performance Interface）的縮寫，是SICK-STEGMANN電機(jī)反饋系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口。該接口專為數(shù)字驅(qū)動(dòng)控制而研發(fā)，為用戶提供標(biāo)準(zhǔn)化的簡(jiǎn)化型機(jī)械和電氣接口。
