1│前言
    目前，絕對式光柵編碼器廣泛應用于工業(yè)機器人領域。在市場需求的推動下，隨著國內(nèi)機器人控制技術的提高，工業(yè)機器人朝著高精度、高速度、高動態(tài)響應、多自由度方向和智能化發(fā)展。控制系統(tǒng)將更加依賴對整個運動系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控，需要多個光柵編碼器來監(jiān)測電機系統(tǒng)的運動數(shù)據(jù)。以往伺服系統(tǒng)與光柵編碼器普遍采用的點對點通信，由于布線繁多、數(shù)據(jù)同步性差，逐漸成為機器人結構減重、控制優(yōu)化的繞不開的問題。

    我司某客戶在設計機器人驅動控制系統(tǒng)時，受限于以下問題，只能允許一組光柵編碼器接口：

1、主控系統(tǒng)采用單控制器控制兩個獨立伺服電機，要求兩個運動系統(tǒng)嚴格同步；

2、機器人內(nèi)部布線空間十分有限，這種情況下仍需兼顧降低結構慣量、控制總體成本、提高抗干擾能力和方便安裝維護等多個需求；

3、過長的走線增加線延時，不利于對機器人運動的控制。針對以上問題，我司向客戶提供了BiSS-C絕對式光柵編碼器級聯(lián)解決方案，采用單一光柵編碼器接口，對兩個伺服系統(tǒng)光柵編碼器數(shù)據(jù)高速同步讀取，且布線簡單方便，不增加線延時，成功解決了客戶的難題，幫助客戶走向成功。

2│BiSS-C絕對式級聯(lián)光柵編碼器組網(wǎng)方式

    圖1是BiSS-C絕對式級聯(lián)光柵編碼器，采用級聯(lián)方式進行組網(wǎng)，稱為Multi-slaveNetworking。Master（后續(xù)電子設備，主控模塊）在一個周期可以內(nèi)完成與多個Slave（光柵編碼器）之間的通信。所有的設備按照菊花鏈首尾連接，每個Slave有兩個端口，分別用于接收前端信號和向后端發(fā)送信號。這是一種類似流水線的工作方式，每個Slave接收上一個Slave的數(shù)據(jù)放在自己的發(fā)送隊列隊尾，同時將自身的數(shù)據(jù)優(yōu)先發(fā)出。整個通信由Master發(fā)出的時鐘信號進行同步。Master通過MO信號將Actuator數(shù)據(jù)串行地移入到每個Slave，同時通過SL信號依次接收每個Slave的數(shù)據(jù)。

    圖2描繪了Multi-slaveNetworking組網(wǎng)的BiSS通信幀，對于每一個Slave而言，不但要發(fā)送自己的數(shù)據(jù)，而且要接收并轉發(fā)前一個Slave發(fā)過來的數(shù)據(jù)。以Slave3為例，在收到第二個MA上升沿后，其輸出SLO3拉低，響應MA，此位應答（ACK）階段；經(jīng)過時間T（光柵編碼器數(shù)據(jù)準備時間），SLO3拉高，表示輸出數(shù)據(jù)（Start）；一個MA周期后開始發(fā)送數(shù)據(jù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中，接收MA輸出的數(shù)據(jù)（MAO）。SLO3先發(fā)自身采樣到的數(shù)據(jù)，然后轉發(fā)收到的MAO值，直到MA不再輸出時鐘。

3│BiSS-C光柵編碼器2級級聯(lián)結構
    客戶提出是應用場景是在不改變原來驅動控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)和架構前提下，新增一個或多個光柵編碼器對系統(tǒng)參數(shù)進行采集。針對客戶的需求，我司提出了兩個光柵編碼器級聯(lián)架構的解決方案。具體結構如圖3所示。

    圖3中Master是驅動控制系統(tǒng)，為光柵編碼器1提供電源（VCC，BAT）、控制時鐘（MA）及接收光柵編碼器1的數(shù)據(jù)（SLO），與點對點組網(wǎng)方式下接口完全一致。光柵編碼器1為光柵編碼器2提供電源（VCC，BAT）、控制時鐘（MA）及接收光柵編碼器2的數(shù)據(jù)（SLO），可以認為光柵編碼器2為光柵編碼器1的slave。從上述分析可以看出，除了最高一級的光柵編碼器，其他光柵編碼器不與master相連，且若新增一個光柵編碼器級聯(lián)，只需將其連接在最后一級光柵編碼器的輸出端，完全不改變其他光柵編碼器的走線與連接，這就極大的方便了整個驅動系統(tǒng)的布局與走線。

4│通信過程

    圖4展示了BiSS-C級聯(lián)光柵編碼器的通信過程。Master為伺服驅動控制器，芯片為ActelIGLOO系列AGL600V5，256管腳。光柵編碼器1為一33位多圈絕對式光柵編碼器，光柵編碼器2為17為單圈絕對式光柵編碼器。Master每隔1ms讀取一次數(shù)據(jù)。示波器抓取的光柵編碼器靜態(tài)數(shù)據(jù)如圖4所示。黃色線為Master發(fā)出的控、制時鐘（MA），藍色線為光柵編碼器1數(shù)據(jù)輸出端口輸出時序（SLO1），紅色線為光柵編器2數(shù)據(jù)輸出端口輸出時序(SLO2)。從圖4可以看出，在驅動器發(fā)出控制時鐘后，光柵編碼器1首先輸出自身數(shù)據(jù)（33位數(shù)據(jù)，到a光標傳輸完成），接著傳輸接收到的光柵編碼器2數(shù)據(jù)（17位，到b光標處傳輸完成），數(shù)據(jù)傳輸完成后一直拉低直到MA時鐘取消。

5│結束語
    BiSS-C協(xié)議通信速度快，通信效率高，支持線路時分復用，可全雙工通訊，延時小且固定，極大簡化了線延時補償算法。BiSS-C采用多種CRC校驗機制確保數(shù)據(jù)可靠，傳感器數(shù)據(jù)與寄存器數(shù)據(jù)分開進行校驗，使得BiSS-C傳輸更可靠，多達16位CRC足以應付絕大多數(shù)場合。BiSS-C協(xié)議多種組網(wǎng)方式極大豐富了其應用領域，其BUS級聯(lián)組網(wǎng)方式因以下優(yōu)勢得以在工業(yè)機器人領域廣泛被應用：

1、減少了主控系統(tǒng)接口數(shù)量；

2、降低了主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)解析復雜度；

3、簡單方便的組網(wǎng)方式降低布線難度，優(yōu)化結構；

4、固定的線延時方便了控制器補償設計。

    由于上述優(yōu)勢BiSS-C絕對式級聯(lián)光柵編碼器級聯(lián)解決方案在工業(yè)機器人領域的應用會越來越廣泛。