基于CW32的有刷直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)二：編碼器模式

1.1編碼器概述

編碼器是一種將角位移或者角速度轉(zhuǎn)換成一連串電數(shù)字脈沖的旋轉(zhuǎn)式傳感器，我們可以通過(guò)編碼器測(cè)量到底位或者速度信息。編碼器從輸出數(shù)據(jù)類型上分，可以分為增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器。從編碼器檢測(cè)原理上來(lái)分，還可以分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式、電容式。我們做小車應(yīng)用的編碼器都屬于增量式AB相編碼器。

1.2正交AB相編碼器原理

• 霍爾編碼器是一種通過(guò)磁電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。由霍爾碼盤(pán)和霍爾元件組成。
• 霍爾碼盤(pán)是在一定直徑的圓板上等分地布置有不同的磁極。
• 碼盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾元件檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，為判斷轉(zhuǎn)向，一般輸出兩組 存在一定相位差的方波信號(hào)。

1.3軟件四倍頻

CW32自帶編碼器接口，可以直接使用定時(shí)器通道進(jìn)行硬件計(jì)數(shù)。因?yàn)榫幋a器輸出的是標(biāo)準(zhǔn)的方波序列，各種單片機(jī)都能很方便的讀取。

而沒(méi)有編碼器接口的單片機(jī)如 51 、 Arduino，可以通過(guò)外部中斷讀取，將編碼器 A 相接到單片機(jī)的外部中斷輸入口，通過(guò)跳變沿觸發(fā)中斷，然后在對(duì)應(yīng)的外部中斷服務(wù)函數(shù)中，通過(guò) B 相的電平高低判斷 旋轉(zhuǎn)方向。

四倍頻的方法是同時(shí)測(cè)量A相和B相的上升沿和下降沿全部計(jì)數(shù)。大幅度提高了采樣的精度。

1.4編碼器測(cè)速思路

1.4.1 M法

M 法是指在一定的時(shí)間周期 Tc 內(nèi)，測(cè)量編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù) M1來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速。用個(gè)數(shù)除以時(shí)間就可以得到編碼器輸出脈沖的頻率，因此 M 法也稱為頻率法，f1=M1/Tc。我們可以使用 CW32 的定時(shí)器定時(shí) 10ms 的中斷，每過(guò) 10ms 就將編碼器的計(jì)數(shù)值取出計(jì)算轉(zhuǎn)速。

由于編碼器轉(zhuǎn)一圈只能輸出固定個(gè)數(shù)的脈沖，因此 M 法的最大誤差也為 1 個(gè)脈沖，經(jīng)過(guò)程序計(jì)算后會(huì)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速會(huì)以固定大小變化，這種方法適合高速場(chǎng)景下的測(cè)量，對(duì)于低速的情況，M 法存在較大的誤差。

1.4.2 T法

T 法是測(cè)量編碼器兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速，也被稱為周期法。實(shí)際使用中通過(guò)一個(gè)高頻時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù) M2 來(lái)計(jì)算編碼器兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔。

在低速下，T 法可以在兩個(gè)編碼器脈沖輸出之間采到更多的高頻時(shí)鐘脈沖，而在高速下采到的脈沖更少，所以 T 法更適用于低速的場(chǎng)景。

1.5編碼電機(jī)接線說(shuō)明

如下圖所示，常見(jiàn)的直流編碼電機(jī)雖然形狀不同，但是基本都是提供6PIN的接 口。而直流電機(jī)本身是只用接兩根線的。圖示電機(jī)插口最外側(cè)兩根線1/6號(hào)線，其實(shí)是跟電機(jī)引腳焊在一起的如圖示的紅白線。電機(jī)線 M1 M2 有的廠家標(biāo)的是 M+ M- 但是其實(shí)沒(méi)有絕對(duì)的正負(fù)關(guān)系。而中間的四根引線都是編碼測(cè)速電路的接線，跟直流電機(jī)本身沒(méi)關(guān)系，分別是VCC、A、B、GND

審核編輯 黃宇