电机番外篇-电机编码器

 一、什么是编码器

编码器实则也是一个传感器，它负责把直线位移，角位移等模拟信号转换为数字信号如常见的二进制、格雷码BCD等。

二、编码器的种类

 主要按工作原理分：增量式编码器和绝对式编码器。

增量式编码器：每转过单位的角度就发出一个脉冲信号，通常为A相、B相、Z相输出。根据A、B相位差来判断电机正反转，若A波形比B波形快90°，电机正转；若A波形比B波形慢90°，则电机反转；而且通过取A相、B相的上升和下降沿可以进行2（只计算一个波形）或4倍频（计算两个波形）。

常见的增量式编码器：光学式增量编码器（简称：光电编码器）、磁性增量式编码器（霍尔编码器）、机械式编码器。重点来讲讲霍尔编码器、光电编码器。

1、霍尔编码器

 霍尔编码器由磁环（也就是图左上方的小圆环构成，里面是由多个磁铁构成）和两个霍尔器件构成（如左下图所示）。

当磁盘在转动时，通过不断的交换磁铁的N极和S极与霍尔传感器进行信号交换（霍尔传感器可以通过磁铁的N极、S极产生高低电平信号）。

1. 当A相比B相快90°，也就是磁盘先经过A相，再经过B相，磁盘顺时针转动。进而判断电机也是顺时针转动。
2. 当A相比B相 慢90°，也就是先经过B相，再经过A相，磁盘逆时针转动。

 

霍尔编码器常用的测速方法————倍频测速法。 

1. 如果只计数通道A的上升沿，那就是1倍频。
2. 如果计数通道A的上升沿和下降沿，那就是2倍频
3. 如果计数通道A、B的上升沿和下降沿计数，那就是4倍频。

如果是用减速电机的话 注意电机的减速比（也就是内部的马达高速转动，电机才转动一圈）。

2、光电编码器

光电编码器又分光电增量式和光电绝对式，先来说光电增量式。

发射器发射光线，接收器接收光线，打孔码盘跟着电机一起转，当打孔码盘的孔里有光线穿过时，输出电平就会改变，这样就会产生方波，测量方波就会得到电机转速。

 

码盘转动一周时，光传感器输出的脉冲个数是固定的。通过 检测一定时间内收到的脉冲个数，就可以知道在这段时间内码盘转动了多少圈，进而换算为速度。例如，一个码盘转动一周时会输出 100 个脉冲，在 0.1s 内我们收到了 500 个脉冲，这意味着 0.1s 内码盘转动了 5 周，即码盘的转速为：

 二、绝对式编码器

绝对式编码器：一种能够测量精确位置的传感器，它可以将旋转或直线运动直接转换成数字信号，并能够提供绝对位置信息。绝对式编码器就像一个"测量师",能够精确测量物体的位置和运动情况。

常见的编码器：光电绝对式编码器。

 绝对式编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线编排，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。

 如上图是一个4位的绝对式编码器示意图，整圈分成2^4 份，在半径方向上，每一个扇区又被分成了4份。
LED发射光束，经过棱镜，使光束可以照射一个扇区，在码盘另外一侧有一个探测芯片，探测芯片有4个感应区，每个感应区，可以获取同一个扇区每一份的状态。

黑色区域，表示光线不能穿透，白色区域，表示光线穿透。但探测芯片接收到光线时，为逻辑1信号，接收不到光线时，为逻辑0信号。如下图，从左到右可以分别表示0001, 0101, 1100。

每一个扇区都有一个唯一的逻辑代码进行标识。