代码收藏家技术教程 2023-07-26

编码器测速原理及实现方法详解

一、测速原理

通常情况下编码器旋转一周会输出固定的脉冲数，即编码器的分辨率，通过测量固定时间T内编码器输出的脉冲数即可求得电机的转速。
假设编码器的分辨率为P，T时间内测得脉冲数m个，则单倍频（编码器转动一圈输出的脉冲数与分辨率相同）情况下电机转速为：

（其中m/p为编码器转过的圈数，再除以时间即为转速）
编码器AB相输出两列相位差为90°的方波，当A相超前于B相90°时为正转，相反，B相超前于A相90°时为反转

为了提高采样精度，利用软件实现四倍频，即将编码器的分辨率提高4倍。原理图如上，一个小周期内AB两相分别各有一个上升沿和下降沿，只需要在AB两相的每个上升沿、下降沿进行采集，这样就实现了四倍频技术，即如果编码器分辨率为p，则现在编码器转动一圈就可以采集到4p个脉冲

二、CubeMX配置编码器模式

stm32的部分定时器有编码器模式，可以直接利用该功能采集编码器脉冲数

先配置串口，方便后期打印采集的数据

我这里采用定时器4做测速，选择编码器模式，Encoder Mode选择Encoder Mode T1 and T2，这个模式下将在AB相的上升沿和下降沿进行脉冲技术，即四倍频

配置一定时器用于定时读取和清空脉冲数，此处设置每500ms读取一次

打开定时器全局中断

配置时钟

打开创建好的工程，在主函数中启动编码器脉冲采集和定时器中断

重定向

定时器中断服务函数中读取采集到的脉冲数，TIM2的计数值为0-65535，采用short int类型对其强制类型转换，若TIM2计数器值为0 ~ 32767，则强制转化后的值仍为0 ~ 32767，电机正转；
若TIM2计数器值为32768 ~ 65535，则强制转化后的值仍为-32768 ~ -1，电机反转;使用一阶滤波减小误差，每次采集的脉冲数保存至new_capturenumber，编码器转动一圈输出4096个脉冲，则new_capturenumber/4096为编码器转动的圈数，最后除以采集时间500ms就得到了电机转速（r/s）

三、利用外部中断采集脉冲

有些单片机没有编码器功能，如esp32，我们可以利用外部中断对编码器输出脉冲进行计数

设置PE11 PE14的外部中断，上升沿、下降沿均触发

打开全局中断

配置一定时器每500ms读取一次脉冲值

打开定时器全局中断

编码器正反转时，脉冲波形如上图所示，我们可以先定义pulse_num来对脉冲进行计数
当A相下降沿时，若B相为低电平则为反转，pulse_num减一，若B相为高电平则为正转，pulse_num加一
当A相上升沿时，若B相为低电平则为正转，pulse_num加一，若B相为高电平则为反转，pulse_num减一
当B相下降沿时，若A相为低电平则为正转，pulse_num加一，若A相为高电平则为反转，pulse_num减一
当B相上升沿时，若A相为低电平则为反转，pulse_num减一，若A相为高电平则为正转，pulse_num加一
即：

/* USER CODE BEGIN 2 */
int pulse_num=0;
/* USER CODE BEGIN 2 */
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin){
//PE11 - A相发生中断
 if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_11){
  //A相下降沿
  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,A_phase_Pin)==0)
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,B_phase_Pin)==0)
      pulse_num--;
    else
      pulse_num++;
  }
  //A相上升沿
  else
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,B_phase_Pin)==0)
      pulse_num++;
    else
      pulse_num--;
  }
}


//PE14 - B相发生中断
else if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_14){
  //B相下降沿
  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,B_phase_Pin)==0)
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,A_phase_Pin)==0)
      pulse_num++;
    else
      pulse_num--;
  }
  //B相上升沿
  else
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,A_phase_Pin)==0)
      pulse_num--;
    else
      pulse_num++;
  }
		
}
}

最后在定时器中断函数中对采集到的脉冲个数处理，注意需要手动清空pulse_num