一、介紹
?? 旋轉(zhuǎn)編碼器是一種機(jī)電裝置，可將軸或軸的角位置或運(yùn)動，轉(zhuǎn)換為模擬或數(shù)字代碼。旋轉(zhuǎn)編碼器通常放置在垂直于軸的一側(cè)。旋轉(zhuǎn)編碼器用作檢測自動化領(lǐng)域中的角度，速度，長度，位置和加速度的傳感器。
二、組件
Raspberry Pi主板*1
樹莓派電源*1
40P軟排線*1
旋轉(zhuǎn)編碼器傳感器模塊*1
面包板*1
跳線若干
三、實驗原理
?? 旋轉(zhuǎn)編碼器可通過旋轉(zhuǎn)，計數(shù)正方向和反方向轉(zhuǎn)動過程中，輸出脈沖的次數(shù)。旋轉(zhuǎn)計數(shù)不像電位計，這種轉(zhuǎn)動計數(shù)是沒有限制的。配合旋轉(zhuǎn)編碼器上的按鍵，可以復(fù)位到初始狀態(tài)，即從0開始計數(shù)。
??工作原理： 增量編碼器是一種將旋轉(zhuǎn)位移，轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小的旋轉(zhuǎn)式傳感器。
??在增量編碼器中角位移的轉(zhuǎn)換采用了光電掃描原理。讀數(shù)系統(tǒng)以，由交替的透光窗口和不透光窗口構(gòu)成的，徑向分度盤（碼盤）的旋轉(zhuǎn)，為依據(jù)，同時被一個紅外光源垂直照射。
??光把碼盤的圖像投射到接收器表面上，接收器覆蓋著一層衍射光柵，它具有和碼盤相同的窗口寬度。接收器的工作是感受光盤轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的變化，然后將光變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電變化。再使低電平信號上升到較高電平，并產(chǎn)生沒有任何干擾的方形脈沖，這就必須用電子電路來處理。
??讀數(shù)系統(tǒng)通常采用差分方式，即將兩個波形一樣但相位差為180°的不同信號進(jìn)行比較，以便提高輸出信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性。讀數(shù)是在兩個信號的差別基礎(chǔ)上形成的，從而消除了干擾。
??增量編碼器給出兩相方波，它們的相位差90°，通常稱為A通道和B通道。其中一個通道給出與轉(zhuǎn)速相關(guān)的信息，與此同時，通過兩個通道信號進(jìn)行順序?qū)Ρ?，得到旋轉(zhuǎn)方向的信息。還有一個特殊信號稱為Z或零通道，該通道給出編碼器的絕對零位（恢復(fù)按鈕），此信號是一個方波與A通道方波的中心線重合。
??增量型編碼器精度取決于機(jī)械和電氣兩種因素，這些因素有：光柵分度誤差、光盤偏心、軸承偏心、電子讀數(shù)裝置引入的誤差以及光學(xué)部分的不精確性。確定編碼器精度的測量單位是電氣上的度數(shù)，編碼器精度決定了編碼器產(chǎn)生的脈沖分度。以下用360°電氣度數(shù)來表示機(jī)械軸的轉(zhuǎn)動，而軸的轉(zhuǎn)動必須是一個完整的周期。要知道多少機(jī)械角度相當(dāng)于電氣上的360度，可以用下列公式來計算： 電氣360 =機(jī)械360°/n°脈沖/轉(zhuǎn)。
??編碼器分度誤差是以電氣角度為單位的，兩個連續(xù)脈沖波的最大偏移來表示。誤差存在于任何編碼器中，這是由前述各因素引起的。增量型編碼器的最大誤差為±25電氣角度（在已聲明的任何條件下），相當(dāng)于額定值偏移±7%，至于相位差90°（電氣上）的兩個通道的最大偏差為±35電氣度數(shù)相當(dāng)于額定值偏移±10%左右。
??除了上述傳統(tǒng)的編碼器外，還有一些是與其它的電氣輸出信號集成在一起的增量型編碼器。與UVW信號集成的增量型編碼器就是實例，它通常應(yīng)用于交流伺服電機(jī)的反饋。這些磁極信號一般出現(xiàn)在交流伺服電機(jī)中，UVW信號一般是通過模擬磁性原件的功能而設(shè)計的。在增量型編碼器中，這些UVW信號是用光學(xué)方法產(chǎn)生，并以三個方波的形式出現(xiàn)，它們彼此偏移120°。為了便于電機(jī)啟動，控制電動機(jī)用的啟動器需要這些正確的信號。這些UVW磁極脈沖可在機(jī)械軸旋轉(zhuǎn)中重復(fù)許多次，因為它們直接取決于所連接的電機(jī)磁極數(shù)，并且用于4、6或更多極電機(jī)的UVW信號。
??本次實驗中，順時針旋轉(zhuǎn)時，打印的值變大；逆時針旋轉(zhuǎn)，數(shù)值減??；按下旋轉(zhuǎn)按鈕時，復(fù)位到初始狀態(tài)，即從0開始計數(shù)。
四、實驗步驟
??第1步：連接電路。
| 樹莓派 | T型轉(zhuǎn)接板 (BCM) | 旋轉(zhuǎn)編碼器模塊 |
|---|---|---|
| GPIO0 | G17 | CLK |
| GPIO1 | G18 | DT |
| GPIO2 | G27 | SW |
| 5V | 5V | VCC |
| GND | GND | GND |
??第2步：編寫控制程序。順時針旋轉(zhuǎn)時，打印的值變大；逆時針旋轉(zhuǎn)，數(shù)值減??；按下旋轉(zhuǎn)按鈕時，復(fù)位到初始狀態(tài)，即從0開始計數(shù)。
#!/usr/bin/env python
import RPi.GPIO as GPIO
import time
RoAPin = 11 # CLK Pin
RoBPin = 12 # DT Pin
BtnPin = 13 # Button Pin
globalCounter = 0
flag = 0
Last_RoB_Status = 0
Current_RoB_Status = 0
def setup():
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # Numbers GPIOs by physical location
GPIO.setup(RoAPin, GPIO.IN) # input mode
GPIO.setup(RoBPin, GPIO.IN)
GPIO.setup(BtnPin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
def rotaryDeal():
global flag
global Last_RoB_Status
global Current_RoB_Status
global globalCounter
Last_RoB_Status = GPIO.input(RoBPin)
while(not GPIO.input(RoAPin)): #未旋轉(zhuǎn)時，GPIO.input(RoAPin)值為1，旋轉(zhuǎn)時會變?yōu)?
Current_RoB_Status = GPIO.input(RoBPin) #旋轉(zhuǎn)時的當(dāng)前值
flag = 1
if flag == 1:
flag = 0
if (Last_RoB_Status == 1) and (Current_RoB_Status == 0):
globalCounter = globalCounter + 1 #順時針旋轉(zhuǎn)，角位移增大
if (Last_RoB_Status == 0) and (Current_RoB_Status == 1):
globalCounter = globalCounter - 1 #逆時針旋轉(zhuǎn)，數(shù)值減小
def btnISR(channel):
global globalCounter
globalCounter = 0
def loop():
global globalCounter
tmp = 0 # Rotary Temperary
GPIO.add_event_detect(BtnPin, GPIO.FALLING, callback=btnISR)
#當(dāng)按下按鈕時，調(diào)用回調(diào)函數(shù)btnISR
while True:
rotaryDeal()
if tmp != globalCounter:
print 'globalCounter = %d' % globalCounter
tmp = globalCounter
def destroy():
GPIO.cleanup() # Release resource
if __name__ == '__main__': # Program start from here
setup()
try:
loop()
except KeyboardInterrupt: # When 'Ctrl+C' is pressed, the child program destroy() will be executed.
destroy()
??
