光电编码器
光电编码器原理
光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器每转输出600个脉冲，五线制。其中两根为电源线，三根为脉冲线(A相、B相、Z)。电源的工作电压为（+5～+24V）直流电源。光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判定旋转方向，码盘还可提供相位相差90o的两路脉冲信号。
工作原理:当光电编码器的轴转动时A、B两根线都产生脉冲输出,A、B两相脉冲相差90度相位角，由此可测出光电编码器转动方向与电机转速。假如A相脉冲比B相脉冲超前则光电编码器为正转,否则为反转.Z线为零脉冲线,光电编码器每转一圈产生一个脉冲.主要用作计数。A线用来丈量脉冲个数,B线与A线配合可丈量出转动方向.
设N为电机转速
Δn=ND测-ND理
例如:我们车的速度为1.5m/s,轮子的直径220mm，C=D*Pi，电机控制在21.7转/秒,根据伺服系统的指标,设电机转速为1500转/分,故可求得当ND=21.7*60=130转/分时，光码盘每秒钟输出的脉冲数为：
PD=130×600/60=1300个脉冲
当测出的脉冲个数与计算出的标准值有偏差时,可根据电压与脉冲个数的对应关系计算出输出给伺服系统的增量电压△U，经过D/A转换，再计算出增量脉冲个数，等下减往
摘要：位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作用是检测位移量，并发出反馈信号。在现代数控伺服系统中广泛应用于角位移或角速率的测量。目前生产和使用的数控机床大多采用的是半闭环控制方式。
关键词：光电编码器；角位移；脉冲；传感器
光电编码器是一种旋转式位置传感器，在现代伺服系统中广泛应用于角位移或角速率的测量，它的转轴通常与被测旋转轴连接，随被测轴一起转动。它能将被测
轴的角位移转换成二进制编码或一串脉冲。
光电编码器分为绝对式和增量式两种类型。增量式光电编码器具有结构简单、体积小、价格低、精度高、响应速度快、性能稳定等优点，应用更为广泛。在高分辨率和大量程角速率／位移测量系统中，增量式光电编码器更具优越性。绝对式编码器能直接给出对应于每个转角的数字信息，便于计算机处理，但当进给数大于一转时，须作特别处理，而且必须用减速齿轮将两个以上的编码器连接起来，组成多级检测装置，使其结构复杂、成本高。
1增量式编码器
1.1增量式光电编码器的结构
增量式编码器是指随转轴旋转的码盘给出一系列脉冲，然后根据旋转方向用计数器对这些脉冲进行加减计数，以此来表示转过的角位移量。增量式光电编码器结构示意图如图1所示。
图1增量式光电码盘结构示意图
光电码盘与转轴连在一起。码盘可用玻璃材料制成，表面镀上一层不透光的金属铬，然后在边缘制成向心的透光狭缝。透光狭缝在码盘圆周上等分，数量从几百条到几千条不等。这样，整个码盘圆周上就被等分成n个透光的槽。增量式光电码盘也可用不锈钢薄板制成，然后在圆周边缘切割出均匀分布的透光槽。
1.2增量式编码器的工作原理
增量式编码器的工作原理如图2所示。它由主码盘、鉴向盘、光学系统和光电变换器组成。在图形的主码盘（光电盘）周边上刻有节距相等的辐射状窄缝，形成均匀分布的透明区和不透明区。鉴向盘与主码盘平行，并刻有a、b两组透明检测窄缝，它们彼此错开1/4节距，以使A、B两个光电变换器的输出信号在相位上相差90°。工作时，鉴向盘静止不动，主码盘与转轴一起转动，光源发出的光投射到主码盘与鉴向盘上。当主码盘上的不透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时，光线被全部遮住，光电变换器输出电压为最小；当主码盘上的透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时，光线全部通过，光电变换器输出电压为最大。主码盘每转过一个刻线周期，光电变换器将输出一个近似的正弦波电压，且光电变换器A、B的输出电压相位差为90°。
图2增量式编码器工作原理图3光电编码器的输出波形
光电编码器的光源最常用的是自身有聚光效果的发光二极管。当光电码盘随工作轴一起转动时，光线透过光电码盘和光栏板狭缝，形成忽明忽暗的光信号。光敏元件把此光信号转换成电脉冲信号，通过信号处理电路后，向数控系统输出脉冲信号，也可由数码管直接显示位移量。
光电编码器的测量准确度与码盘圆周上的狭缝条纹数n有关，能分辨的角度α为：
α=360°/n（1）
分辨率=1/n（2）
例如：码盘边缘的透光槽数为1024个，则能分辨的最小角度α=360°/1 024=0.352°。
为了判断码盘旋转的方向，必须在光栏板上设置两个狭缝，其距离是码盘上的两个狭缝距离的（m+1/4）倍，m为正整数，并设置了两组对应的光敏元件，如图1中的A、B光敏元件，有时也称为cos、sin元件。当检测对象旋转时，同轴或关联安装的光电编码器便会输出A、B两路相位相差90°的数字脉冲信号。光电编码器的输出波形如图3所示。为了得到码盘转动的绝对位置，还须设置一个基准点，如图1中的“零位标志槽”。码盘每转一圈，零位标志槽对应的光敏元件产生一个脉冲，称为“一转脉冲”，见图3中的C0脉冲。
图4给出了编码器正反转时A、B信号的波形及其时序关系，当编码器正转时A 信号的相位超前B信号90°，如图4(a)所示；反转时则B信号相位超前A信号90°，如图4(b)所示。A和B输出的脉冲个数与被测角位移变化量成线性关系，因此，通过对脉冲个数计数就能计算出相应的角位移。根据A和B之间的这种关系正确地解调出被测机械的旋转方向和旋转角位移/速率，就是所谓的脉冲辨向和计数。脉冲的辨向和计数既可用软件实现也可用硬件实现。
图4光电编码器的正转和反转波形
2绝对式编码器
绝对式编码器是把被测转角通过读取码盘上的图案信息直接转换成相应代码的检测元件。编码盘有光电式、接触式和电磁式三种。
光电式码盘是目前应用较多的一种，它是在透明材料的圆盘上精确地印制上二进制编码。图5所示为四位二进制的码盘，码盘上各圈圆环分别代表一位二进制的数字码道，在同一个码道上印制黑白等间隔图案，形成一套编码。黑色不透光区和白色透光区分别代表二进制的“0”和“1”。在一个四位光电码盘上，有四圈数字码道，每一个码道表示二进制的一位，里侧是高位，外侧是低位，在360°范围内可编数码数为24=16个。
工作时，码盘的一侧放置电源，另一边放置光电接受装置，每个码道都对应有一个光电管及放大、整形电路。码盘转到不同位置，光电元件接受光信号，并转成相应的电信号，经放大整形后，成为相应数码电信号。但由于制造和安装精度的影响，当码盘回转在两码段交替过程中，会产生读数误差。例如，当码盘顺时针方向旋转，由位置“0111”变为“1000”时，这四位数要同时都变化，可能将数码误读成16种代码中的任意一种，如读成1111、1011、1101、…0001等，产生了无法估计的很大的数值误差，这种误差称非单值性误差。
为了消除非单值性误差，可采用以下的方法。
2.1循环码盘（或称格雷码盘）
图5四位二进制的码盘图6四位二进制循环码盘
循环码习惯上又称格雷码，它也是一种二进制编码，只有“0”和“1”两个数。图6所示为四位二进制循环码。这种编码的特点是任意相邻的两个代码间只有一位代码有变化，即“0”变为“1”或“1”变为“0”。因此，在两数变换过程中，所产生的读数误差最多不超过“1”，只可能读成相邻两个数中的一个数。所以，它是消除非单值性误差的一种有效方法。
2.2带判位光电装置的二进制循环码盘
这种码盘是在四位二进制循环码盘的最外圈再增加一圈信号位。图7所示就是带判位光电装置的二进制循环码盘。该码盘最外圈上的信号位的位置正好与状态交线错开，只有当信号位处的光电元件有信号时才读数，这样就不会产生非单值性误差。
图7带判位光电装置的二进制循环码盘
3编码器的应用
3.1角编码器除了能直接测量角位移或间接测量直线位移外，还可以测量轴的转速
由于增量式角编码器的输出信号是脉冲形式，因此，可以通过测量脉冲频率或周期的方法来测量转速。角编码器可代替测速发电机的模拟测速，而成为数字测速装置。M法和T法测速原理如图8所示。
图8M法和T法测速原理
在一定的时间间隔ts内（又称闸门时间，如10s、1s、0.1s等），用角编码器所产生的脉冲数来确定速度的方法称为M法测速。
若角编码器每转产生N个脉冲，在闸门时间间隔ts内得到m1个脉冲，则角编码器所产生的脉冲频率f为：
例如：某角编码器的指标为2048个脉冲/r（即N＝2048P/r），在0.2s时间内测得8K脉冲（1K=1024），即ts=0.2s，m1=8K=8192个脉冲，f＝4096/0.2s ＝20480Hz，则：
角编码器轴的转速为：
M法测速主要应用于要求转速较快，否则计数值较少，测量准确度较低。
3.2工位编码
由于绝对式编码器每一转角位置均有一个固定的编码输出，若编码器与转盘同轴相连，则转盘上每一工位安装的被加工工件均可有一个编码相对应，转盘工位编码原理图如图9所示。当转盘上某一工位转到加工点时，该工位对应的编码由编码器输出给控制系统。
图9转盘工位编码原理图
例如要使处于工位4上的工件转到加工点等待钻孔加工，计算机就控制电动机通过带轮带动转盘逆时针旋转。与此同时，绝对式编码器（假设为4码道）输出的编码不断变化。设工位1的绝对二进制码为0000，当输出从工位3的0100，变为0110时，表示转盘已将工位4转到加工点，电动机停转。
3.3光电编码器在重力测量仪中的应用
采用旋转式光电编码器，其转轴与重力测量仪中补偿旋钮轴相连。将重力测量仪中补偿旋钮的角位移量转化为某种电信号量进行测量。
3.4应用实例
以EPC-755A光电编码器的应用为例。该光电编码器在角度测量、位移测量时抗干扰能力很强，并具有稳定可靠的输出脉冲信号，且该脉冲信号经计数后可得到被测量的数字信号。因此，在研制汽车驾驶模拟器时，对方向盘旋转角度的测量选用EPC-755A光电编码器作为传感器，其输出电路选用集电极开路型，输出分辨率选用360个脉冲/圈，考虑到汽车方向盘转动是双向的，既可顺时针旋转，也可逆时针旋转，需要对编码器的输出信号鉴相后才能计数。图10所示为EPC-755A光电编码器实际使用的鉴相与双向计数电路，鉴相电路用1个D触发器和2个与非门组成，计数电路用3片74LS193组成。
图10光电编码器鉴相计数电路
当光电编码器顺时针旋转时，通道A输出波形超前通道B输出波形90°，D 触发器输出Q(波形W1)为高电平，(波形W2)为低电平，上面与非门打开，计数脉冲通过(波形W3)，送至双向计数器74LS193的加脉冲输入端CU，进行加法计数；此时，下面与非门关闭，其输出为高电平(波形W4)。当光电编码器逆时针旋转时，通道A输出波形比通道B输出波形延迟90°，D触发器输出Q(波形
W1)为低电平，(波形W2)为高电平，上面与非门关闭，其输出为高电平(波形W3)；此时，下面与非门打开，计数脉冲通过(波形W4)，送至双向计数器74LS193的减脉冲输入端CD，进行减法计数。
汽车方向盘顺时针和逆时针旋转时，其最大旋转角度均为两圈半，选用分辨率为360个脉冲/圈的编码器，其最大输出脉冲数为900个；实际使用的计数电路用3片74LS193组成，在系统上电初始化时，先对其进行复位(CLR信号)，再将其初值设为800H，即2048(LD信号)；如此，当方向盘顺时针旋转时，计数电路的输出范围为2048～2948，当方向盘逆时针旋转时，计数电路的输出范围为2048～1148；计数电路的数据输出D0～D11送至数据处理电路。
实际使用时，方向盘频繁地进行顺时针和逆时针转动，由于存在量化误差，工作较长一段时间后，方向盘回中时计数电路输出可能不是2048，而是有几个字的偏差；为解决这一问题，我们增加了一个方向盘回中检测电路，系统工作后，数据处理电路在模拟器处于非操作状态时，系统检测回中检测电路，若方向盘处于回中状态，而计数电路的数据输出不是2048，可对计数电路进行复位，并重新设置初值。
编码器详细介绍与编程指导
增量型编码器与绝对型编码器的区分 编码器如以信号原理来分，有增量型编码器,绝对型编码器。 增量型编码器 (旋转型) 工作原理: 由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。 由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。 编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。 分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。 信号输出: 信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路（PNP、NPN）,推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL 也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。 信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。 如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。 A.B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。 A、B、Z三相联接，用于带参考位修正的位置测量。 A、A-， B、B-，Z、Z-连接，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。 对于TTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。 对于HTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达300米。
编码器使用教程与测速原理
编码器使用教程与测速原理 我们将通过这篇教程与大家一起学习编码器的原理，并介绍一些实用的技术。 1.编码器概述 编码器是一种将角位移或者角速度转换成一连串电数字脉冲的旋转式传感器，我们可以通过编码器测量到底位移或者速度信息。编码器从输出数据类型上分，可以分为增量式编码器和绝对式编码器。 从编码器检测原理上来分，还可以分为光学式、磁式、感应式、电容式。常见的是光电编码器（光学式）和霍尔编码器（磁式）。 2.编码器原理 光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器是由光码盘和光电检测装置组成。光码盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，检测装置检测输出若干脉冲信号，为判断转向，一般输出两组存在一定相位差的方波信号。 霍尔编码器是一种通过磁电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。霍尔编码器是由霍尔码盘和霍尔元件组成。霍尔码盘是在一定直径的圆板上等分地布置有不同的磁极。霍尔码盘与电动机同轴，电动机旋转时，霍尔元件检测输出若干脉冲信号，为判断转向，一般输出两组存在一定相位差的方波信号。
可以看到两种原理的编码器目的都是获取AB相输出的方波信号，其使用方法也是一样，下面是一个简单的示意图。 3.编码器接线说明 具体到我们的编码器电机，我们可以看看电机编码器的实物。 这是一款增量式输出的霍尔编码器。编码器有AB相输出，所以不仅可以测速，还可以辨别转向。根据上图的接线说明可以看到，我们只需给编码器电源5V供电，在电机转动的时候即可通过AB相输出方波信号。编码器自带了上拉电阻，所以无需外部上拉，可以直接连接到单片机IO读取。
光电编码器分类及作用
光电编码器分类及作用 光电编码器是一种通过光电转换将输出轴的机械几何位移量转换为脉冲或数字量的传感器，主要由光源、码盘、光学系统及电路4部分组成， 光电编码器主要有增量式编码器、绝对式编码器、混合式绝对值编码器、旋转变压器、正余弦伺服电机编码器等，其中增量式编码器、绝对式编码器、混合式绝对值编码器属于数字量编码器，旋转变压器、正余弦伺服电机编码器属于模拟量编码器． 一、增量式编码器 增量式编码器可以将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，通过计数设备来知道其位置．增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，但是不能通过输出脉冲区别出在哪个位置上的增量。它能够产生与位移增量等值的脉冲信号，其作用是提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化（速度）的传感方法，它是相对于某个基准点的相对位置增量，不能够直接检测出轴的绝对位置信息。一般来说，增量式光电编码器输出A、B 两相互差90°电度角的脉冲信号（即所谓的两组正交输出信号），从而可方便地判断出旋转方向。同时还有用作参考零位的Z 相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转一周，只发出一个标志
信号。标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零。 二、绝对式编码器 绝对式编码器每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。其位置是由输出代码的读数确定的。当电源断开时，绝对型编码器并不与实际的位置分离。重新上电时，位置读数仍是当前的。绝对编码器能够直接进行数字量大的输出，在码盘上会有若干的码道，码道数就是二进制位数。在每条码道上都会由透光与不透光的扇形区域组成，通过采用光电传感器对信号进行采集。在码盘两侧分别设置有光源和光敏元件，这样光敏元件则能够根据是否接受到光信号进行电平的转换，输出二进制数。并且在不同位置输出不同的数字码。从而可以检测绝对位置。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数。优点：可以直接读出角度坐标的绝对值，没有累积误差，电源切除后位置信息不会丢失。编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。 三、混合式绝对值编码器 混合式绝对值编码器，它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。 四、旋转变压器 旋转变压器简称旋变，是一种可变耦合原理工作的交流控制电机。它的副方（次级）输出电压与转子转角呈确定的函数关系。由经过特殊电磁设计的高性能硅钢叠片和漆包线构成的，相比于采用光电
编码器选型有哪些注意事项
编码器选型有哪些注意事项 ■一．※有网友问：增量旋转编码器选型有哪些注意事项？ 应注意三方面的参数： 1．械安装尺寸，包括定位止口，轴径，安装孔位；电缆出线方式；安装空间体积；工作环境防护等级是否满足要求。 2．分辨率，即编码器工作时每圈输出的脉冲数，是否满足设计使用精度要求。 3．电气接口，编码器输出方式常见有推拉输出（F型HTL格式），电压输出（E），集电极开路（C，常见C为NPN型管输出，C2为PNP型管输出），长线驱动器输出。其输出方式应和其控制系统的接口电路相匹配。 ■二．※有网友问：请教如何使用增量编码器？ 1，增量型旋转编码器有分辨率的差异，使用每圈产生的脉冲数来计量，数目从6到5400或更高，脉冲数越多，分辨率越高；这是选型的重要依据之一。 2，增量型编码器通常有三路信号输出（差分有六路信号）：A,B和Z，一般采用TTL 电平，A脉冲在前，B脉冲在后，A,B脉冲相差90度，每圈发出一个Z脉冲，可作为参考机械零位。一般利用A超前B或B超前A进行判向，我公司增量型编码器定义为轴端看编码器顺时针旋转为正转，A超前B为90°，反之逆时针旋转为反转B超前A为90°。也有不相同的，要看产品说明。 3，使用PLC采集数据，可选用高速计数模块；使用工控机采集数据，可选用高速计数板卡；使用单片机采集数据，建议选用带光电耦合器的输入端口。 4，建议B脉冲做顺向（前向）脉冲，A脉冲做逆向（后向）脉冲，Z原点零位脉冲。 5，在电子装置中设立计数栈。 ■三．※关于户外使用或恶劣环境下使用 有网友来email问，他的设备在野外使用，现场环境脏，而且怕撞坏编码器。 我公司有铝合金（特殊要求可做不锈钢材质）密封保护外壳，双重轴承重载型编码器，放在户外不怕脏，钢厂、重型设备里都可以用。 不过如果编码器安装部分有空间，我还是建议在编码器外部再加装一防护壳，以加强对其进行保护，必竟编码器属精密元件，一台编码器和一个防护壳的价值比较还是有一定差距的。■四．※从接近开关、光电开关到旋转编码器： 工业控制中的定位，接近开关、光电开关的应用已经相当成熟了，而且很好用。可是，随着工控的不断发展，又有了新的要求，这样，选用旋转编码器的应用优点就突出了：信息化：除了定位，控制室还可知道其具体位置； 柔性化：定位可以在控制室柔性调整； 现场安装的方便和安全、长寿：拳头大小的一个旋转编码器，可以测量从几个μ到几十、几百米的距离，n个工位，只要解决一个旋转编码器的安全安装问题，可以避免诸多接近开关、光电开关在现场机械安装麻烦，容易被撞坏和遭高温、水气困扰等问题。由于是光电码盘，无机械损耗，只要安装位置准确，其使用寿命往往很长。 多功能化：除了定位，还可以远传当前位置，换算运动速度，对于变频器，步进电机等的应用尤为重要。 经济化：对于多个控制工位，只需一个旋转编码器的成本，以及更主要的安装、维护、损耗成本降低，使用寿命增长，其经济化逐渐突显出来。 如上所述优点，旋转编码器已经越来越广泛地被应用于各种工控场合。 ■五. ※关于电源供应及编码器和PLC连接： 一般编码器的工作电源有三种：5Vdc、5-13 Vdc或11-26Vdc。如果你买的编码器用的
编码器测速
飞思卡尔智能车舵机和测速的控制设计与实现 时间：2010-04-1411:53:10来源：电子设计工程作者：雷贞勇谢光骥五邑大学 2．1舵机工作原理 舵机在6V电压下正常工作，而大赛组委会统一提供的标准电源输出电压为7．2V，则需一个外围电压转换电路将电源电压转换为舵机的工作电压6V。图2为舵机供电电路。 舵机由舵盘、位置反馈电位计、减速齿轮组、直流动电机和控制电路组成，内部位置反馈减速齿轮组由直流电动机驱动，其输出轴带动一个具有线性比例特性的位置反馈电位器作为位置检测。当电位器转角线性地转换为电压并反馈给控制电路时，控制电路将反馈信号与输入的控制脉冲信号相比较，产生纠正脉冲，控制并驱动直流电机正向或反向转动，使减速齿轮组输出的位置与期望值相符。从而达到舵机精确控制转向角度的目的。舵机工作原理框图如图3所示。 2．2舵机的安装与调节 舵机的控制脉宽与转角在-45°～+45°范围内线性变化。对于对速度有一定要求的智能车，舵机的响应速度和舵机的转向传动比直接影响车模能否以最佳速度顺利通过弯道。车模在赛道上高速行驶，特别是对于前瞻性不够远的红外光电检测智能车，舵机的响应速度及其转向传动比将直接影响车模行驶的稳定性，因此必须细心调试，逐一解决。由于舵机从执行转动指令到响应输出需占用一定的时间，因而产生舵机实时控制的滞后。虽然车模在进入弯道时能够检测到黑色路线的偏转方向，但由于舵机的滞后性，使得车模在转弯过程中时常偏离跑道，且速度越快，偏离越远，极大限制车模在连续弯道上行驶的最大时速，使得车模全程赛道速度很难进一步提高。为了减小舵机响应时间，在遵守比赛规则不允许改造舵机结构的前提下，利用杠杆原理，采用加长舵机力臂的方案来弥补这一缺陷，加长舵机力臂示意图如图4所示。
绝对式光电编码器基本构造及特点
绝对式光电编码器基本构造及特点 用增量式光电编码器有可能由于外界的干扰产生计数错误，并且在停电或故障停车后无 法找到事故前执行部件的正确位置。采用绝对式光电编码器可以避免上述缺点。绝对式光电编码器的基本原理及组成部件与增量式光电编码器基本相同，也是由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成。与增量式光电编码器不同的是，绝对式光电编码器用不同的数码来分别指示每个不同的增量位置，它是一种直接输出数字量的传感器。在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N 位 二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N 条码道。绝对式光电编码器原理如图1-8 所示。 绝对式光电编码器是利用自然二进制、循环二进制（格雷码）、二-十进制等方式进行光 电转换的。绝对式光电编码器与增量式光电编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对光电编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。它的特点是：可以直接读出角度坐标的绝对值；没有累积误差；电源切除后位置信息不会丢失；编码器的精度取决于位数；最高运转速度比增量式光电编码器高。 图1-8 绝对式光电编码器原理 1.3.2 码制与码盘 绝对式光电编码器的码盘按照其所用的码制可以分为：二进制码、循环码（格雷码）、 十进制码、六十进制码（度、分、秒进制）码盘等。四位二元码盘（二进制、格雷码）如图1-9 所示。图中黑、白色分别表示透光、不透光区域。
测速编码器
测速编码器技术参数 电机的位置检测在电机控制中是十分重要的，特别是需要根据精确转子位置控制电机运动状态的应用场合，如位置伺服系统。电机控制系统中的位置检测通常有：微电机解算元件，光电元件，磁敏元件，电磁感应元件等。这些位置检测传感器或者与电机的非负载端同轴连接，或者直接安装在电机的特定的部位。其中光电元件的测量精度较高，能够准确的反应电机的转子的机械位置，从而间接的反映出与电机连接的机械负载的准确的机械位置，从而达到精确控制电机位置的目的。本文主要介绍高精度的光电编码器的内部结构、工作原理与位置检测的方法。 一.光电编码器的介绍： 光电编码器是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的电机转子的位置信息的。根据光电编码器的工作原理可以将光电编码器分为绝对式光电编码器与增量式光电编码器，下面我就这两种光电编码器的结构与工作原理做介绍。 1、绝对式光电编码器 绝对式光电编码器如图所示，他是通过读取编码盘上的二进制的编码信息来表示绝对位置信息的。编码盘是按照一定的编码形式制成的圆盘。图1是二进制的编码盘，图中空白部分是透光的，用“0”来表示;涂黑的部分是不透光的，用“1”来表示。通常将组成编码的圈称为码道，每个码道表示二进制数的一位，其中最外侧的是最低位，最里侧的是最高位。如果编码盘有4个码道，则由里向外的码道分别表示为二进制的23、22、21和20，4位二进制可形成16个二进制数，因此就将圆盘划分16个扇区，每个扇区对应一个4位二进制数，如0000、0001、…、1111。 按照码盘上形成的码道配置相应的光电传感器，包括光源、透镜、码盘、光敏二极管和驱动电子线路。当码盘转到一定的角度时，扇区中透光的码道对应的光敏二极管导通，输出低电平“0”，遮光的码道对应的光敏二极管不导通，输出高电
飞思卡尔光电编码器测速程序
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光电编码器详解
光电编码器 光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。绝对脉冲编码 器:APC 增量脉冲编码器:SPC 1.光电编码器原理 光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90°的脉冲信号。 1.1 增量式编码器 增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。 增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，但是不能通过输出脉冲区别出在哪个位置上的增量。它能够产生与位移增量等值的脉冲信号，其作用是提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化（速度）的传感方法，它是相对于某个基准点的相对位置增量，不能够直接检测出轴的绝对位置信息。一般来说，增量式光电编码器输出A、B两相互差 90度角的脉冲信号（即所谓的两组正交输出信号），从而可方便地判断出旋转方向。同时还有用作参考零位的Z相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转一周，只发出一个标志信号。标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零。 增量式光电编码器主要由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成。码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；检测光栅上刻有A、B两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线。它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开1/4节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差电度角。当码盘随着被测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件就输出两组相位相差电度角的近似于正弦波的电信号，电信号经过转换电路的信号处理，可以得到被测轴的转角或速度信息。 增量式光电编码器的优点是：原理构造简单、易于实现；机械平均寿命长，可达到几万小时以上；分辨率高；抗干
测速编码器说明书
BEN测速编码器在智能车舵机控制中的应用2．1 舵机工作原理 舵机在6 V电压下正常工作，而大赛组委会统一提供的标准电源输出电压为7．2 V，则需一个外围电压转换电路将电源电压转换为舵机的工作电压6 V。图2为舵机供电电路。 舵机由舵盘、位置反馈电位计、减速齿轮组、直流动电机和控制电路组成，内部位置反馈减速齿轮组由直流电动机驱动，其输出轴带动一个具有线性比例特性的位置反馈电位器作为位置检测。当电位器转角线性地转换为电压并反馈给控制电路时，控制电路将反馈信号与输入的控制脉冲信号相比较，产生纠正脉冲，控制并驱动直流电机正向或反向转动，使减速齿轮组输出的位置与期望值相符。从而达到舵机精确控制转向角度的目的。舵机工作原理框图如图3所示。 2．2 舵机的安装与调节 舵机的控制脉宽与转角在-45°～+45°范围内线性变化。对于对速度有一定要求的智能车，舵机的响应速度和舵机的转向传动比直接影响车模能否以最佳速度顺利通过弯道。车模在赛道上高速行驶，特别是对于前瞻性不够远的红外光电检测智能车，舵机的响应速度及其转向传动比将直接影响车模行驶的稳定性，因此必须细心调试，逐一解决。由于舵机从执行转动指令到响应输出需占用一定的时间，因而产生舵机实时控制的滞后。虽然车模在进入弯道时能够检测到黑色路线的偏转方向，但由于舵机的滞后性，使得车模在转弯过程中时常偏离跑道，且速度越快，偏离越远，极大限制车模在连续弯道上行驶的最大时速，使得车模全程赛道速度很难进一步提高。为了减小舵机响应时间，在遵守比赛规则不允许改造舵机结构的前提下，利用杠杆原理，采用加长舵机力臂的方案来弥补这一缺陷，加长舵机力臂示意图如图4所示。
旋转编码器详解
增量式编码器的A.B.Z 编码器A、B、Z相及其关系
TTL编码器A相，B相信号，Z相信号,U相信号，V相信号，W相信号，分别有什么关系？ 对于这个问题的回答我们从以下几个方面说明： 编码器只有A相、B相、Z相信号的概念。 所谓U相、V相、W相是指的电机的主电源的三相交流供电，与编码器没有任何关系。“A相、B相、Z相”与“U相、V相、W相”是完全没有什么关系的两种概念，前者是编码器的通道输出信号；后者是交流电机的三 相主回路供电。 而编码器的A相、B相、Z相信号中，A、B两个通道的信号一般是正交（即互差90°）脉冲信号；而Z相是零脉冲信号。详细来说，就是——一般编码器输出信号除A、B两相（A、B两通道的信号序列相位差为90度）外，每转一圈还输出一个零位脉冲Z。 当主轴以顺时针方向旋转时，输出脉冲A通道信号位于B通道之前；当主轴逆时针旋转时，A通道信号则位于B通道之后。从而由此判断主轴是正转还是反转。 另外，编码器每旋转一周发一个脉冲，称之为零位脉冲或标识脉冲（即Z相信号），零位脉冲用于决定零位置或标识位置。要准确测量零位脉冲，不论旋转方向，零位脉冲均被作为两个通道的高位组合输出。由于通道之间的相位差的存在，零位脉冲仅为脉冲长度的一半。 带U、V、W相的编码器，应该是伺服电机编码器 A、B相是两列脉冲，或正弦波、或方波，两者的相位相差90度，因此既可以测量转速，还可以测量电机的旋转方向Z相是参考脉冲，每转一圈输出一个脉冲，脉冲宽度往往只占1/4周期，其作用是编码器自我校正用的，使得编码器在断电或丢失脉冲的 时候也能正常使用。 ABZ是编码器的位置信号，UVW是电机的磁极信号，一般用于同步电机； AB对于TTL/HTL编码器来说，AB相根据编码器的细分度不同，每圈有很多个，但Z相每圈只有一个； UVW磁极信号之间相位差是120度，随着编码器的角度转动而转动，与ABZ 之间可以说没有直接关系。 /#############################################################
51单片机PID调增量式光电编码器测速.
编码器输出的A向脉冲接到单片机的外部中断INT0，B向脉冲接到I/O端口P1.0。当系统工作时，首先要把INT0设置成下降沿触发，并开相应中断。当有有效脉冲触发中断时，进行中断处理程序，判别B脉冲是高电平还是低电平，若是高电平则编码器正转，加1计数；若是低电平则编码器反转，减1计数。 基于51单片机的直流电机PID闭环调速系统原理详解与程序 (2013-08-04 01:18:15) 转载▼ 标签： 分类：单片机 51单片 机 直流电 机 pid pcf8591 基于51单片机的直流电机PID闭环调速系统 1.电机转速反馈： 原理：利用光电编码器作为转速的反馈元件，设电机转一周光电编码器发送N个PWM波形，利用测周法测量电机转速。 具体实现：将定时器0设置在计数模式，用来统计一定的时间T内接受到的脉冲个数M个，而定时器0置在计时模式，用来计时T时间。则如果T时间接受到M个PWM波形，而电机转一圈发出N个PWM波形，则根据测周法原理，电机的实际的转速为：real_speed=M/（N*T），单位转/秒。若将定时器1置在计数模式，则PWM波形应该由P3^3脚输入。 代码实现：
//定时器0初始化，用来定时10ms void Init_Timer0(void) { TMOD |= 0x01; //使用模式1，16位定时器，且工作在计时模式 TH0=(65536-10000)/256; //定时10ms TL0=(65536-10000)%6; EA=1; //总中断打开 ET0=1; //定时器中断打开 TR0=1; //定时器开关打开 } // 计数器1初始化，用来统计定时器1计时250ms内PWM波形个数 void Init_Timer1(void) { TMOD |= 0x50; //使用计数模式1，16位计数器模式 TH1=0x00; //给定初值，由0往上计数 TL1=0x00; EA=1; //总中断打开 ET1=1; //定时器中断打开 TR1=1; //定时器开关打开 } //定时器0的中断服务子函数，主要完成脉冲个数的读取，实际转速的计算和PID 控制以及控制结 //果输出等工作 void Timer0_isr(void) interrupt 1 { unsigned char count; TH0=(65536-10000)/256; //重新赋值 10ms TL0=(65536-10000)%6;
绝对式光电编码器
绝对式光电编码器 （一)绝对式光电编码器的结构与原理 绝对式光电编码器的核心部件是编码祝．纳码盘内透叫区及不透明区组成。这些：透明区 反不透明K按定编码构成，编码盘L码道的条数就是数码的位数。阁13 [u(a)所不为—— 个4垃自然：：进制编码册的编码盘。钽电容长涂黑部分力个透明R，输：U为“117，则主白部分为透叨 K。输i11为“o”．它毛4条码道，对应诲一条码道有一个光电冗件木接收透过编码双的光线。当 编仍痞；与被测物转抽赵转动时．片采用n位编码盘．则能分辨的角度为： o——36()。／2” 自然二进制码虽然简单．但存在着使用上的问题．这是巾于团束转换点处位置不分叫而引 起的粗大娱差。例如，在出7转换到8的位量时光束要通过编码盘?)111利1000的交界处(或 称汉越区)。山1编悦捻的制造工艺和光敏元件女装的误差．有可能使汝数头的最内圈(而位) 定价值世上的光电几件比其余的超前或落后一点．这构导致可能出现两种极洲的读数值，即 1111和oooo，从而引起读数的粗大误差．这种误差是绝刘不能允许的。
为了避免这种误差．uJ采用格雷码(G，3y code)图案的编码投，表13 3结出丁格 箭码和 自然：：进制码的比较。山此表uJ以看出，格雷码具有代码从任何值转换到相邻值时字节各位 数户仅有一位发生状态变化的特点；闹自然二进制码则不同，代码经常有2—3位甚至4位数 值间N史化的情况。希迪电子这样，采用格雷码的方法即使发生前述的错移．由于它在迎位时相邻界面 团案的转换仅仅发小一个最小量化中仿(最小分辨率)的此变，因而不会产生粗大误差。这种 编码力法称作单位距离性码，是常采用的方菇。 绝对式光电编码器刘府每一条码道有——个光电元件，当码道处于不向角度时，经光电转换 的输出就呈现山不同的数码、如田13—10(b)所不。它的优点是没有触点磨损，因而允许转速 高．员外届缝隙宽度LJJ做得更小，所以精度也很高，其缺点是结构复杂、价格高、光源寿命短。 国内已有14他编码器的定型产品。
编码器位置与速度检测
制作速度检测部件 实验报告 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：xxx 学号：xxx 实验时间：2012-2013学年第2学期
制作速度检测部件 一、实验原理： 1.利用外部中断0对信号源在一定时间内产生的脉冲进行计数，并对外部中断0设置为跳变沿中断(IT0=1) 2.利用定时器0进行计时，并在中断程序中读取这段时间内产生的脉冲数，再利用脉冲数与路程之间的对应关系求得编码器的速度。 3. 光电开关的使用，如图： 测速方法： M 法测速 测取c T 时间内旋转编码器输出的脉冲个数1M ，用以计算这段时间内的平均转速，称作Ｍ法测速，图12所示。电机的转速为 r/min 601 c ZT M n = ， M 法测速的分辨率： c c c ZT ZT M ZT M Q 60 60)1(6011= -+= M 法测速误差率： c T 1 M 图12 M 测速法原理图
% 1001%10060 ) 1(60 60%1111max ?=?-=M ZT M ZT M ZT M c c c δM 法测速适用于高速段， T 法测速 记录编码器两个相邻输出脉冲的间的高频脉冲个数M2，f0为高频脉冲频率，图13所示。 电机转速 r/min ZM f 60ZT 60n 2 t == T 法测速的分辨率： )1(6060)1(602202020-=--=M ZM f ZM f M Z f Q 或Zn f Zn Q -= 02 60 Ｔ法测速误差率： % 10011 %10060 60 )1(60%22 020 20max ?-=?-=M ZM f ZM f M Z f δ T 法测速适用于低速段。 M/T 法测速 把M 法和T 法结合起来，既检测TC 时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转速，称作M/T 法测速。采用M/T 法测速时，应保 2 M 2f M T t =图13 T 测速法 c T 1 M 2 M 图14 M/T 法测速原理图
M法与T法在编码器测速方面的区别和频率问题
编码器的测速原理：M/T法 大家都比较清楚在闭环伺服系统中，编码器的反馈脉冲个数和系统所走位置的多少成正比，但对于怎样通过编码器所反馈的脉冲个数来求得电机的旋转速度了解的人就不是很多了。 根据脉冲计数来测量转速的方法有以下三种：（1）在规定时间内测量所产生的脉冲个数来获得被测速度，称为M法测速；（2）测量相邻两个脉冲的时间来测量速度，称为T法测速；（3）同时测量检测时间和在此时间内脉冲发生器发出的脉冲个数来测量速度，称为M/T 法测速。以上三中测速方法中，M法适合于测量较高的速度，能获得较高分辨率；T法适合于测量较低的速度，这时能获得较高的分辨率；而M/T法则无论高速低速都适合测量。以下只对T法测速进行详细介绍。 T法测速的原理是用一已知频率fc（此频率一般都比较高）的时钟脉冲向一计数器发送脉冲，计数器的起停由码盘反馈的相邻两个脉冲来控制，原理图见图1。若计数器读数为m1，则电机每分钟转速为nM=60fc/Pm1(r/min) 图1 T法测速原理 其中P为码盘一圈发出的脉冲个数即码盘线数，m1为 相邻两个脉冲间高频脉冲个数。测速分辨率：当对应转速由n1变为n2时则分辨率Q的定义为Q=n2-n1，Q值越小说明测量装置对转速变化越敏感即分辨率越高。因此可以得到T法测速的分辨率为 Q=60fc/Pm1-60fc/P（m1+1）= n2M P/（60fc+ nMP） 由上式可见随着转速nM的降低，Q值越小，即T法测速在低速时有较高的分辨率。 MT法测速之定量分析 速度测量是工控系统中最基本的需求之一，最常用的是用数字脉冲测量某根轴的转速，再根据机械比、直径换算成线速度。脉冲测速最典型的方法有测频率(M法)和测周期(T法)。定性分析： M法是测量单位时间内的脉数换算成频率，因存在测量时间内首尾的半个脉冲问题，可能会有2个脉的误差。速度较低时，因测量时间内的脉冲数变少，误差所占的比例会变大，所以M法宜测量高速。如要降低测量的速度下限，可以提高编码器线数或加大测量的单位时间，使用一次采集的脉冲数尽可能多。 T法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期，从而得到频率。因存在半个时间单位的问题，可能会有1个时间单位的误差。速度较高时，测得的周期较小，误差所占的比例变大，所以T法宜测量低速。如要增加速度测量的上限，可以减小编码器的脉冲数，或使用更小更精确的计时单位，使一次测量的时间值尽可能大。 M法、T法各且优劣和适应范围，编码器线数不能无限增加、测量时间也不能太长(得考虑实时性)、计时单位也不能无限小，所以往往候M法、T法都无法胜任全速度范围内的测量。因此产生了M法、T法结合的M/T 测速法：低速时测周期、高速时测频率。 定量分析：
光电编码器选型及同步电机转速和转子位置测量
光电编码器选型及同步电机转速和 转子位置测量3 于庆广 刘葵 王冲 袁炜嘉 钱炜慷 张程 清华大学 摘要:光电轴角编码器,又称光电角位置传感器,是电气传动系统中用来测量电动机转速和转子位置的核心部件。对绝对式、增量式和混合式光电轴编码器的工作原理进行了综述,介绍了光电轴编码器的选型原则、转子速度的测量和转子位置的测量方法。最后,给出了同步电动机变频调速系统中转速和转子位置测量系统的实现。 关键词:光电轴编码器 混合式轴编码器 同步电机转子位置 Choice of Optical2encoder and Measure of Speed and R otor Place of Synchronous Motor Yu Qingguang Liu Kui Wang Chong Yuan Weijia Qian Weikang Zhang Cheng Abstract:Optical2encoder,which is also called photoelectric angei2position sensor,is the core device in measurement of motor speed and rotor position in drive system.There summarize the operating principle of ab2 solute、incremental and hybrid encoder,introduce the choice principle of optical2encoder model and the measur2 ing method of rotor speed and rotor position.The implementation of measuring method of rotor speed and ro2 tor position in variable frequency speed2regulated system of synchronous motor is also given. K eyw ords:optical2encoder hybrid2encoder rotor place of synchronous motor 1 引言 光电轴角编码器,又称轴编码器或光电角位置传感器。光电轴编码器以高精度计量圆光栅为检测元件,通过光电转换,将输入的角位置信息转换成相应的数字代码,并与计算机等控制器及显示装置相连接,实现数字测量、数字控制与数字显示[1]。光电轴编码器具有较高的性能价格比,已普遍应用在雷达、光电经纬仪、地面指挥仪、机器人、数控机床和高精度闭环调速系统等诸多领域,是电动机等自动化设备理想的角度和速度传感器。轴编码器主要分为增量式、绝对式与混合式3种,其中增量式轴编码器主要用于测量转子速度,绝对式轴编码器主要用于测量转子的空间位置,混合式轴编码器是增量式轴编码器与绝对式轴编码器的组合。后端加入处理芯片之后,3种轴编码器都具有测量转子速度与空间位置的功能。本文综述了光电轴编码器的种类和选型原则,介绍了转速和转子位置的测量方法;最后,给出了同步电动机变频调速系统中转速和转子位置测量系统的实现。 2 光电轴编码器 2.1 增量式轴编码器 典型的光电轴角编码器结构原理如图1 所示。 图1 光电轴编码器结构图 71 3清华大学大学生SR T项目(031T0144)
基于51单片机的光电编码器测速报告
课程设计报告 课程名称：微机原理课程设计 题目：基于51单片机的光电编码器测速
光电编码器是高精度位置控制系统常用的一种位移检测传感器。在位置控制系统中，由于电机既可能正转，也可能反转，所以要对与其相连的编码器输出的脉冲进行计数，要求相应的计数器既能实现加计数，又能实现减计数，即进行可逆计数。其计数的方法有多种，包括纯粹的软件计数和硬件计数。文中分别对这两种常用的计数方法进行了分析，对其优缺点进行了对比，最后提出了一种新的计数方法，利用80C51单片机内部的计数器实现对光电编码器输出脉冲的加减可逆计数，既节省了硬件资源，又能得到较高的计数频率。本设计就是由单片机STC89C52RC芯片，光电编码器和1602液晶为核心，辅以必要的电路，构成了一个基于51单片机的光电编码器测速器。该系统有两个控制按键，分别用于控制每秒的转速和每分钟的转速，并将速度用1602液晶显示出来。该测速器测速精准，具有实时检测的功能，操作简单。 关键词：光电编码器，51单片机，C语言，1602液晶
一、设计任务与要求 (4) 1.1 设计任务 (4) 1.2 设计要求 (4) 二、方案总体设计 (5) 2.1 方案一 (5) 2.2 方案二 (5) 2.3 系统采用方案 (5) 三、硬件设计 (7) 3.1 单片机最小系统 (7) 3.2 液晶显示模块 (7) 3.3 系统电源 (8) 3.4光电编码器电路 (8) 3.5 整体电路 (9) 四、软件设计 (10) 4.1 keil软件介绍 (10) 4.2 系统程序流程 (10) 五、仿真与实现 (12) 5.1 proteus软件介绍 (12) 5.2 仿真过程 (12) 5.3 实物制作与调试 (13) 5.4 使用说明 (14) 六、总结 (15) 6.1 设计总结 (15) 6.2 经验总结 (15) 七、参考文献 (16)
光电编码器的计数方法
光电编码器的计数方法 点击次数：543 发布时间：2009-7-6 14:27:22 1 引言 在位置控制系统中，为了提高控制精度，准确测量控制对象的位置是十分重要的。目前，检测位置的办法有两种：其一是使用位置传感器，测量到的位移量由变 送器经A/D转换成数字量送至系统进行进一步处理。此方法虽然检测精度高，但在多路、长距离位置监控系统中，由于其成本昂贵，安装困难，因此并不适用；其二 是使用光电编码器[1]。光电编码器是高精度控制系统常用的位移检测传感器。当控制对象发生位置变化时，光电编码器便会发出A、B两路相位差90度的数字脉冲信号。正转时A超前B90度，反转时B超前A90度。脉冲的个数与位移量成比例关系，因此通过对脉冲计数就能计算出相应的位移。该方法不仅使用方便、测量准确， 而且成本较低，因此在电力拖动系统中，经常采用第二种位置测量方法。 使用光电编码器测量位移，准确无误的记数起着决定性作用。由于在位置控制系统中，电机既可以正转，又可以反转，所以要求计数器既要能够实现加计数，又 要能够实现减计数。相应的计数方法可以用软件来实现，也可以用硬件来实现。 使用软件方式对光电编码器的脉冲进行方向判别和计数降低了系统控制的实时性，尤其当使用光电编码器的数量较多时，并且其可靠性也不及硬件电路。但是用 软件计数外围电路比较简单,所以在计数频率不高的情况下，使用软件计数还是有一定优势的。对编码器中输出的两路脉冲进行计数主要分两个步骤，首先要对编码器输出的两路脉冲进行鉴相，即：判别电机是正转还是反转；其次是进行加减计数，正转时加计数，反转时减计数。 2 鉴相原理 脉冲鉴相的方法比较多，既可以用软件实现，也可以用一个D触发器实现。下图是编码器正反转时输出脉冲的相位关系。 由图中编码器输出波形可以看出，编码器正转时A相超前B相90度.在A相脉冲的下降沿处，B相为高电平；而在编码器反转时，A相滞后B相90度，在A相脉冲的下降沿处，B相输出为低电平。这样，编码器旋转时通过判断B相电平的高低就可以判断编码器的旋转方向[2]。 3 用软件实现脉冲的鉴相、计数 编码器输出的A向脉冲接到单片机的外部中断INT0，B向脉冲接到I/O 端口P1.0。当系统工作时，首先要把INT0设置成下降沿触发，并开相应中断。当有有效脉冲触发中断时，进行中断处理程序，判别B脉冲是高电平还是低电平，若是高电平则编码器正转，加1计数；若是低电平则编码器反转，减1计数。 4 用硬件实现脉冲的鉴相、计数 硬件计数在执行速度上有软件计数不可比拟的优势，通常采用多个可预置4位双时钟加减计数器74LS193 级联组成的加减计数电路。P0-P3为计数器的4位预置数据端，与数据输入锁存器相接；QA-QD 为计数器的4位数据输出端，与数据输出缓冲器相接；MR为清零端与上电清零脉冲相接；PL为预置允许端，由译码控制电路触发；CU 为加脉冲输入端，CD为减脉冲输入端；TCU为进位输出端，TCD 为借位输出端。如下图所示：
基于51单片机的光电编码器测速
摘要 光电编码器是高精度位置控制系统常用的一种位移检测传感器。在位置控制系统中，由于电机既可能正转，也可能反转，所以要对与其相连的编码器输出的脉冲进行计数，要求相应的计数器既能实现加计数，又能实现减计数，即进行可逆计数。其计数的方法有多种，包括纯粹的软件计数和硬件计数。文中分别对这两种常用的计数方法进行了分析，对其优缺点进行了对比，最后提出了一种新的计数方法，利用80C51单片机内部的计数器实现对光电编码器输出脉冲的加减可逆计数，既节省了硬件资源，又能得到较高的计数频率。本设计就是由单片机STC89C52RC芯片，光电编码器和1602液晶为核心，辅以必要的电路，构成了一个基于51单片机的光电编码器测速器。该系统有两个控制按键，分别用于控制每秒的转速和每分钟的转速，并将速度用1602液晶显示出来。该测速器测速精准，具有实时检测的功能，操作简单。 关键词：光电编码器，51单片机，C语言，1602液晶
目录 一、设计任务与要求 (3) 1.1 设计任务 (3) 1.2 设计要求 (3) 二、方案总体设计 (4) 2.1 方案一 (4) 2.2 方案二 (4) 2.3 系统采用方案 (4) 三、硬件设计 (6) 3.1 单片机最小系统 (6) 3.2 液晶显示模块 (6) 3.3 系统电源 (7) 3.4光电编码器电路 (7) 3.5 整体电路 (8) 四、软件设计 (9) 4.1 keil软件介绍 (9) 4.2 系统程序流程 (9) 五、仿真与实现 (11) 5.1 proteus软件介绍 (11) 5.2 仿真过程 (11) 5.3 实物制作与调试 (12) 5.4 使用说明 (13) 六、总结 (14) 6.1 设计总结 (14) 6.2 经验总结 (14) 七、参考文献 (15)
M法与T法在编码器测速方面的区别和频率问题
编码器的测速原理： M/T法大家都比较清楚在闭环伺服系统中，编码器的反馈脉冲个数和系统所走位置的多少成正比，但对于怎样通过编码器所反馈的脉冲个数来求得电机的旋转速度了解的人就不是很多了。 根据脉冲计数来测量转速的方法有以下三种： （1）在规定时间内测量所产生的脉冲个数来获得被测速度，称为M法测速；（2）测量相邻两个脉冲的时间来测量速度，称为T法测速；（3）同时测量检测时间和在此时间内脉冲发生器发出的脉冲个数来测量速度，称为M/T法测速。 以上三中测速方法中，M法适合于测量较高的速度，能获得较高分辨率；T 法适合于测量较低的速度，这时能获得较高的分辨率；而M/T法则无论高速低速都适合测量。 以下只对T法测速进行详细介绍。 T法测速的原理是用一已知频率fc（此频率一般都比较高）的时钟脉冲向一计数器发送脉冲，计数器的起停由码盘反馈的相邻两个脉冲来控制，原理图见图 1。 若计数器读数为m1，则电机每分钟转速为nM=60fc/Pm1(r/min)图1 T法测速原理其中P为码盘一圈发出的脉冲个数即码盘线数，m1为相邻两个脉冲间高频脉冲个数。 测速分辨率： 当对应转速由n1变为n2时则分辨率Q的定义为Q=n2-n1，Q值越小说明测量装置对转速变化越敏感即分辨率越高。 因此可以得到T法测速的分辨率为Q=60fc/Pm1-60fc/P（m1+1）= n2M P/（60fc+ nMP）由上式可见随着转速nM的降低，Q值越小，即T法测速在低速时有较高的分辨率。
MT法测速之定量分析速度测量是工控系统中最基本的需求之一，最常用的是用数字脉冲测量某根轴的转速，再根据机械比、直径换算成线速度。 脉冲测速最典型的方法有测频率(M法)和测周期(T法)。 定性分析： M法是测量单位时间内的脉数换算成频率，因存在测量时间内首尾的半个脉冲问题，可能会有2个脉的误差。 速度较低时，因测量时间内的脉冲数变少，误差所占的比例会变大，所以M法宜测量高速。 如要降低测量的速度下限，可以提高编码器线数或加大测量的单位时间，使用一次采集的脉冲数尽可能多。 T法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期，从而得到频率。 因存在半个时间单位的问题，可能会有1个时间单位的误差。 速度较高时，测得的周期较小，误差所占的比例变大，所以T法宜测量低速。 如要增加速度测量的上限，可以减码器的脉冲数，或使用更小更精确的计时单位，使一次测量的时间值尽可能大。 M法、T法各且优劣和适应范围，编码器线数不能无限增加、测量时间也不能太长(得考虑实时性)、计时单位也不能无限小，所以往往候M法、T法都无法胜任全速度范围内的测量。 因此产生了M法、T法结合的M/T测速法： 低速时测周期、高速时测频率。 定量分析： M/T法中的“低速”、“高速”如何确定呢？假定能接受的误差范围为1%、M 法测得脉冲数为f, T法测得时间为t。