树莓派基础实验26:旋转编码器实验
一、介绍
旋转编码器是一种机电装置,可将轴或轴的角位置或运动,转换为模拟或数字代码。旋转编码器通常放置在垂直于轴的一侧。旋转编码器用作检测自动化领域中的角度,速度,长度,位置和加速度的传感器。
二、组件
Raspberry Pi 3主板*1
树莓派电源*1
40P软排线*1
旋转编码器传感器模块*1
面包板*1
跳线若干
三、实验原理
旋转编码器可通过旋转,计数正方向和反方向转动过程中,输出脉冲的次数。旋转计数不像电位计,这种转动计数是没有限制的。配合旋转编码器上的按键,可以复位到初始状态,即从0开始计数。
工作原理: 增量编码器是一种将旋转位移,转换成周期性的电信号,再把这个电信号转变成计数脉冲,用脉冲的个数表示位移的大小的旋转式传感器。
在增量编码器中角位移的转换采用了光电扫描原理。读数系统以,由交替的透光窗口和不透光窗口构成的,径向分度盘(码盘)的旋转,为依据,同时被一个红外光源垂直照射。
光把码盘的图像投射到接收器表面上,接收器覆盖着一层衍射光栅,它具有和码盘相同的窗口宽度。接收器的工作是感受光盘转动所产生的变化,然后将光变化转换成相应的电变化。再使低电平信号上升到较高电平,并产生没有任何干扰的方形脉冲,这就必须用电子电路来处理。
读数系统通常采用差分方式,即将两个波形一样但相位差为180°的不同信号进行比较,以便提高输出信号的质量和稳定性。读数是在两个信号的差别基础上形成的,从而消除了干扰。
增量编码器给出两相方波,它们的相位差90°,通常称为A通道和B通道。其中一个通道给出与转速相关的信息,与此同时,通过两个通道信号进行顺序对比,得到旋转方向的信息。还有一个特殊信号称为Z或零通道,该通道给出编码器的绝对零位(恢复按钮),此信号是一个方波与A通道方波的中心线重合。
增量型编码器精度取决于机械和电气两种因素,这些因素有:光栅分度误差、光盘偏心、轴承偏心、电子读数装置引入的误差以及光学部分的不精确性。确定编码器精度的测量单位是电气上的度数,编码器精度决定了编码器产生的脉冲分度。以下用360°电气度数来表示机械轴的转动,而轴的转动必须是一个完整的周期。要知道多少机械角度相当于电气上的360度,可以用下列公式来计算: 电气360 =机械360°/n°脉冲/转。
编码器分度误差是以电气角度为单位的,两个连续脉冲波的最大偏移来表示。误差存在于任何编码器中,这是由前述各因素引起的。增量型编码器的最大误差为±25电气角度(在已声明的任何条件下),相当于额定值偏移±7%,至于相位差90°(电气上)的两个通道的最大偏差为±35电气度数相当于额定值偏移±10%左右。
除了上述传统的编码器外,还有一些是与其它的电气输出信号集成在一起的增量型编码器。与UVW信号集成的增量型编码器就是实例,它通常应用于交流伺服电机的反馈。这些磁极信号一般出现在交流伺服电机中,UVW信号一般是通过模拟磁性原件的功能而设计的。在增量型编码器中,这些UVW信号是用光学方法产生,并以三个方波的形式出现,它们彼此偏移120°。为了便于电机启动,控制电动机用的启动器需要这些正确的信号。这些UVW磁极脉冲可在机械轴旋转中重复许多次,因为它们直接取决于所连接的电机磁极数,并且用于4、6或更多极电机的UVW信号。
本次实验中,顺时针旋转时,打印的值变大;逆时针旋转,数值减小;按下旋转按钮时,复位到初始状态,即从0开始计数。
四、实验步骤
第1步: 连接电路。
树莓派 | T型转接板 (BCM) | 旋转编码器模块 |
---|---|---|
GPIO0 | G17 | CLK |
GPIO1 | G18 | DT |
GPIO2 | G27 | SW |
5V | 5V | VCC |
GND | GND | GND |
第2步: 编写控制程序。顺时针旋转时,打印的值变大;逆时针旋转,数值减小;按下旋转按钮时,复位到初始状态,即从0开始计数。
#!/usr/bin/env python
import RPi.GPIO as GPIO
import timeRoAPin = 11 # CLK Pin
RoBPin = 12 # DT Pin
BtnPin = 13 # Button PinglobalCounter = 0flag = 0
Last_RoB_Status = 0
Current_RoB_Status = 0def setup():GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # Numbers GPIOs by physical locationGPIO.setup(RoAPin, GPIO.IN) # input modeGPIO.setup(RoBPin, GPIO.IN)GPIO.setup(BtnPin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)def rotaryDeal():global flagglobal Last_RoB_Statusglobal Current_RoB_Statusglobal globalCounterLast_RoB_Status = GPIO.input(RoBPin) while(not GPIO.input(RoAPin)): #未旋转时,GPIO.input(RoAPin)值为1,旋转时会变为0Current_RoB_Status = GPIO.input(RoBPin) #旋转时的当前值flag = 1if flag == 1:flag = 0if (Last_RoB_Status == 1) and (Current_RoB_Status == 0):globalCounter = globalCounter + 1 #顺时针旋转,角位移增大if (Last_RoB_Status == 0) and (Current_RoB_Status == 1):globalCounter = globalCounter - 1 #逆时针旋转,数值减小def btnISR(channel):global globalCounterglobalCounter = 0def loop():global globalCountertmp = 0 # Rotary TemperaryGPIO.add_event_detect(BtnPin, GPIO.FALLING, callback=btnISR)#当按下按钮时,调用回调函数btnISRwhile True:rotaryDeal()if tmp != globalCounter:print 'globalCounter = %d' % globalCountertmp = globalCounterdef destroy():GPIO.cleanup() # Release resourceif __name__ == '__main__': # Program start from heresetup()try:loop()except KeyboardInterrupt: # When 'Ctrl+C' is pressed, the child program destroy() will be executed.destroy()
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