一步步从零开始制作TT电机正交编码器

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最近使用TT电机做小车，想装一个码盘用来测速，但是直接把码盘装在输出轴又很难做到足够的分辨率，于是就想到了一个比较冷门的方法，自制了一个码盘，并且以此为基础，给一个TT电机加装一组正交编码器。
开始吧！
1、先说一说正交编码器
从名字来说，正交编码器就是编码器的一种，百科上定义是“正交编码器一般指增量式编码器。增量式编码器是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，用脉冲的个数表示位移的大小……balabala……”其实就是把圆周的旋转运动转换成2路相位差90度的电平跳变信号，如下图：


上图中有Z相，相当于是零点，可以消除累计误差，部分应用中可以不使用。
这种编码器的优点就是可以根据AB相位关系推测出转动方向，而且当圆周栅格数目为n时，跳变信号可以达到4n个，变相提高了分辨率。
那说了这么多，接下来我们就用最常见最便宜的TT减速电机为基础，使用2对射式光电开关(ITR9608),制作一个带正交编码器的电机。

2、准备材料，设计ITR9608原理图并焊接
首先是TT电机，可以说是最普遍最便宜的一款了，这还是我十年前入门玩智能小车时候买的存货

上图中箭头所指的位置是本方案的关键，就是要利用这一小点凸起搞点事情，首先用助焊剂轻轻擦拭一下这段短短的轴，然后准备一个小铜片（没有铜片铝片也行，再没有，切一点万用板也可以），大小控制在10mm边长，中间钻一个2mm多一点的孔（尽量居中钻孔），就像下面这样

接下来使用助焊剂轻轻擦拭铜片，然后将铜片通过小孔安装在电机轴上，如下图

接下来的是关键一步，焊接铜片，使用60W电烙铁，快速焊接铜片的小孔，使其牢固地连接在电机轴上，对，这里其实是用来粘接码盘的一个基点，哈哈，所以我说这个凸出的一点点轴是关键。
ITR9608是一种常见的对射式光电开关，加两个电阻就可以使用了，设计了简单的原理图


按图焊接，需要焊接两个。

3、设计码盘组件安装座，并进行切割加工

这里有个地方要提示一下啊：上图中，两个光电开关的安装角度一定要注意，一个开关对准栅格的时候，另一个开关的位置要刚好被遮挡，这样就能保证信号“正交”，上图中使用的是24线码盘，两个传感器夹角67.5度。



4、安装码盘组件


由于上面24线码盘测试中发现会“丢失”信号，分析可能是由于栅格过于密集，后来切割了一个4线的，使用的是普通包装纸（更轻，避免对电机带负载能力产生影响）


5、基于stm32f103c8t6创建工程，编写驱动程序
这里主要的就是通过cubeMX对定时器模式进行配置，简单的两步就可以了，使用TIM2，在combined Channels选择“Encoder Mode”，如下图：

接下来配置一下编码模式，选择“……TI1 and TI2”,这样就会上升下降沿都计数，实际脉冲数数值上是栅格的4倍
其他的再配置一下串口，我准备用串口打印日志，查看脉冲数。
根据配置的引脚，连接编码器和控制板（分别接PA0和PA1），



6、测试效果
手动拨动码盘一周，可以看到串口读出16个脉冲，反转的时候读出的数值是-16，这里没有写其他复杂的算法，只是周期性读取，然后清零，所以不动的时候读出来的是0
  
代码分享：
flowControl.rar (4.4 MB, 下载次数: 21)

2021-10-24 21:11 上传

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7、总结
从硬件上来说，有点点复杂，需要特别注意码盘线数不要太多，从软件上来说，cubeMX配置还是非常简单的，也就是读取很容易，实际使用时候需要根据需求对数据进行后处理，以解析出里程、方向等更多信息。


END!
感谢阅读，感谢关注！






  

感谢分享，利用光眼测小轮子的转速也是这个原理吧，编码器电机什么的

小叶三千 发表于 2021-10-25 08:31
感谢分享，利用光眼测小轮子的转速也是这个原理吧，编码器电机什么的

是的，一般是光电码盘或者磁码盘，原理类似

感谢分享！

办法好，不过可靠性是个问题啊？现在网上有霍尔传感器的tt电机，可靠性好，这个带测速模块几年前还比较少。

大秦正声 发表于 2021-10-25 15:05
办法好，不过可靠性是个问题啊？现在网上有霍尔传感器的tt电机，可靠性好，这个带测速模块几年前还比较少。 ...

这个价格TT电机就是玩具用的，不存在危险的，不是工业用

这么大码盘，电机会不会太费劲？

圣骑士by 发表于 2021-10-27 17:06
这么大码盘，电机会不会太费劲？

开始那个木板做的就有阻力，转起来呼呼的风声，后面这个是纸板，很轻，不费劲的，主要还是电机尾部的轴太短，长点就可以有足够的安装空间就可以把盘做很小

霍尔和光栅哪一个更准一点，两种不同的方式，在高速、低速有着明显的区别。

请问TT电机是什么种类的电机啊

请问这种电机的优势是什么呢

这个效果图是用什么做的啊

想要测速准确  最少需要两相的信息吧

也就是说一直相差的是90度是吗

coshi 发表于 2021-11-8 11:43
请问TT电机是什么种类的电机啊

TT电机是齿轮减速电机的统称，这里只那种很便宜很便宜的小黄减速电机……一两块一个的那种

yanzhengxin1 发表于 2021-11-5 18:08
霍尔和光栅哪一个更准一点，两种不同的方式，在高速、低速有着明显的区别。 ...

只用过光栅，表示不太清楚二者优劣

gwsan 发表于 2021-11-8 12:03
请问这种电机的优势是什么呢

这种电机，の就是玩具用的，要啥优势
便宜算一个吧O(∩_∩)O哈哈~

drer 发表于 2021-11-8 12:04
这个效果图是用什么做的啊

你说的是三维图是吧，SolidWorks，做机械的多数会用到

aoyi 发表于 2021-11-8 12:07
想要测速准确  最少需要两相的信息吧

两相你是说正交吗？这个就是亮相的，可以识别转动方向

zljiu 发表于 2021-11-8 12:09
也就是说一直相差的是90度是吗

是的，可以这样理解