【杰发科技AC7802x测评】4.基于AC7802正交编码实现电机测速

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基于AC7802正交编码实现电机测速

正交编码器测速原理
正交编码器是一种通过旋转或移动测量运动位置和速度的传感器。它通常由两个光学传感器（A相和B相）组成，每个传感器的输出波形完全相同，但相位相位差90度（即正交）。当物体被旋转或移动时，两个波形将发生同步变化，使得编码器可以确定方向和速度。
具体而言，在实际应用中，编码器的A和B两条输出线和中心的接地线连接到计数器或控制器电路中。计数器对A和B两种输信进行脉冲计数，并根据两条线之间的相对时间差确定运动速度和方向。如果传感器被旋转，每旋转一次会产生一定数量的脉冲，可以通过这些脉冲来计算旋转角度。

从上来看，以通道A的下降沿作为起始位置：
顺时针是01->00->10->11,也就是10进制的1-0-2-3
逆时针是00->01->11->10,也就是10进制的0-1-3-2
因此，只要知道计数规律，就知道是往哪个方向在转，计算脉冲的频率，就是旋转速度。

AC7802的正交解码功能
AC7802的PWM带正交解码功能，模块的通道0接phase A, 模块的通道1接phase B。7802正对正交编码进行正确记数。

AC7802的正交编码测速方案
硬件接口：
PB0，使用PWM1_CH1功能，用作编码器的phase A输入；
PB1，使用PWM1_CH2功能，用作编码器的phase B输入；
PWM1模块用于正交编码计数。phase A或phase B边沿跳变时计时器加1。正转时计数器增加，反转时计数器减少。

速度计算：
本实验中使用编码器是11线编码器，也就是电机转一圈，A/B两相分别输出11个脉冲，每个脉冲都使解码数值增加的话，电机转一圈是44个脉冲。
本实验电机的输出轴减速比是4.4，也就是电机转4.4圈，电机输出轴才会转一圈。也就是说。输出轴转一圈，脉冲计数器变化11*4*4.4=193.6个脉冲。
本实验每20ms计算一次转速，计算前200ms内转速，假如脉冲数变化为N,则转速rpm（转/分钟）
rpm=[ (N/193.6) / ( 200 / 1000 ) ] * 60

AC7802的正交编码测速编程
测速模块提供初始化接口，速度计算接口以及获取速度接口。

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void speed_check_init( void );

void speed_check_task( void );

float speed_check_get_Revolutions_Per_Minute( void );

速度初始化接口speed_check_init(), 用于调用下层正交编码器初始化

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void speed_check_init( void )

{

    PWM_quadrature_decode_init();

}

速度计算接口speed_check_task()，用于计算转速，必须周期性调用，这里的调用周期是20ms

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static void SpeedMeter(int currentPulse)

{

    int deltaPulse = 0;

    uint8_t i;



    for ( i=0; i < (SPEED_METER_BUF_LEN-1) ; ++i ) {

        g_pulseRecordTbl[i] = g_pulseRecordTbl[i+1];

    }

    g_pulseRecordTbl[SPEED_METER_BUF_LEN-1] = currentPulse;



    deltaPulse = g_pulseRecordTbl[SPEED_METER_BUF_LEN-1] - g_pulseRecordTbl[0];



    if ( -QUAD_CHANGE_NUMBER_MAX_IN_CALC_CYCLE > deltaPulse ) {

        // inc pass 0

        deltaPulse += (QUAD_ENCODER_NUM_MAX + 1); 

    } else if ( deltaPulse > QUAD_CHANGE_NUMBER_MAX_IN_CALC_CYCLE ) {

        // dec pass 0

        deltaPulse -= (QUAD_ENCODER_NUM_MAX + 1); 

    }



    SPEED_TASK_ENTER_CRITICAL();

    g_MoterSpeedRPM = deltaPulse / QUAD_ENCODER_NUMBER_IN_A_CYCLE / (SPEED_METER_CYCLE * (SPEED_METER_BUF_LEN-1)/1000.0f) * 60;

    SPEED_TASK_EXIT_CRITICAL();

}





void speed_check_task(void)

{

    SpeedMeter( PWM_quadrature_decode_get_val() );

}

获取速度接口speed_check_get_Revolutions_Per_Minute()，给外部提供计算后的转速获取接口，正负值表示方向

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float speed_check_get_Revolutions_Per_Minute( void )

{

    float speed = 0.0f;



    SPEED_TASK_ENTER_CRITICAL();

    speed = g_MoterSpeedRPM;

    SPEED_TASK_EXIT_CRITICAL();



    return speed;

}

测速模块会调用下层模块，下层模块提供编码器的初始化和获取编码器数值接口

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void PWM_quadrature_decode_init( void );

uint32_t PWM_quadrature_decode_get_val( void );

正交编码器初始化接口PWM_quadrature_decode_init(), 完成PWM底层寄存器配置，端口配置

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void PWM_quadrature_decode_init( void )

{

    PWM_ConfigType config;

    PWM_QuadDecodeConfigType quadDecodeConfig;

    PWM_QuadPhaseConfigType quadPhaseAConfig, quadPhaseBConfig;



    memset(&config, 0U, sizeof(config));

    memset(&quadDecodeConfig, 0U, sizeof(quadDecodeConfig));

    memset(&quadPhaseAConfig, 0U, sizeof(quadPhaseAConfig));

    memset(&quadPhaseBConfig, 0U, sizeof(quadPhaseBConfig));



    GPIO_SetFunc(GPIOB, GPIO_PIN0, GPIO_FUN2);  /* PB0--PWM1_CH1.该引脚只在32pin封装上有 */

    GPIO_SetFunc(GPIOB, GPIO_PIN1, GPIO_FUN2);  /* PB1--PWM1_CH0,该引脚只在32pin封装上有.*/



    GPIO_SetPullup(GPIOB, GPIO_PIN0, ENABLE); /*使能上拉*/

    GPIO_SetPullup(GPIOB, GPIO_PIN1, ENABLE); /*使能上拉*/





    /*通道配置*/

    quadPhaseAConfig.polarity = PWM_QUAD_PHASE_NORMAL;  /*A相输入极性为正常极性。*/

    quadPhaseAConfig.filterEn = DISABLE;                /*A相滤波器去能*/

    quadPhaseAConfig.filterVal = 0;                     /*滤波值*/

    quadPhaseBConfig.polarity = PWM_QUAD_PHASE_NORMAL;  /*B相输入极性为正常极性。*/

    quadPhaseBConfig.filterEn = DISABLE;                /*B相滤波器去能*/

    quadPhaseBConfig.filterVal = 0;                     /*滤波值*/

    quadDecodeConfig.mode = PWM_QUAD_PHASE_ENCODE;      /*A相和B相编码模式*/

    quadDecodeConfig.phaseAConfig = quadPhaseAConfig;   /*A相配置赋值*/

    quadDecodeConfig.phaseBConfig = quadPhaseBConfig;   /*B相配置赋值*/

    quadDecodeConfig.quadEn = ENABLE;                   /*正交解码使能*/



    /*PWM模块配置*/

    config.mode = PWM_MODE_QUADRATURE_DECODER;          /*PWM模块配置为正交解码模式*/

    config.initModeStruct = &quadDecodeConfig;          /*正交解码配置赋值*/

    config.clkSource = PWM_CLK_SOURCE_APB;              /*PWM时钟源配置*/

    config.clkPsc = 0;                                  /*PWM时钟源分频*/

    config.initValue = 0;                               /*计数器初始寄存器值*/

    config.maxValue = PULSE_PER_REVOLUTION - 1;         /*PWM计数器最大值*/

    config.overflowInterrupEn = DISABLE;                /*计数器溢出中断使能*/

    config.cntOverflowFreq = 0;                         /*CNTOF中断产生的频率与计数器频率的关系(0-127), 0表示每次计数器溢出都产生溢出中断，1表示间隔1次，2表示间隔2次，以此类推。*/

    config.interruptEn = DISABLE;                       /*PWM中断使能*/

    config.callBack = NULL;                             /*PWM中断回调*/

    PWM_Init(QUAD_PWM_MODULE, &config);                 /*配置初始化生效*/

}

正交编码器数值获取接口PWM_quadrature_decode_get_val()，给上层接口提供获取数值的方法

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uint32_t PWM_quadrature_decode_get_val( void )

{

    uint32_t counter = QUAD_PWM_MODULE->CNT & 0xFFFF;



    return counter;

}

将速度计算功能嵌入到电机任务中

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void motor_Task( void *pvParameters )

{

    pvParameters = pvParameters;



    adc_motor_ctrl_input_init();

    PWM_motor_ctrl_output_init();

    speed_check_init();



    while (1) {

        PWM_motor_ctrl_ouput_duty_val( adc_motor_ctrl_get_adc_Val() );

        

        speed_check_task();



        vTaskDelay( pdMS_TO_TICKS(20) );

    }

}

在printTask输出电机转速数值

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void printf_Task( void *pvParameters )

{

    pvParameters = pvParameters;



    InitDebug();



    while (1) {

        //printf( "Hi,I'm a small chip, AC7802.\r\n");

        printf("speed(rpm) = %d\r\n", (int)speed_check_get_Revolutions_Per_Minute() );

        vTaskDelay( pdMS_TO_TICKS(1000) );

    }

}

测试
正转

反转：

结论：电机测速与电机标定值相符，且能计算出电机转动方向。

测试工程
测试工程在linux环境下编译，基于freeRTOS开发。

AC7802_FreeRTOS_motor_speed_meter.zip (1.56 MB)

【杰发科技AC7802x测评】4.基于AC7802正交编码实现电机测速

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