ROS移動(dòng)機器人中常用的編碼器

前兩篇文章介紹了電機基礎知識和直流有刷電機驅動(dòng)電路。這篇文章介紹ROS移動(dòng)機器人中電機測速傳感器----編碼器。ROS移動(dòng)機器人中常用到的編碼器有兩種分別為光電編碼器（光學(xué)式檢測）和霍爾編碼器（磁場(chǎng)原理檢測）。

光電編碼器

光電編碼器是一種通過(guò)光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖信號的傳感器。 光電編碼器由光電碼盤(pán)和光電檢測裝置組成，由下圖所示：

光電碼盤(pán)與電機轉子同軸，電機旋轉時(shí)帶動(dòng)光電碼盤(pán)與電機同軸旋轉，此時(shí)在光電碼盤(pán)作用下會(huì )使得光電接收管接收到的光信號出現斷斷續續的情況。 比如接收到光信號編碼器輸出高電平，不能接收到光信號編碼器輸出低電平，這樣編碼器就能夠輸出如上圖所示的脈沖信號，通過(guò)單片機輸入捕獲或專(zhuān)用編碼器接口就能夠檢測出電機轉速。

在ROS系統中，程序需要知道電機是正傳還是反轉，為了實(shí)現這個(gè)功能。 在輸出脈沖上采用了兩相(A相，B相)相隔90度的脈沖信號。 這樣在電機旋轉時(shí)，通過(guò)判斷A相與B相的先后關(guān)系便能夠確定的正反轉。

在實(shí)際應用中我們只需要使用STM32的正交編碼器接口，便可以輕松愉快地得到電機轉速與方向。

霍爾編碼器

與光電編碼器相似，霍爾編碼器通過(guò)霍爾傳感器檢測磁場(chǎng)的變化來(lái)輸出脈沖信號，如下圖所示為用于檢測磁極變化的傳感器，當正對著(zhù)的磁極發(fā)生變化時(shí)(比如N級切換到S級)，霍爾傳感器的輸出腳便會(huì )出現高低電平的切換(比如低電平切換到高電平)。

霍爾編碼器只有霍爾傳感器是不能工作的，還需要用到觸發(fā)霍爾傳感器輸出信號改變的磁環(huán)。

顧名思義，圖中的磁環(huán)中內嵌了很多磁極，磁極成交錯排列(N-S-N-S... ),這樣只需要將兩個(gè)霍爾傳感器按照90度電角度安裝固定后，讓霍爾磁環(huán)隨著(zhù)電機轉子一同旋轉，就能夠輸出與光電編碼器相似的正交脈沖信號。

編碼器接口電路

編碼器接口電路，比較簡(jiǎn)單。 在霍爾信號輸入口出增加濾波電路，濾除傳輸線(xiàn)上的信號干擾，然后送往單片機進(jìn)行電機速度計算。