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

旋转编码器模块原理图

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。

工作原理图

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。

A、B换向时信号

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

旋转编码器实验电路图

旋转编码器实验实物接线图

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。

实验打印结果截图

#!/usr/bin/env python
import RPi.GPIO as GPIO
import time

RoAPin = 11    # CLK Pin
RoBPin = 12    # DT Pin
BtnPin = 13    # Button Pin

globalCounter = 0

flag = 0
Last_RoB_Status = 0
Current_RoB_Status = 0

def setup():
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)       # Numbers GPIOs by physical location
    GPIO.setup(RoAPin, GPIO.IN)    # input mode
    GPIO.setup(RoBPin, GPIO.IN)
    GPIO.setup(BtnPin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)

def rotaryDeal():
    global flag
    global Last_RoB_Status
    global Current_RoB_Status
    global globalCounter
    Last_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0
        Current_RoB_Status = GPIO.input(RoBPin)  #旋转时的当前值
        flag = 1
    if flag == 1:
        flag = 0
        if (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 globalCounter
    globalCounter = 0

def loop():
    global globalCounter
    tmp = 0 # Rotary Temperary

    GPIO.add_event_detect(BtnPin, GPIO.FALLING, callback=btnISR)
    #当按下按钮时，调用回调函数btnISR
    while True:
        rotaryDeal()
        if tmp != globalCounter:
            print 'globalCounter = %d' % globalCounter
            tmp = globalCounter

def destroy():
    GPIO.cleanup()             # Release resource

if __name__ == '__main__':     # Program start from here
    setup()
    try:
        loop()
    except KeyboardInterrupt:  # When 'Ctrl+C' is pressed, the child program destroy() will be  executed.
        destroy()