旋转编码器的工作原理以及如何在Arduino中使用

风筝

在本篇文章中，我们将学习旋转编码器的工作原理以及如何将其与Arduino开发板一起使用。旋转编码器是一种位置传感器，用于确定旋转轴的角度位置。它根据旋转运动产生模拟或数字电信号。

有许多不同类型的旋转编码器，可通过输出信号或传感技术进行分类。在本篇文章中，我们使用的特定旋转编码器是增量式旋转编码器，它是测量旋转的最简单的位置传感器。

该旋转编码器也称为正交编码器或相对旋转编码器，其输出是一系列方波脉冲。

旋转编码器的工作原理

让我们详细了解编码器，看看它的工作原理。以下是方波脉冲的产生方式：编码器有一个带有均匀间隔的接触区的磁盘，它们连接到公共引脚C和另外两个独立的接触引脚A和B，如下图所示。

当磁盘逐步开始旋转时，引脚A和B将开始与公共引脚接触，并相应地产生两个方波输出信号。

如果我们只计算信号的脉冲，则可以使用两个输出中的任何一个来确定旋转位置。但是，如果我们想要确定旋转方向，我们需要同时考虑两个信号。

我们可以注意到两个输出信号相互错开了90度。如果编码器顺时针旋转，则输出A将在输出B之前。

因此，如果我们计算每次信号变化时的步数，从高到低或从低到高，我们可以注意到那时两个输出信号具有相反的值。反之亦然，如果编码器逆时针旋转，则输出信号具有相等的值。因此，考虑到这一点，我们可以轻松地对控制器进行编程，以读取编码器位置和旋转方向。

旋转编码器Arduino示例

让我们用Arduino开发板做一个实际的例子吧。我将用于此示例的特定模块位于分线板上，它有五个引脚。第一个引脚是输出A，第二个引脚是输出B，第三个引脚是Button引脚，当然另外两个引脚是VCC和GND引脚。

我们可以将输出引脚连接到Arduino开发板的任何数字引脚。

本篇文章所需的组件如下所示：

●    旋转编码器模块

●    Arduino开发板

●    面包板和跳线

源代码

以下是该示例的Arduino代码：

1. #define outputA 6
   
2. #define outputB 7
   
3. int counter = 0;
   
4. int aState;
   
5. int aLastState;  
   
6. void setup() {
   
7.    pinMode (outputA,INPUT);
   
8.    pinMode (outputB,INPUT);
   
9.    
   
10.    Serial.begin (9600);
    
11.    // Reads the initial state of the outputA
    
12.    aLastState = digitalRead(outputA);   
    
13. }
    
14. void loop() {
    
15.    aState = digitalRead(outputA); // Reads the "current" state of the outputA
    
16.    // If the previous and the current state of the outputA are different, that means a Pulse has occured
    
17.    if (aState != aLastState){     
    
18.      // If the outputB state is different to the outputA state, that means the encoder is rotating clockwise
    
19.      if (digitalRead(outputB) != aState) {
    
20.        counter ++;
    
21.      } else {
    
22.        counter --;
    
23.      }
    
24.      Serial.print("Position: ");
    
25.      Serial.println(counter);
    
26.    }
    
27.    aLastState = aState; // Updates the previous state of the outputA with the current state
    
28. }

复制代码

代码描述：首先，我们需要定义编码器所连接的引脚，并定义程序所需的一些变量。在setup()函数部分，我们需要将两个引脚定义为输入，启动串行通信以在串行监视器上打印结果，以及读取输出A的初始值并将值放入变量aLastState中。

然后在loop()函数部分我们再次读取输出A，但现在我们将值放入aState变量。因此，如果我们旋转编码器并生成脉冲，则这两个值将不同，并且第一个“if”语句将变为true。在那之后使用第二个“if”语句，我们确定旋转方向。如果输出B状态与输出A状态不同，则计数器将增加1，否则它将减小。最后，在串行监视器上打印结果后，我们需要使用aState变量更新aLastState变量。

这就是我们在这个例子中所需要的一切。如果上传代码，启动串行监视器并开始旋转编码器，我们将开始获取串行监视器中的值。我拥有的特定模块每个完整周期计数30个。

示例2 - 使用旋转编码器控制步进电机

除了这个基本示例之外，我再举一个使用旋转编码器控制步进电机位置的例子。

以下是该示例的Arduino代码：

1. #include <LiquidCrystal.h> // includes the LiquidCrystal Library
   
2. LiquidCrystal lcd(1, 2, 4, 5, 6, 7); // Creates an LC object. Parameters: (rs, enable, d4, d5, d6, d7)
   
3. // defines pins numbers
   
4. #define stepPin 8
   
5. #define dirPin  9
   
6. #define outputA 10
   
7. #define outputB 11
   
8. int counter = 0;
   
9. int angle = 0;
   
10. int aState;
    
11. int aLastState;  
    
12. 
    
13. void setup() {
    
14.   // Sets the two pins as Outputs
    
15.   pinMode(stepPin,OUTPUT);
    
16.   pinMode(dirPin,OUTPUT);
    
17.   pinMode (outputA,INPUT);
    
18.   pinMode (outputB,INPUT);
    
19.   
    
20.   aLastState = digitalRead(outputA);
    
21.   lcd.begin(16,2); // Initializes the interface to the LCD screen, and specifies the dimensions (width and height) of the display }
    
22. }
    
23. void loop() {
    
24.   aState = digitalRead(outputA);
    
25.   
    
26.   if (aState != aLastState){     
    
27.      if (digitalRead(outputB) != aState) {
    
28.        counter ++;
    
29.        angle ++;
    
30.        rotateCW();  
    
31.      }
    
32.      else {
    
33.        counter--;
    
34.        angle --;
    
35.        rotateCCW();
    
36.      }
    
37.      if (counter >=30 ) {
    
38.       counter =0;
    
39.      }
    
40.      
    
41.      lcd.clear();
    
42.      lcd.print("Position: ");
    
43.      lcd.print(int(angle*(-1.8)));
    
44.      lcd.print("deg");
    
45.      lcd.setCursor(0,0);
    
46.      
    
47.    }
    
48.   aLastState = aState;
    
49. }
    
50. void rotateCW() {
    
51.   digitalWrite(dirPin,LOW);
    
52.     digitalWrite(stepPin,HIGH);
    
53.     delayMicroseconds(2000);
    
54.     digitalWrite(stepPin,LOW);
    
55.     delayMicroseconds(2000);
    
56. }
    
57. void rotateCCW() {
    
58.   digitalWrite(dirPin,HIGH);
    
59.     digitalWrite(stepPin,HIGH);
    
60.     delayMicroseconds(2000);
    
61.     digitalWrite(stepPin,LOW);
    
62.     delayMicroseconds(2000);   
    
63. }

复制代码

以上就是本篇文章的全部内容，如果遇到任何问题，请随时在本帖下面进行回复。

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