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编码器设置

步骤1.实例化 Encoder 类

要初始化编码器，你需要提供编码器 A 和 B通道引脚，编码器的 PPR 和 可选的index 引脚。

/63/  Encoder(int encA, int encB , int cpr, int index)
//  - encA, encB    - 编码器 A 和 B 引脚
//  - ppr           - 每转脉冲数 (cpr=ppr*4)
//  - index pin     -（可选输入）
Encoder encoder = Encoder(2, 3, 8192, A0);

步骤2.配置

Encoder实例化后需要对齐进行配置。我们可以配置的第一个特性是启用或禁用Quadrature 模式。如果编码器以正交模式运行，则通过检测信号 A 和 B - CPR = 4xPPR的每次 CHANGE ，其每次旋转的脉冲数(PPR)增加四倍。因为编码器PPR过高时Arduino可能无法处理，最好不要使用Quadrature 模式。默认情况下，所有编码器都使用Quadrature mode。如果你想启用或禁用这个参数，请在init() 调用之前在Arduino setup() 函数中执行:

//  正交模式启用和禁用
//  Quadrature::ON - CPR = 4xPPR  - 默认开启
//  Quadrature::OFF - CPR = PPR
encoder.quadrature = Quadrature::OFF;

CPR, PPR?!

PPR(每转脉冲数)——这是编码器每转脉冲数的物理量。 CPR(每转计数)-这是编码器完全旋转后计数器中的数字。 现在，取决于你使用Quadrature模式(计算脉冲边沿)或不使用(仅计算上升沿)，对相同的PPR会有有不同的CPR。 对于Quadrature模式，有CPR= 4xPPR，如果不使用Quadrature模式，有CPR=PPR

此外，编码器还有一个更重要的参数，上拉。很多编码器都需要上拉，如果你有一个需要上拉电阻的编码器，但你手上没有上拉电阻，则可以使用Arduino pullups的encoder.pullup 值来设置。默认值设置为Pullup::USE_EXTERN 但如果你想改用MCU的内部上拉，可以:

// 检查是否需要内部上拉
// Pullup::USE_EXTERN - 增加外部上拉  - 默认
// Pullup::USE_INTERN - 需要 arduino 内部上拉
encoder.pullup = Pullup::USE_INTERN;

Arduino Pullup 20kΩ

使用内部上拉时要小心，Arduino有比较高的20kΩ左右的上拉电阻，这意味着可能较高转速下(较短的脉冲持续时间)会出现一些问题。推荐的上拉值在1kΩ到5kΩ之间。.

步骤3.编码器中断设置

有两种使用Simple FOC库运行编码器的方法。

软件中断

使用硬件外部中断通常会得到更好和更可靠的性能，但是软件中断在较低的速度下也运行得很好，特别是在没有足够的硬件中断引脚的板上。有了这个功能基本上可以在这些板上实现FOC。

硬件外部中断

Arduino UNO有两个硬件外部中断引脚，pin 2 和 3，Arduino Mega有6个中断引脚， 2, 3, 18, 19, 20和 2 ，而STM32如Nucleo和Bluepill可以以任意引脚为中断引脚，使实现更加容易。对于Arduino Uno，编码器通道 A 和 B 必须连接到pins 2 和 3，以便使用硬件中断。

SimpleFOC的 Encoder 类已经实现了初始化和编码器 A 和 B通道回调。你所需要做的就是定义两个函数 doA() 和 doB()，编码器回调函数中的的buffer函数

encoder.handleA() 和 encoder.handleB().

// 中断例程初始化
void doA(){encoder.handleA();}
void doB(){encoder.handleB();}

并将这些函数提供给编码器中断初始化函数 encoder.enableInterrupts()

// 启用编码器硬件中断
encoder.enableInterrupts(doA, doB)

你可以自行命名buffer函数。将它们提供给 encoder.enableInterrupts() 是很重要的。这个过程是可伸缩性和简单性之间的权衡。这可以实现一个MCU连接多个编码器。你所需要做的就是实例化新的 Encoder class并创建新的buffer函数。例如:

// 编码器 1
Encoder enc1 =  Encoder(...);
void doA1(){enc1.handleA();}
void doB1(){enc1.handleB();}
// 编码器 2
Encoder enc2 =  Encoder(...);
void doA2(){enc2.handleA();}
void doB2(){enc2.handleB();}

void setup(){
...
  enc1.init();
  enc1.enableInterrupts(doA1,doB1);
  enc2.init();
  enc2.enableInterrupts(doA2,doB2);
...
}

index引脚的配置

为了有效地读取index引脚 ，SimpleFOC library 可以使用与通道 A 和 B相同的方法。首先，你需要提供 Encoder类的index引脚编号:

Encoder encoder = Encoder(pinA, pinB, cpr, index_pin);

如果你用的Arduino board，比如Arduino Mega，有超过2个硬件中断，你可以将你的index引脚链接到硬件中断引脚(例如Arduino Mega 引脚21)。代码示例如下:

Encoder encoder =  Encoder(2,3,600,21);
// A和B引脚中断例程 
void doA(){encoder.handleA();}
void doB(){encoder.handleB();}
void doIndex(){encoder.handleIndex();}

void setup(){
  ...
  encoder.enableInterrupts(doA,doB,doIndex);
  ...
  }

函数 enableInterrupts 可以处理所有初始化。

如果你用的是Arduino UNO来运行这个算法，但没有足够的硬件中断引脚，就需要使用软件中断库，如PciManager library。使用带有index的编码器的Arduino UNO代码如下:

Encoder encoder =  Encoder(2,3,600,A0);
// A和B引脚中断例程 
void doA(){encoder.handleA();}
void doB(){encoder.handleB();}
void doIndex(){encoder.handleIndex();}

// I引脚使用软件中断监听器
PciListenerImp listenerIndex(encoder.index_pin, doIndex);

void setup(){
  ...
  // A和B引脚使用硬件中断
  encoder.enableInterrupts(doA,doB);
  // I引脚使用软件中断
  PciManager.registerListener(&listenerIndex);
  ...
  }

如果你跑的程序占用了所有的硬件中断引脚，同样可以用上面的程序来配置引脚A和B。软件中断的效果不亚于硬件中断，，尤其是在你没有其他选择的情况下。每转一圈，index 引脚产生一个中断，它不是必要的，所以性能上软件或硬件中断不会改变太多。

为了更好地探索编码器功能与硬件和软件中断方法的差异，请检查编码器示例 encoder_example.ino 和 encoder_software_interrupts_example.ino.

软件中断引脚

如果你无法使用Arduino UNO的pin 2 和 3 ，或者想使用多个编码器，你就必须使用软件中断方法。

我建议使用PciManager library.

在代码中使用这个库的步骤与 hardware interrupt非常相似。SimpleFOC Encoder 类提供所有 A, B 和 Index 通道的回调，但Simple FOC library 不会初始化中断。

为了使用 PCIManager，你需要将它include进你的代码中:

#include <PciManager.h>
#include <PciListenerImp.h>

下一步和前面一样，初始化新 Encoder 的实例。

Encoder encoder = Encoder(10, 11, 8192);
// A 和 B 中断调回 buffers
void doA(){encoder.handleA();}
void doB(){encoder.handleB();}

然后声明监听器 PciListenerImp :

// 初始化编码器中断
PciListenerImp listenerA(encoder.pinA, doA);
PciListenerImp listenerB(encoder.pinB, doB);

最后，在运行 encoder.init() 之后，跳过 encoder.enableInterrupts() 并调用PCIManager library来注册所有编码器通道的中断。

// 初始化编码器硬件
encoder.init();
// 初始化中断
PciManager.registerListener(&listenerA);
PciManager.registerListener(&listenerB);

就是这样，非常简单。如果你想要多个编码器，你只需初始化新的 Encoder实例，创建新的A 和 B 回调，初始化新的监听器。下面是一个简单的例子:

// 编码器 1
Encoder enc1 =  Encoder(9, 10, 8192);
void doA1(){enc1.handleA();}
void doB1(){enc1.handleB();}
PciListenerImp listA1(enc1.pinA, doA1);
PciListenerImp listB1(enc1.pinB, doB1);

// 编码器 2
Encoder enc2 =  Encoder(13, 12, 8192);
void doA2(){enc2.handleA();}
void doB2(){enc2.handleB();}
PciListenerImp listA2(enc2.pinA, doA2);
PciListenerImp listB2(enc2.pinB, doB2);

void setup(){
...
  // 编码器 1
  enc1.init();
  PciManager.registerListener(&listA1);
  PciManager.registerListener(&listB1);
  // 编码器 2
  enc2.init();
  PciManager.registerListener(&listA2);
  PciManager.registerListener(&listB2);
...
}

你可以查看 HMBGC_example.ino 示例，以查看该代码的实际操作。

index引脚的配置

在软件中断的情况下使用index pin是非常简单的。你只需要将它作为附加参数提供给 Encoder 的初始化。

Encoder encoder = Encoder(pinA, pinB, cpr, index_pin);

然后，创建与 A 和 B 通道相同类型的回调buffer函数，并使用PCIManager 初始化和注册 index通道的监听器。下面是一个示例:

// 初始化类
Encoder encoder =  Encoder(9, 10, 8192,11);
void doA(){encoder.handleA();}
void doB(){encoder.handleB();}
void doIndex(){encoder.handleIndex();}
// 初始化监听器
PciListenerImp listenerA(encoder.pinA, doA);
PciListenerImp listenerB(encoder.pinB, doB);
PciListenerImp listenerIndex(encoder.index_pin, doIndex);

void setup(){
...
  // 启动硬件
  enc1.init();
  // 启用中断
  PciManager.registerListener(&listenerA);
  PciManager.registerListener(&listenerB);
  PciManager.registerListener(&listenerIndex);
...
}

步骤4.实时使用编码器

在这个库中有两种使用编码器的方法:

  • 作为电机位置传感器用于FOC算法
  • 作为独立位置传感器

用于FOC算法的位置传感器

要利用这个库通过编码器实现FOC算法，一旦你初始化了 encoder.init() 它和启用了中断 encoder.enableInterrupts(...) 你只需要通过执行以下命令将它链接到BLDC电机:

motor.linkSensor(&encoder);

独立的传感器

要获得编码器的角度和速度，你可以使用public方法:

class Encoder{
 public:
    // 获取轴速度
    float getVelocity();
	  // 获取轴角度
    float getAngle();
}

下面是一个简单的例子:

#include <SimpleFOC.h>

Encoder encoder = Encoder(2, 3, 8192);
// 初始化中断例程
void doA(){encoder.handleA();}
void doB(){encoder.handleB();}

void setup() {
  // 监视点
  Serial.begin(115200);

  // 启用/禁用正交模式
  encoder.quadrature = Quadrature::ON;

  // 检查是否需要内部上拉
  encoder.pullup = Pullup::USE_EXTERN;
  
  // 初始化磁传感器硬件
  encoder.init();
  // 启用硬件中断
  encoder.enableInterrupts(doA, doB);

  Serial.println("Encoder ready");
  _delay(1000);
}

void loop() {
  // 在终端显示角度和角速度
  Serial.print(encoder.getAngle());
  Serial.print("\t");
  Serial.println(encoder.getVelocity());
}