光电编码器测速

一种基于光电编码器和Matlab曲线拟合的测速方法作者：广东海洋大学电子信息工程系王嘉斌大家都知道，对于电机速度的测量方法有很多种，其中比较经典有M法测速、T法测速和MT法测速。

而在这里，我要介绍的是一种非常适合于飞思卡尔智能车的基于光电编码器的测速方法。

这里以200P/R的为例，它每转一周就会输出200个脉冲，通过单片机的脉冲捕捉功能就能检测到编码器输出的脉冲数。

众所周知，电机的转速是通过PWM的占空比来控制，想到这里，我们可以提出这样的一个疑问：既然占空比决定电机转速，而转速可以通过编码器输出的脉冲个数来表示，那么电机的PWM占空比跟编码器输出的脉冲个数是不是有某种必然的关系呢？答案是肯定的。

没错，占空比跟脉冲个数之间一定有种必然的关系！这种关系可能是线性的，也可能是非线性的。

在偏差允许的范围内，我们一般会选择线性的。

原因很简单，线性的让单片机计算起来肯定要快一些。

既然怀疑这两者之间有某种联系，那么我们就要想办法去找出它们之间的关系来。

首先，我们得先做一件事——测量。

通过测量不同占空比所对应的脉冲个数，再通过一定的数据处理（例如多次测量求平均值），得到两组对应的数据。

本人是通过先编写好程序，在程序中设置6种不同的速度值，即6种电机的PWM占空比值，然后通过每10ms的中断来读取编码器输出的脉冲个数。

因为都是10ms，所以每次读取到的脉冲个数都相差不大，最多差9个脉冲，为了减小测量误差，我取了4组数，然后对这4组数取平均值。

这样，就得到了一组电机PWM占空比跟编码器脉冲个数的数据。

对所得到的数据，我们可以借助Matlab这个强大的数学工具来处理。

主要用的是Matlab 的曲线拟合功能。

下面我将为大家介绍一下相关的操作步骤。

首先，我们把得到的占空比和脉冲个数以数组的形式输入到Matlab中（x代表占空比，y为脉冲个数）：x=[100,200,300,400,500,600];y=[123,350,560,763,970,1206]; 然后再输入曲线拟合工具箱cftool(x,y)命令，此时Matlab会自动弹出一个新的窗口（如下图1）进入曲线拟合工具箱界面“Curve Fitting tool”后，按下面步骤操作：（1）点击“Data”按钮，弹出“Data”窗口；（2）利用X data和Y data的下拉菜单读入数据x,y，可修改数据集名“Data set name”，然后击“Create data set”按钮窗口，退出“Data”，返回工具箱界面，这时会自动画出数据集的曲线图（图2）；图2（3）点击“Fitting”按钮，弹出“Fitting”窗口；（4）点击“New fit”按钮，可修改拟合项目名称“Fit name”，通过“Data set”下拉菜单选择数据集,然后通过下拉菜单“Type of fit”，选择拟合曲线的类型，在这里我们直接选择Polynomial：多形式逼近中的liner类型；（5）类型设置完成后，点击“Apply”按钮，就可以在Results框中得到拟合结果（图3）。

光电编码器实现小车测速探讨编码器是一种测量对角位移的传感器，光电编码器属于众多编码器中的一类。

当前，光电编码器已被广泛应用于机电测控的各个行业，例如：旋转平台、机器人、导弹发射角度、织物记长、停床刀的定位等等。

针对光电编码器的原理，就其如何实现对小车速度的测量进行分析。

标签：光电编码器；原理；小车速度1、光电编码器的分类概述光电编码器分为增量式和绝对式两种类别。

其中，增量式光电编码器具有体积小、结构简单、精度高、价格低、性能稳定、影响速度快等优点，因此，相比于绝对式光电编码器具有更为广泛的应用。

在大量程角速度、大量程角位移和高分辨率的系统当中，增量式光电编码器的优势得到了更为充分的体现。

这样的装置成本高、结构复杂。

2、光电编码器的工作原理分析2.1增量式光电编码器工作原理分析增量式光电编码器是由主码盘、光学系统、鉴向盘和光电变换器构成的，在主码盘的周边刻有相等节距的辐射状窄缝，形成分布均匀的不透明区和透明区。

当工作时，鉴向盘保持静止，转轴和主码盘一同转动，这时光源发出的光就投射于鉴向盘和主码盘上，通过光敏原件的作用，将这种光信号转变成为脉冲信号，通过对脉冲信号的处理，向数控系统输出另一种脉冲信号，进而在数码管上直接显示出所测的位移量。

2.2绝对式光电编码器工作原理分析绝对式光电编码器是将被测角度通过对编码盘上图案信息的读取，直接转化成为相应的代码检测元件。

绝对式光电编码器的编码盘有接触式、光电式和电磁式三种。

光电元件通过接收不同码盘位置所产生的光信号，将其转化为相应的电信号，后经过整形放大，最终形成相应的数码电信号。

3、光电编码器测量小车速度3.1光电编码器测量小车速度的原理光电编码器是由一个红外发射接受装置和一个码盘构成。

当红外光由发射器射出，射于黑色条纹上时，将被间断地反射于接收器上，在接收器的输入端会受到通轮子转速为正比关系的光脉冲信号，进而在接收器的输出端形成具有一定频率的电信号。

再利用微处理器对电脉冲进行计算，就可以得到小车的移动速度。

编码器输出的A向脉冲接到单片机的外部中断INT0，B向脉冲接到I/O端口P1.0。

当系统工作时，首先要把INT0设置成下降沿触发，并开相应中断。

当有有效脉冲触发中断时，进行中断处理程序，判别B脉冲是高电平还是低电平，若是高电平则编码器正转，加1计数；若是低电平则编码器反转，减1计数。

基于51单片机的直流电机PID闭环调速系统原理详解与程序(2013-08-04 01:18:15)转载▼标签：分类：单片机51单片机直流电机pidpcf8591基于51单片机的直流电机PID闭环调速系统1.电机转速反馈：原理：利用光电编码器作为转速的反馈元件，设电机转一周光电编码器发送N个PWM波形，利用测周法测量电机转速。

具体实现：将定时器0设置在计数模式，用来统计一定的时间T内接受到的脉冲个数M个，而定时器0置在计时模式，用来计时T时间。

则如果T时间接受到M个PWM波形，而电机转一圈发出N个PWM波形，则根据测周法原理，电机的实际的转速为：real_speed=M/（N*T），单位转/秒。

若将定时器1置在计数模式，则PWM波形应该由P3^3脚输入。

代码实现：//定时器0初始化，用来定时10msvoid Init_Timer0(void){TMOD |= 0x01; //使用模式1，16位定时器，且工作在计时模式TH0=(65536-10000)/256; //定时10msTL0=(65536-10000)%6;EA=1; //总中断打开ET0=1; //定时器中断打开TR0=1; //定时器开关打开}// 计数器1初始化，用来统计定时器1计时250ms内PWM波形个数void Init_Timer1(void){TMOD |= 0x50; //使用计数模式1，16位计数器模式TH1=0x00; //给定初值，由0往上计数TL1=0x00;EA=1; //总中断打开ET1=1; //定时器中断打开TR1=1; //定时器开关打开}//定时器0的中断服务子函数，主要完成脉冲个数的读取，实际转速的计算和PID 控制以及控制结//果输出等工作void Timer0_isr(void) interrupt 1{unsigned char count;TH0=(65536-10000)/256; //重新赋值 10msTL0=(65536-10000)%6;count++;if (count==25) //如果达到250ms，则计算一次转速并进行一次控制运算{count=0;//清零以便于定时下一个250msTR1=0;//关闭定时器1，统计脉冲个数real_speed=(256*TH1+TL1)*4/N;//250ms内脉冲个数并由此计算转速TH1=0x00; //计数器1清零，重新开始计数TL1=0x00;TR1=1;OUT=contr_PID();//进入PID控制，PID控制子函数代码在后面给出write_add(0x40,OUT);//进行DA转换，将数字量转换为模拟量，后面会介绍到 }}2.PID控制：PID的基本原理在这里不作具体讲解，这里主要给出PID算法的实现，通过调节结构体中比例常数（Proportion）、积分常数（Integral）、微分常数（ Derivative）使得转速控制达到想要的精度。

光电编码器测量电机转速的方法光电编码器测量电机转速的方法可以利用定时器/计数器配合光电编码器的输出脉冲信号来测量电机的转速。

具体的测速方法有M法、T法和M/T法3种。

一、M法又称之为测频法，其测速原理是在规定的检测时间Tc内，对光电编码器输出的脉冲信号计数的测速方法，例如光电编码器是N线的，则每旋转一周可以有4N个脉冲，因为两路脉冲的上升沿与下降沿正好使编码器信号4倍频。

现在假设检测时间是Tc，计数器的记录的脉冲数是M1，在实际的测量中，时间Tc内的脉冲个数不一定正好是整数，而且存在最大半个脉冲的误差。

如果要求测量的误差小于规定的范围，比如说是小于百分之一，那么M1就应该大于50。

在一定的转速下要增大检测脉冲数M1以减小误差，可以增大检测时间Tc单考虑到实际的应用检测时间很短，例如伺服系统中的测量速度用于反馈控制，一般应在0.01秒以下。

由此可见，减小测量误差的方法是采用高线数的光电编码器。

M法测速适用于测量高转速，因为对于给定的光电编码器线数N机测量时间Tc条件下，转速越高，计数脉冲M1越大，误差也就越小。

二、T法也称之为测周法，该测速方法是在一个脉冲周期内对时钟信号脉冲进行计数的方法。

为了减小误差，希望尽可能记录较多的脉冲数，因此T法测速适用于低速运行的场合。

但转速太低，一个编码器输出脉冲的时间太长，时钟脉冲数会超过计数器最大计数值而产生溢出;另外，时间太长也会影响控制的快速性。

与M法测速一样，选用线数较多的光电编码器可以提高对电机转速测量的快速性与精度。

三、M/T法M/T法测速是将M法和T法两种方法结合在一起使用，在一定的时间范围内，同时对光电编码器输出的脉冲个数M1和M2进行计数。

实际工作时，在固定的Tc时间内对光电编码器的脉冲计数，在第一个光电编码器上升沿定时器开始定时，同时开始记录光电编码器和时钟脉冲数，定时器定时Tc时间到，对光电编码器的脉冲停止计数，而在下一个光电编码器的上升沿到来时刻，时钟脉冲才停止记录。

光电编码器在测速系统中的应用【摘要】：光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，这是目前应用最多的传感器之一。

【关键词】：光电编码器；DSP；测速1. 光电编码器的基本原理光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，这是目前应用最多的传感器之一。

光电编码器每转输出600个脉冲，五线制。

其中两根为电源线，三根为脉冲线(A相、B相、Z)。

电源的工作电压为（+5～+24V）直流电源。

光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。

光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。

由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号。

光电编码器的工作原理如图 1 所示，在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条，在圆盘两侧，安放发光元件和光敏元件。

当圆盘旋转时，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变为脉冲，码盘上有相标志，每转一圈输出一个脉冲。

此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差为90 的两路脉冲信号。

A线用来测量脉冲个数,B线与A线配合可测量出转动方向，N为电机转速。

Δn=ND测-ND 理，如图1所示。

2. 光电编码器的测速原理采用光电编码器完成反馈控制的原理如图2所示。

光电编码器与电动机主轴直接联接，从而使编码器转速与电机完全一致。

其工作原理是: 光电编码器随电机旋转，产生与转速成正比的两相(A相、B 相) 相差90°相位角的正交编码脉冲。

如果A相脉冲比B相脉冲超前则光电编码器为正转，否则为反转。

A 线用来测量脉冲个数，B线与A线配合可测量出转动方向。

由此可测出电机转速与转向。

光电编码器在低速时输出脉冲数较少，按一般的方法应用很难保证精确性。

为了提高测量精度和分辨率，除选用高分辨的光电编码器外，还可以将编码器的输出脉冲进行多倍频细分，再由计数器对产生的多倍频脉冲信号进行计数。

基于51单片机的光电编码器测速课程设计报告课程名称: 微机原理课程设计题目: 基于51单片机的光电编码器测速摘要光电编码器是高精度位置控制系统常用的一种位移检测传感器。

在位置控制系统中，由于电机既可能正转，也可能反转，所以要对与其相连的编码器输出的脉冲进行计数，要求相应的计数器既能实现加计数，又能实现减计数，即进行可逆计数。

其计数的方法有多种，包括纯粹的软件计数和硬件计数。

文中分别对这两种常用的计数方法进行了分析，对其优缺点进行了对比，最后提出了一种新的计数方法，利用80C51单片机内部的计数器实现对光电编码器输出脉冲的加减可逆计数，既节省了硬件资源，又能得到较高的计数频率。

本设计就是由单片机STC89C52RC 芯片，光电编码器和1602液晶为核心，辅以必要的电路，构成了一个基于51单片机的光电编码器测速器。

该系统有两个控制按键，分别用于控制每秒的转速和每分钟的转速，并将速度用1602液晶显示出来。

该测速器测速精准，具有实时检测的功能，操作简单。

关键词:光电编码器，51单片机，C语言，1602液晶2目录一、设计任务与要求 ..................................................................... (4)1.1 设计任务 ..................................................................... . (4)1.2 设计要求 ..................................................................... . (4)二、方案总体设计 ..................................................................... . (5)2.1 方案一 ..................................................................... .. (5)2.2 方案二 ..................................................................... .. (5)2.3 系统采用方案 ..................................................................... ............................................... 5 三、硬件设计 ..................................................................... (7)3.1 单片机最小系统 ..................................................................... . (7)3.2 液晶显示模块 ..................................................................... .. (7)3.3 系统电源 ..................................................................... . (8)3.4光电编码器电路 ..................................................................... .. (8)3.5 整体电路 ..................................................................... . (9)四、软件设计 ..................................................................... . (10)4.1 keil软件介绍 ..................................................................... .. (10)4.2 系统程序流程 ..................................................................... ............................................. 10 五、仿真与实现 ..................................................................... (12)5.1 proteus软件介绍 ..................................................................... .. (12)5.2 仿真过程 ..................................................................... .. (12)5.3 实物制作与调试 ..................................................................... .. (13)5.4 使用说明 ..................................................................... ..................................................... 14 六、总结 ..................................................................... (15)6.1 设计总结 ..................................................................... .. (15)6.2 经验总结 ..................................................................... ..................................................... 15 七、参考文献 ..................................................................... . (16)3一、设计任务与要求1.1 设计任务1).对更多小器件的了解2).巩固51单片机和C语言的知识，熟悉单片机和C语言的实际操作运用3).掌握仿真软件的运用和原理图的绘制4).加深焊接的技巧，提高焊接的能力5).熟悉调试方法和技巧，提高解决实际问题的能力6).熟悉设计报告的编写过程1.2 设计要求1).两个按键控制显示每分钟和每秒钟的功能2).74LS74辅助光电编码器测转向3).光电编码器输出脉冲计数4).1602液晶显示转速4二、方案总体设计设计一个基于51单片机的光电编码器测测速。

光电编码器测速公式引言：光电编码器是一种常用的测速装置，它通过光电传感器和编码盘的配合工作，可以准确测量物体的转速。

在工业控制、机械制造和自动化领域中，光电编码器被广泛应用于测速、位置控制和运动监测等方面。

本文将详细介绍光电编码器的测速公式，以帮助读者更好地理解和应用这一技术。

正文：一、光电编码器的基本原理1.1 光电传感器光电传感器是光电编码器中的核心部件，它通过感知光的变化来检测物体的运动。

光电传感器通常由发光二极管（LED）和光敏电阻器（光电二极管或光敏三极管）组成。

当物体经过光电传感器时，光线被遮挡或反射，使光敏电阻器的电阻值发生变化，从而产生电信号。

1.2 编码盘编码盘是光电编码器中的另一个重要组成部分，它通常由透明材料制成，并在表面刻有一系列的透明和不透明条纹。

当编码盘随着物体的转动而旋转时，光线通过透明和不透明条纹的变化，使光电传感器接收到不同的光信号。

1.3 光电编码器的工作原理光电编码器的工作原理是基于光电传感器和编码盘的配合工作。

当物体转动时，编码盘随之旋转，光线通过透明和不透明条纹的变化，使光电传感器接收到不同的光信号。

通过计算光信号的变化频率和编码盘的刻度数，可以准确测量物体的转速。

二、光电编码器的测速公式2.1 脉冲计数法光电编码器的测速公式可以通过脉冲计数法来推导。

脉冲计数法是一种常用的测速方法，它通过计算单位时间内接收到的脉冲数来确定物体的转速。

测速公式可以表示为：速度（V）= 脉冲数（N）/ 时间（T）2.2 脉冲频率法脉冲频率法是另一种常用的测速方法，它通过计算单位时间内接收到的脉冲频率来确定物体的转速。

测速公式可以表示为：速度（V）= 脉冲频率（f）/ 编码盘的刻度数（N）2.3 脉冲周期法脉冲周期法是一种更精确的测速方法，它通过计算单位时间内接收到的脉冲周期来确定物体的转速。

测速公式可以表示为：速度（V）= 1 / 脉冲周期（T）* 编码盘的刻度数（N）三、光电编码器的应用3.1 工业控制光电编码器在工业控制领域中广泛应用于转速控制、位置反馈和运动监测等方面。

IPM的一般特点IPM与以往IGBT模块及驱动电路的组件相比具有如下特点1．内含驱动电路。

设定了最佳的IGBT驱动条件，驱动电路与IGBT的距离很短，输出阻抗很低，因此，不需要加反向偏压力。

所需要电源为下桥臂1组，上桥臂3组，共4组。

2．内含过电流保护（OC），短路保护（SC）。

由于是通过检测各IGBT集电极电流实现保护的，故不管哪个IGBT发生异常，都能保护，特别是下桥臂和对地短路的保护。

3．内含驱动电源欠电压保护（UV）。

每个驱动回路都具有UV保护功能。

当驱动电源电压Ucc小于规定值Uuv时，产生欠电压保护。

4．内含过热保护（OH）。

OH是防止IGBT，FRD（快恢复二极管）过热的保护功能。

IPM模块内部的绝缘基板上设有温度检测元件，检测绝缘基板温度TcOH（IGBT，FRD芯片异常发热后的保护动作比较慢）。

R-IPM进一步在各IGBT芯片内设有温度检测元件，对于芯片的异常发热能高速实现OH保护（TJOH）。

5．内含报警输出（ALM）。

ALM是向外部输出故障报警的一种功能，当OH 及下桥臂OC，TjOH，UV保护动作时，通过向控制IPM的微处理器输出异常信号，能切实停止系统。

6．内含制动电路。

和逆变桥一样，内含IGBT，FRD，驱动回路，保护回路，加上电能释放电阻可构成制动回路。

7．采用陶瓷绝缘结构，可直接装在散热器上，散热效果好，输入输出控制器端子并排一列，间距为标准2.54mm，用一个通用插件即可连接。

利用导针，也很容易插入印刷电路板插头。

直流输入（P，N），制动单元输出（B）及变频输出（U，V，W）端子各自安排得很靠近，使主回路配线方便。

主接线端用M5螺钉，可以作为大电流连接，主接线端和控制端子都用螺钉或插件，不需要烙铁焊接，拆卸也很方便。

本设计中采用三菱PM20CSJ060 IPM。

该款智能功率模块是第三代高频IPM 产品。

采用绝缘基板工艺，内置优化后的栅级驱动和保护电路，适合用于频率高达20KHZ功率变换场合。

光电编码器速度测量方法
光电编码器是一种常用的速度测量设备，其工作原理是利用光电效应将旋转运动转化为电信号，用来测量旋转物体的角速度。

在实际应用中，为了获得更精确的测量结果，需要采用一些特殊的方法来提高测量精度。

第一种方法是使用多个光电编码器。

通过将多个光电编码器分别安装在被测物体的不同位置上，可以获得更加准确的旋转速度信息。

在实际应用中，通常会使用三个或更多的光电编码器，分别测量被测物体的不同位置。

第二种方法是使用边沿计数器。

边沿计数器是一种精密的计数器，可以对光电编码器输出的电信号进行精确的计数。

通过对边沿计数器进行配置，可以实现高速的计数和计算，从而提高测量精度。

第三种方法是使用数字信号处理器。

数字信号处理器可以对光电编码器输出的信号进行数字滤波和处理，从而提高测量精度。

通过对输入信号进行数字滤波和滤波器设计，可以获得更加稳定和精确的测量结果。

综上所述，光电编码器速度测量方法有多种，每种方法都有其优缺点和适用范围。

在实际应用中，需要根据被测物体的具体特点和测量要求，选择最合适的测量方法，从而获得更加准确和可靠的测量结果。

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基于51单片机的光电编码器测速报告课程名称:标题:课程设计报告|基于51单片机速度测量的199微机原理光电编码器课程设计在位置控制系统中，电机可以正转或反转，因此为了对与其相连的编码器输出的脉冲进行计数，需要相应的计数器向上或向下计数，即向上或向下计数有许多计数方法，包括纯软件计数和硬件计数。

本文分别分析了两种常用的计数方法，并比较了它们的优缺点。

最后，提出了一种新的计数方法，利用80C51单片机内部的计数器实现光电编码器输出脉冲的上下可逆计数，节省了硬件资源，获得了较高的计数频率。

该设计以STC89C52RC芯片、光电编码器和1602液晶为核心，辅以必要的电路，构成了基于51单片机的光电编码器转速表该系统有两个控制键，分别用于控制每秒和每分钟的转速，并用1602液晶显示速度。

速度计测速准确，具有实时检测功能，操作简单。

关键词:光电编码器，51单片机，C语言，1602液晶显示器2目录1，设计任务和要求 (4)1.1设计任务.................................................................................................................4 1.2设计要求 (4)2、方案的总体设计是 (5)2.1方案一 (5)2.2方案二。

.............................................................................................................. ...5 2.3系统采用方案.. (5)3，硬件设计 (7)3.1单片机最小系统....................................................................................................7 3.2液晶模块..................................................................................................7 3.3系统电源.................................................................................................................. ..8 3.4光电编码器电路..........................................................................................................8 3.5整体电路. (9)4，软件设计 (10)4.1 keil软件推出 (10)4.2系统程序流程..................................................................................................................105，仿真与实现 (12)5.1 proteus软件推出 (12)5.2模拟过程.................................................................................................................. ...12 5.3物理生产和调试........................................................................................................13 5.4使用说明.. (14)6，总结.................................................................................................................156.1设计总结 (15)6.2经验总结 (1)57，参考文献 (16)31、设计任务和要求1.1设计任务1)。