微型角度编码器： KYTB-1503-1024

2023-11-27 12:11:34

简介：通过ESP32 对于KYTB角度编码器进行测试，初步验证了KYTB的基本功能。由于ESP32的端口中断具有最大上限频率，通过实验测量到这个频率大约为26kHz。

关键词： 角度编码器，KYTB，ESP32

§01 角度编码器

这款角度编码器来自于北京科宇提供的车模上配套的微型编码器。型号：KYTB-1503-1024。

一、基本信息

1、外部接口

根据传感器铭牌标示，其外部引线为 6 跟线，对应的功能定义为：

【表1-1 编码器管脚功能定义】

PIN1	PIN2	PIN3	PIN4	PIN5	PIN6
GND	3 ~ 5V	A	B	Z	NC

2、信号测量

测试条件：

VCC电压： +5V

▲ 图1.1.1 A,B电压波形

▲ 图1.1.2 Z,A波形

§02 计数实验

一、实验方案

1、实验平台

使用 ESP32-S模块转接板设计与实现 硬件模块。根据 MicroPython: Interrupts with ESP32 and ESP8266 | Random Nerd Tutorials 中关于ESP32端口中断介绍，使用ESP32端口中断完成对于KYTB-1503 输出脉冲的计数。

2、连线方案

安装下面表格将传感器连接如ESP32转接模块最右边的三个输出管脚。

【表2-1 连接方案】

A	B	C
GPIO2	GPIO16	GPIO17

为了使得输出的信号能够兼容ESP32电平（3.3V），对于角度传感器工作电源设置为3.3V。

▲ 图2.0 实验平台

二、编程实验

1、基本计数实验

(1) 实验Python代码

from machine                import Pin,Timer
import time

zcount = 0
acount = 0
bcount = 0

allcount = 0

pina = Pin(2, Pin.IN)
pinb = Pin(16, Pin.IN)
pinz = Pin(17, Pin.IN)

def ISR_abz(pin):
    global acount, bcount, zcount, allcount

    if pin == pina:
        acount += 1

    if pin == pinb:
        bcount += 1

    if pin == pinz:
        zcount += 1

    allcount += 1

pina.irq(trigger=Pin.IRQ_RISING, handler=ISR_abz)
pinb.irq(trigger=Pin.IRQ_RISING, handler=ISR_abz)
pinz.irq(trigger=Pin.IRQ_RISING, handler=ISR_abz)

while True:
    print((acount, bcount, zcount, allcount))

    time.sleep_ms(250)

(2) 输出结果

▲ 图2.1 程序输出计数结果

2、角度计数

根据A的上升沿脉冲进行计数，根据B的电平高低判断是递增还是递减。

利用Z脉冲完成清零。

(1) 实现代码

from machine                import Pin,Timer
import time

acount = 0
allcount = 0

pina = Pin(2, Pin.IN)
pinb = Pin(16, Pin.IN)
pinz = Pin(17, Pin.IN)

def ISR_abz(pin):
    global acount, allcount

    if pin == pina:
        acount += 1
        if pinb.value() == 0:
            allcount += 1
        else: allcount -= 1

    if pin == pinz:
        allcount = 0
        acount = 0

pina.irq(trigger=Pin.IRQ_RISING, handler=ISR_abz)
pinz.irq(trigger=Pin.IRQ_RISING, handler=ISR_abz)

while True:
    print((acount, allcount))

    time.sleep_ms(25X)

(2) 输出结果

可以看到输出的 A, ALLCOUNT两个变量，转向一边的时候，它们是相同的递增，当相反旋转的时候，它们是正负取值。

可以验证，计数的范围 0 ~ 1023。

▲ 图2.2 技术模式输出结果

3、脉冲丢失

由于使用了端口中断来获得对应的脉冲个数，如果角度编码器旋转过快，则会出现脉冲丢失情况。

在 ISR中，Z脉冲出现的时候，保持其中的ALLCOUNT变量，可以看到当编码器旋转快的时候， ALLCOUNT的最大值小于1024。这说明在其中会出现很多的脉冲丢失。

§03 ESP32计数

在前面使用ESP32计数过程中，由于使用了端口中断来对脉冲进行计数，出现了脉冲丢失现象。那么ESP32的端口中断最快能够响应多大频率的计数呢？

一、测试ESP32端口中断最大频率

1、测试方案

使用DG1062数字可编程信号源发生器，输出方波，送入ESP32 GPIO2 引起端口中断。在ESP32中使用定时器产生1秒中的中断，对于GPIO2的计数进行读取。测试在输入信号多大的时候，计数开始有丢失。

(1) 测试Python代码

from machine                import Pin,Timer
import time

acount = 0
allcount = 0

pina = Pin(2, Pin.IN)

keepa = 0
time1count = 0

def ISR_abz(pin):
    global acount, allcount, keepz

    if pin == pina:
        acount += 1

pina.irq(trigger=Pin.IRQ_RISING, handler=ISR_abz)

def time_isr(n):
    global keepa, acount, time1count

    keepa = acount
    acount = 0

    time1count += 1

tim0 = Timer(0)
tim0.init(period=1000, mode=Timer.PERIODIC, callback=time_isr)

while True:
    print((acount, keepa, time1count))

    time.sleep_ms(250)

2、测试结果

在输入频率小于15kHz时，输出的数字总是与频率相同。当输入频率大于15kHz的时候，输出数字开始有丢失数字。

(1) MicroPython程序

from machine                import Pin,Timer
import time

acount = 0
allcount = 0

pina = Pin(2, Pin.IN)

keepa = 0
time1count = 0

def ISR_abz(pin):
    global acount, allcount, keepz

    if pin == pina:
        acount += 1

pina.irq(trigger=Pin.IRQ_RISING, handler=ISR_abz)

def time_isr(n):
    global keepa, acount, time1count

    keepa = acount
    acount = 0

    time1count += 1

tim0 = Timer(0)
tim0.init(period=1000, mode=Timer.PERIODIC, callback=time_isr)

while True:

    key = input()
    print(keepa)

(2) 测量程序

from headm import *
from tsmodule.tsvisa        import *

dg1062open(113)

dg1062freq(1, 10000)

def thonnycmd(cmd):
    tspsendwindowkey('Thonny', 's', alt=1, noreturn=1)
    tspsendwindowkey('Thonny', '%s
'%cmd, noreturn=1)

def thonnyshs(cmd='', wait=0):
    tspsendwindowkey('Thonny', 's', alt=1, noreturn=1)
    if len(cmd) > 0:
        tspsendwindowkey('Thonny', '%s\r'%cmd, noreturn=1)
    if wait > 0:
        time.sleep(wait)
    tspsendwindowkey('Thonny', 'ac', control=1, noreturn=1)
    tspfocuswindow('TEASOFT:1')
    return clipboard.paste()

setf = linspace(25000, 27000, 50)
testdim = []

for f in setf:
    dg1062freq(1, floor(f))

    time.sleep(2)

    pastestr = thonnyshs('\r', 0.1).split()
    x = float(pastestr[-1])
    testdim.append(floor(f) - x)
    printff(f, x)

tspsave('measure', setf=setf, out=testdim)
plt.plot(setf, testdim)
plt.xlabel("Frequency(Hz)")
plt.ylabel("Error")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()

printf('\a')

(3) 测量结果

▲ 图3.1.1 不同频率下的计数错误

▲ 图3.1.2 不同频率下的计数错误

▲ 图3.1.3 不同频率下的计数错误

可以看到当频率实际超过26kHz的时候，输出的误差会突然增加了。

※ 实验结论 ※

对于来自于科宇的角度编码器进行了初步测试。对于它的接口信号功能进行确认。

利用ESP32的端口中断功能来对于角度传感器的脉冲进行计数。如果脉冲的频率快的话，会出现一定的脉冲丢失现象。

使用DG1062可编程信号源对于ESP32的端口中断最大程序进行测试，当频率超过26kHz时，丢失脉冲的线性会突然增加。

■ 相关文献链接:

● 相关图表链接:

表1-1 编码器管脚功能定义
图1.1.1 A,B电压波形
图1.1.2 Z,A波形
表2-1 连接方案
图2.0 实验平台
图2.1 程序输出计数结果
图2.2 技术模式输出结果
图3.1.1 不同频率下的计数错误
图3.1.2 不同频率下的计数错误
图3.1.3 不同频率下的计数错误

码农公寓

§01 角度编码器

一、基本信息

1、外部接口

2、信号测量

§02 计数实验

一、实验方案

1、实验平台

2、连线方案

二、编程实验

1、基本计数实验

(1) 实验Python代码

(2) 输出结果

2、角度计数

(1) 实现代码

(2) 输出结果

3、脉冲丢失

§03 ESP32计数

一、测试ESP32端口中断最大频率

1、测试方案

(1) 测试Python代码

2、测试结果

(1) MicroPython程序

(2) 测量程序

(3) 测量结果

※ 实验结论 ※

相关文章