从编码器的基础到应用，你真的了解编码器吗？-老王博客

你真的了解编码器吗？

所谓的编码器是做什么的？

检测旋转运动或水平运动机器的运动方向、运动量和角度。实际上，编码器只是一个很小的组件。但它可以用在没人想到的机器上。现在，我们都知道编码器是和电机配合使用的。世界上有数以百万计的可能性，使用带有电机的编码器只是沧海一粟，还有更多你可能想不到的应用。

本期我们就从“从编码器的基础到应用”来介绍编码器隐藏的魅力。本篇介绍分为四栏，第一栏：编码器粗略介绍和编码器应用案例介绍。第二、三栏：将详细介绍编码器的工作原理及其特点。虽然简明扼要，但也说明了几种工作原理和输出形式。让我们对编码器有一个整体的了解，根据它的类型明确优缺点，并且可以很容易的分辨出它的特点。第四栏：回到原来的话题，编码器还有哪些用途，介绍编码器的实际应用案例。

我们身边的无名英雄

熟悉运动控制的人都熟悉编码器。但是对于还没接触过编码器的人来说，编码器还是比较陌生的。所以小编就以我们日常生活中都乘坐的电梯为例来介绍一下编码器的功能。在介绍之前，先想象一下我们乘坐电梯的过程。我们按了“△▽”键，过了一会儿电梯到了我们的楼层，自动开门，我们进了电梯。进入电梯后，我们按下相应楼层的按钮。电梯门自动关闭，将我们带到相应楼层，电梯门再次打开。

在这一系列流程的背后，其实有两个编码器在发挥重要作用。不知道你有没有注意到。

首先，第一编码器执行电机控制以移动电梯。因为电梯通过电机的转动上下运动，只要转动方向明确，就可以判断电梯是在上升还是下降。此外，编码器可以检测电机的运动（转数），从而可以知道电梯移动了多少。使用这些编码器通过电梯控制面板提供的信息，可以让电梯快速平稳地到达指定楼层。

另一个编码器是控制电梯门自动开启和关闭的电机。我们经常看电梯的开启和关闭，我们很清楚，在它们的背后有着精巧而精准的控制。电梯门打开的时间，以及最后关闭的时间快速门编码器说明书，都非常准确。在打开电梯门的过程中，可以加快电梯门的运行，缩短时间。通过编码器正确掌握电机运动并对其进行控制，可以实现如丝般流畅的动作。

当电梯出现在人们的视野中时，编码器还没有普及。上面的编码器工作都是由人来完成的。当时没有“△▽”按钮，用的是铃声。我们在民国时期看电影时，可能会看到这一幕。上海滩老板进电梯快速门编码器说明书，电梯里的服务员按铃拉门让电梯到达相应楼层。但现在，由于测量电机旋转方向和转数的编码器的应用，电梯变得越来越方便，不再像以前那样需要手动操作。

编码器的结构是什么？

那么如何使用编码器知道“旋转方向”、“旋转位置”、“旋转速度”呢？这一次，我将对透光编码器做一个简单的介绍。

透光编码器主要由四部分组成：①LED发光元件；②镜片；③码盘；④光接收IC。

首先，LED发光元件的光是无序光。光线通过透镜聚集在一起并转换为平行光。码盘上等分地开有若干个矩形孔（有或无光）。它发射到受光IC上的发光二极管等电子元件，经信号转换电子部分处理，最终输出“A相”和“B相”方波。

A和B的相位关系是通用的，B与A相同，输出相差1/4周期。通过处理 A 相和 B 相两个编码器输出，可以知道电机的旋转方向、旋转位置和转速。那么让我们谈谈如何检测它们。

检测旋转方向

通过检测A相和B相的出现顺序，可以确定转轴的旋转方向。例如，当编码盘顺时针旋转时，B相会晚于A相出现。如果表盘逆时针旋转，B相会出现在A相之前。这样的结构不仅可以用于确定旋转方向，还可以用于确定旋转方向。确定水平行驶过程中的运动方向。

旋转位置检测

码盘（光栅盘）是在一定直径的圆板上等分地开几个矩形孔。在这里，我们每周在家里测量 360 个矩形孔。因为每个矩形孔都输出一个脉冲信号，所以可以检测每个脉冲等于一度的旋转位置。如果一个星期有3600个矩形孔，同样的方法可以检测出0.1度的角度。

转速检测

测量编码器输出的脉冲频率和编码器分辨率，然后根据以下公式轻松计算编码器的速度。

转速（r/min）=（脉冲频率/分辨率）*60

通过灵活使用编码器，可以控制电机的旋转方向、旋转位置和转速。还是以前面提到的电梯为例，如图4所示，微处理器发出控制信号来驱动电机，安装在电机轴上的编码器输出信号。然后编码器输出由编码器计数器处理，并与微处理器的控制信号进行差分比较。通过比较用于驱动电机的控制信号和电机旋转的结果，仅向电机提供目标转数所需的电量。这种封闭结构中比较微积分的形式称为闭环（closed loop）。

实现高精度运行

至此，大家一定对编码器的操作有一个大概的了解。所以现在我们回到编码器的其他应用。

如果有人问你编码器是做什么的？最简单的答案是测量旋转或移动物体的运动方向、数量和角度。因此，当提到编码器的一般应用时，我们可以举出电机驱动的机器。

但是，似乎范围太广了。更准确地说，是高精度运转的机械设备。对于电风扇之类的电器，无刷电机是没有问题的，所以不用打码。相比之下，工业机器人、AGV、模组等工业设备，由于对高精度操作的要求，在这些设备中广泛使用了编码器。

另外，文章开头介绍的电梯，对自身运动要求高的设备也会用到编码器。近年来，编码器在混合动力汽车和电动汽车中的应用越来越广泛。

有电机的地方就有编码器

您是否意识到迄今为止介绍的编码器应用都与电力有关？对于旋转或水平运动，除了以电力为动力源的电机驱动外，还有油压和气压作为驱动方式。但这些油压和气压装置基本不用编码器。

为什么？首先，通过电源开关的控制，可以立即启动或停止电机。通过控制电机电压和频率可以很容易地改变转数。由于这些动作具有高响应性，因此可以通过编码器对电机进行高精度和高速度的控制。

如果使用油压作为动力源，油压上升需要时间（例如螺旋桨），不能像电机一样用编码器控制。不仅是螺旋桨开始转动的时候，如果要改变转数，螺旋桨不能立即响应，只能慢慢改变。这是因为驱动螺旋桨运动的油压受到油的粘度和管道阻力的限制。油压的变化和螺旋桨转数的滞后，使得用编码器测量转数来控制变得极其困难。气压设备也是如此。

现在小编将编码器的用例分为两类分享给大家：

“以前的用例”

“最近的用例”

之前的应用案例

“检测丢失的步骤”与步进电机相结合

步进电机向绕组输入脉冲电流，旋转对应脉冲的运动角度。因此，即使没有反馈控制，基本上电机的旋转方向和旋转角度也能被控制器识别。但是如果出现问题，脉冲电流就不能用来运动，控制器和实际运动之间就会有误差。如果应用需要高精度，则需要安装编码器以检测错误并在发生错误时与驱动程序进行验证。

工作平台XY驱动台位置检测

编码器用于控制安装工件的驱动台上 X 轴和 Y 轴（水平方向）的移动。例如，数控铣刀和电火花机床通常需要几微米到几十微米的精度。为此，编码器通常必须达到所需精度的十倍。如果编码器的使用环境是机械加工，会受到切削粉、切削油、振动的影响。如果使用环境是放电加工，会受到无线电波的干扰。在这种恶劣的使用环境下，对编码器分辨率的要求极高。

喷墨打印机的打印控制

编码器也用于喷墨打印机头的运动控制。“蓝色”、“深红色”、“黑色”等颜色，打印时，此控制信号由编码器产生。另外，横向打印完成后，移动纸张打印其他区域。此时，编码器也用于控制转鼓移动纸张。