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■ 电子传感元件

发布时间：2025-06-19 10:36:27

文章来源：wepoker官网电子

　　微扑克Wepokerღ✿ღ。wepoker安卓下载汽车行业应用ღ✿ღ，是一种用于测量物体旋转位置或角度的装置ღ✿ღ。它可以检测并测量物体相对于参考点的旋转角度以及被测物的位置并转换成可用输出信号的传感器ღ✿ღ。

　　旋转式位置传感器是一种用于测量物体旋转角度的传感器ღ✿ღ，是许多机电设备中不可缺少的元器件ღ✿ღ。它的工作原理是利用磁性和电学性质来测量旋转角度ღ✿ღ，具有高精度ღ✿ღ、高可靠性等优点ღ✿ღ。其中ღ✿ღ，最常用的技术是使用旋转磁编码盘和集线器ღ✿ღ，将旋转角度转换为数字信号输出到控制器进行处理ღ✿ღ。

　　就是每转过单位的角度就发出一个脉冲信号(也有发正余弦信号ღ✿ღ，然后对其进行细分ღ✿ღ，斩波出频率更高的脉冲)ღ✿ღ，通常为A相ღ✿ღ、B相千术光盘ღ✿ღ、Z相输出ღ✿ღ，A相ღ✿ღ、B相为相互延迟1/4周期的脉冲输出ღ✿ღ，根据延迟关系可以区别正反转ღ✿ღ，而且通过取A相ღ✿ღ、B相的上升和下降沿可以进行2或4倍频ღ✿ღ；Z相为单圈脉冲ღ✿ღ，即每圈发出一个脉冲ღ✿ღ。

　　我们通常用的是增量型编码器ღ✿ღ，可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLCღ✿ღ，利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数ღ✿ღ，以获得测量结果ღ✿ღ。不同型号的旋转编码器ღ✿ღ，其输出脉冲的相数也不同ღ✿ღ，有的旋转编码器输出Aღ✿ღ、B德州扑扑克发牌ღ✿ღ、Z三相脉冲ღ✿ღ，有的只有Aღ✿ღ、B相两相ღ✿ღ，最简单的只有A相ღ✿ღ。

　　编码器有5条引线条是脉冲输出线条是电源线（OC门输出型）ღ✿ღ。编码器的电源可以是外接电源ღ✿ღ，也可直接使用PLC的DC24V电源ღ✿ღ。电源“-”端要与编码器的COM端连接ღ✿ღ，“+ ”与编码器的电源端连接ღ✿ღ。编码器的COM端与PLC输入COM端连接ღ✿ღ，Aღ✿ღ、Bღ✿ღ、Z两相脉冲输出线直接与PLC的输入端连接ღ✿ღ，Aღ✿ღ、B为相差90度的脉冲ღ✿ღ，Z相信号在编码器旋转一圈只有一个脉冲ღ✿ღ，通常用来做零点的依据ღ✿ღ，连接时要注意PLC输入的响应时间ღ✿ღ。旋转编码器还有一条屏蔽线ღ✿ღ，使用时要将屏蔽线接地ღ✿ღ，提高抗干扰性ღ✿ღ。

　　就是对应一圈ღ✿ღ，每个基准的角度发出一个唯一与该角度对应二进制的数值ღ✿ღ，通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量ღ✿ღ。

　　由于Aღ✿ღ、B两相相差90度ღ✿ღ，可通过比较A相在前还是B相在前ღ✿ღ，以判别编码器的正转与反转ღ✿ღ，通过零位脉冲ღ✿ღ，可获得编码器的零位参考位ღ✿ღ。编码器码盘的材料有玻璃ღ✿ღ、金属ღ✿ღ、塑料ღ✿ღ，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线ღ✿ღ，其热稳定性好ღ✿ღ，精度高ღ✿ღ，金属码盘直接以通和不通刻线德州扑扑克发牌ღ✿ღ，不易碎ღ✿ღ，但由于金属有一定的厚度ღ✿ღ，精度就有限制ღ✿ღ，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级ღ✿ღ，塑料码盘是经济型的ღ✿ღ，其成本低ღ✿ღ，但精度ღ✿ღ、热稳定性ღ✿ღ、寿命均要差一些ღ✿ღ。

　　分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率ღ✿ღ，也称解析分度ღ✿ღ、或直接称多少线线

　　磁性旋转传感器是利用磁性元件实现测量的传感器ღ✿ღ。其工作原理是将磁性元件固定在被测物体上ღ✿ღ，当被测物体旋转时ღ✿ღ，磁性元件也跟随旋转ღ✿ღ，产生磁场变化ღ✿ღ。传感器内部的磁敏电阻感应到这一磁场变化ღ✿ღ，并产生电压信号输出ღ✿ღ。通过测量电压信号的大小和方向ღ✿ღ，就可以计算出被测物体的旋转角度千术光盘ღ✿ღ。

　　霍尔效应式转速传感器和曲轴位置传感器是一种利用霍尔效应的信号发生器ღ✿ღ。霍尔信号发生器安装在分电器内ღ✿ღ，与分火头同轴ღ✿ღ，由封装的霍尔芯片和永久磁铁作成整体固定在分电器盘上ღ✿ღ。触发叶轮上的缺口数和发动机气缸数相同ღ✿ღ。当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间ღ✿ღ，霍尔触发器的磁场被叶片旁路ღ✿ღ，这时不产生霍尔电压ღ✿ღ，传感器无输出信号ღ✿ღ；当触发叶轮上的缺口部分进入永久磁铁和霍尔元件之间时ღ✿ღ，磁力线进入霍尔元件ღ✿ღ，霍尔电压升高ღ✿ღ，传感器输出电压信号ღ✿ღ。

　　光电旋转传感器是通过光电元件实现测量的传感器ღ✿ღ。其工作原理是将旋转物体上的刻度盘固定在光电元件上方ღ✿ღ，当旋转物体旋转时ღ✿ღ，刻度盘上的条纹或孔洞会使光束发生变化ღ✿ღ，光电元件感应到这一变化并产生电信号输出ღ✿ღ。通过测量电信号的大小和方向ღ✿ღ，就可以计算出被测物体的旋转角度ღ✿ღ。

　　旋转式位置传感器广泛应用于工业自动化ღ✿ღ、航空航天ღ✿ღ、汽车ღ✿ღ、医疗设备等领域ღ✿ღ。 例如ღ✿ღ，在机床中ღ✿ღ，旋转式位置传感器可以用于测量工件的旋转角度ღ✿ღ，实现工件的定位和控制ღ✿ღ；在汽车中ღ✿ღ，旋转式位置传感器可以用于测量转向角度和车速ღ✿ღ，实现车辆的稳定性和安全性控制ღ✿ღ。 旋转式位置传感器是一种重要的传感器元器件ღ✿ღ，可以实现物体旋转位置角度的高精度测量ღ✿ღ。

　　1ღ✿ღ、工业机械ღ✿ღ、工程机械建筑设备ღ✿ღ、石化设备ღ✿ღ、医疗设备ღ✿ღ、航空航天仪器仪表千术光盘ღ✿ღ、国防工业等旋转速度和角度的测量;

　　所有“位置传感器”中最常用的是电位器ღ✿ღ，因为它是一种便宜且易于使用的位置传感器ღ✿ღ。它有一个与机械轴相连的触点ღ✿ღ，该机械轴的运动可以是有角度的（旋转的）或线性的（滑块型）ღ✿ღ，这会导致滑块和两个端部连接之间的电阻值发生变化ღ✿ღ，从而产生电信号输出在电阻轨道上的实际抽头位置与其电阻值之间具有比例关系ღ✿ღ。换句话说ღ✿ღ，阻力与位置成正比ღ✿ღ。

　　电位器有多种设计和尺寸ღ✿ღ，例如常用的圆形旋转类型或较长且扁平的线性滑块类型ღ✿ღ。当用作位置传感器时ღ✿ღ，可移动物体直接连接到电位计的旋转轴或滑块ღ✿ღ。

　　直流参考电压施加在形成电阻元件的两个外部固定连接上ღ✿ღ。输出电压信号取自滑动触点的抽头端子ღ✿ღ，如下图所示ღ✿ღ。

　　这种配置产生与轴位置成比例的电位或分压器类型的电路输出ღ✿ღ。然后德州扑扑克发牌ღ✿ღ，例如ღ✿ღ，如果在电位器的电阻元件上施加 10v 的电压ღ✿ღ，则最大输出电压将等于 10 伏的电源电压ღ✿ღ，最小输出电压等于 0 伏ღ✿ღ。

　　然后电位器抽头将输出信号在 0 到 10 伏之间变化ღ✿ღ，其中 5 伏表示抽头或滑块处于其中间位置或中心位置ღ✿ღ。电位器的输出信号 (Vout) 在沿电阻轨道移动时取自中心游标连接ღ✿ღ，并且与轴的角位置成正比ღ✿ღ。

　　虽然电阻式电位器位置传感器具有许多优点ღ✿ღ：成本低ღ✿ღ、技术含量低ღ✿ღ、易于使用等ღ✿ღ，但作为位置传感器ღ✿ღ，它们也有许多缺点ღ✿ღ：运动部件磨损德州扑扑克发牌ღ✿ღ、精度低德州扑扑克发牌ღ✿ღ、可重复性低和频率响应有限ღ✿ღ。

　　在重载设备和其他车辆中ღ✿ღ，霍尔效应旋转位置传感器能够取代脚踏板与发动机之间的机械电缆连接ღ✿ღ。机械电缆会抻拉或腐蚀ღ✿ღ，需要定期维护和重新校准ღ✿ღ。取代机械电缆ღ✿ღ，能改善发动机控制系统的响应和车辆排放ღ✿ღ，提高可靠性并减少超重德州扑扑克发牌ღ✿ღ。这种电子油门系统比电缆连接系统更安全ღ✿ღ，更经济ღ✿ღ。

　　霍尔效应旋转位置传感器也可用在公交车和重卡离地高度系统中ღ✿ღ，感应悬架系统的行程ღ✿ღ。公交车利用自动踏板可降低其离地高度ღ✿ღ，方便乘客上下车ღ✿ღ。在此应用的两端都可使用霍尔效应旋转位置传感器ღ✿ღ：一个传感器监控控制杆的位置ღ✿ღ，第二个传感器部署在悬架臂或连杆上来监控离地高度千术光盘ღ✿ღ。

　　精确的位置感应可确认车辆是否处于适合应用系统要求的正确高度ღ✿ღ，从而改进车辆上下通行的便利性ღ✿ღ。大型拖车也可利用霍尔效应旋转位置传感器来监测拖车高度ღ✿ღ，提高仓库停靠对接的效率ღ✿ღ。

　　本次设计需要通过RP2040模块驱动一个旋转位置传感器ღ✿ღ，这里采用的是一个方向脉冲型信号的512线通过脉冲捕获ღ✿ღ，检测编码器输出的信号ღ✿ღ，将编码器输出的信号显示于0.96的显示屏,同时12路LED灯用于记数编码器的旋转圈数ღ✿ღ，此外通过串口通信的方式将编码器数据发送至上位机ღ✿ღ，方便后续的数据处理与系统开发ღ✿ღ，其本次设计的系统架构框图如图所示ღ✿ღ。

　　本次研究设计的传感器模块为512线旋转位置传感器-编码器模块ღ✿ღ，通过编码器采集到的数据发送给RP2040模块ღ✿ღ，RP2040通过外接OLED显示屏与WS1812LED灯板ღ✿ღ。此外RP2040通过SPI硬件协议驱动OLED显示屏用于实时显示编码器旋转的位置ღ✿ღ、方向等数据ღ✿ღ，LED灯板则用于统计编码器旋转的圈数千术光盘ღ✿ღ，同时将数据实时发送到上位机ღ✿ღ，便后后续的数据处理与系统开发ღ✿ღ，其中系统硬件框图如图所示ღ✿ღ。

　　此外其中通过查阅各类资料与相关数据手册后得出编码器在旋转过程中ღ✿ღ，POUT将产生特定的脉冲信号ღ✿ღ，DIR端口将输出0或1的高低电瓶以表示旋转的方向ღ✿ღ，PR2040通过IO口中断形式捕获脉冲信号ღ✿ღ，其中编码器工作原理及信号如下图所示ღ✿ღ。

　　实际编码器上电后德州扑扑克发牌ღ✿ღ，通过示波器测试模块的DIR引脚输出和OUT输出信号ღ✿ღ，观测到的现象与数据手册一致ღ✿ღ，实际测试表明该编码器在上电后能正常工作ღ✿ღ，其中示波器测试编码器输出信号波形如下图所示ღ✿ღ。

　　首先在上电后对OLED显示屏ღ✿ღ、WS2812以及串口进行初始化化配置ღ✿ღ，使其具有基础的数据显示与发送功能ღ✿ღ，其次开启IO口中断模式ღ✿ღ，使其通过中断的方式快速检测编码器产生的脉冲信号并进行捕获ღ✿ღ，通过中断的次数计算编码器的当前位置与转过的圈数以及旋转方向ღ✿ღ，检测完成后用过SPI图像协议以及RP2040特带的PIO口将数据显示于OLED显示屏与LED灯板ღ✿ღ，此外将数据通过串口的新式发送到上位机便于数据查看ღ✿ღ，其中系统软件工作流程图如图所示ღ✿ღ。

　　通过对系统硬件模块的组成ღ✿ღ、软件代码的编写ღ✿ღ，以及系统的调试ღ✿ღ，初步完成对编码器数据的采集ღ✿ღ，实时的将编码器的旋转位置ღ✿ღ，方向以及旋转的圈数显示与OLED显示屏ღ✿ღ，同时将数据发送至上位机串口调试助手ღ✿ღ，其中串口调制助手界面以及实物OLED显示屏显示数据如下图所示ღ✿ღ。

　　通过对编码器的研究与数据采集ღ✿ღ，初步了解了编码器的工作原理与实际应用ღ✿ღ，在日常生活中ღ✿ღ，可将编码器应用与智能小车等一系列智能运动的控制中ღ✿ღ，通过车轮的转动带动编码器的来捕获小车的运动方向以及更加精确的控制小车的速度ღ✿ღ，以下为编码器在大学生智能汽车竞赛中的实际图片ღ✿ღ，当然编码器的应用远不止如此ღ✿ღ，更是涉及到身边的工业机械ღ✿ღ、工程机械建筑设备ღ✿ღ、石化设备ღ✿ღ、医疗设备ღ✿ღ、航空航天仪器仪表ღ✿ღ、国防工业等旋转速度和角度的测量ღ✿ღ。