立创·梁山派开发板-21年电赛F题-送药小车-如何计算小车轮子转速

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如何计算轮子转速推荐查看资料编码器计数原理与电机测速原理——多图解析
在这里，我们选用的电机是直流减速电机带霍尔编码器接口，GD32也带硬件正交编码器。
简要介绍正交编码器（Quadrature Encoder）是一种常用于测量机械设备（比如电机、滑台，伸缩杆等）旋转或线性运动的速度和位置的传感器。它具有两个输出信号通道A和B，它们分别输出正交相位差90度的脉冲信号。通过测量这些脉冲信号，可以获得设备的运动速度和方向。关于正交编码器测速，主要有三种方法：M法、T法和M/T法。

• M法（脉冲计数法）：M法是一种基于脉冲计数的测速方法。在一个固定的时间间隔内，记录编码器输出的脉冲数量，然后将脉冲数量除以时间间隔以获得脉冲频率。最后，将脉冲频率转换为实际的速度值。
  

• 优点：
  
• 实现简单，只需一个计数器和一个定时器。
• 对于低速运动，可以获得较高的分辨率。
• 缺点：
  
• 对于高速运动，可能会出现计数溢出的问题。
• 测速结果受定时器时间间隔影响，较长的时间间隔可能导致较低的测速分辨率。
  

• T法（周期测量法）：T法是一种基于脉冲周期测量的测速方法。通过测量两个相邻脉冲之间的时间间隔，然后将时间间隔倒数以获得脉冲频率。最后，将脉冲频率转换为实际的速度值。
  

• 优点：
  
• 对于高速运动，可以获得较高的测速分辨率。
• 测速结果实时性较好。
• 缺点：
  
• 实现相对复杂，需要使用输入捕获功能或外部中断来测量脉冲间隔。
• 对于低速运动，可能会出现测量精度较低的问题。
  

• M/T法（脉冲计数与周期测量相结合的方法）：M/T法结合了M法和T法的特点，通过同时测量脉冲计数和周期来计算速度。在低速运动时，采用M法获得较高的测速分辨率；在高速运动时，采用T法获得较高的测速实时性。根据实际速度或脉冲频率切换测速方法。
  

• 优点：
  
• 适用于宽速度范围的测量，兼具M法和T法的优点。
• 既能获得较高的测速分辨率，又能保证较好的实时性。
• 缺点：
  
• 实现相对复杂，需要同时使用计数器、定时器和输入捕获功能或外部中断。
  

M法、T法和M/T法都是常用的正交编码器测速方法，它们各有优缺点。根据实际应用需求，可以选择合适的测速方法以获得最佳的测速性能。
用伪代码的方式实现一下测速代码宏定义及公共变量

1. #include "gd32fxxx.h"
   
2. 
   
3. #define MOTOR_PULSE_PER_REVOLUTION 13
   
4. #define MOTOR_REDUCTION_RATIO 20
   
5. #define MOTOR_WHEEL_STRAIGHT_MM 64.0
   
6. #define TIME_INTERVAL_MS 20
   
7. 
   
8. #define PULSE_TO_METER_FACTOR (MOTOR_WHEEL_STRAIGHT_MM * 3.1415926 / (1000 * MOTOR_PULSE_PER_REVOLUTION * MOTOR_REDUCTION_RATIO * 4))
   
9. 
   
10. volatile uint32_t pulse_count = 0;
    
11. volatile uint32_t last_pulse_time = 0;

复制代码

1. M法（脉冲计数法）

1. void encoder_init(void) {
   
2.     // 初始化硬件正交编码器功能，使能四倍频
   
3. }
   
4. 
   
5. void timer_init(void) {
   
6.     // 初始化定时器，设置固定的时间间隔为20ms
   
7.     // 配置中断优先级和使能中断
   
8. }
   
9. 
   
10. void TIMERx_IRQHandler(void) { // 定时器中断处理函数
    
11.     // 检查定时器更新中断标志
    
12.     if (timer_interrupt_flag_get(TIMERx, TIMER_INT_FLAG_UP) != RESET) {
    
13.         // 计算速度，单位为m/s
    
14.         float speed = (float)pulse_count / (TIME_INTERVAL_MS / 1000.0) * PULSE_TO_METER_FACTOR;
    
15.         // 重置脉冲计数
    
16.         pulse_count = 0;
    
17.         // 清除定时器更新中断标志
    
18.         timer_interrupt_flag_clear(TIMERx, TIMER_INT_FLAG_UP);
    
19.     }
    
20. }
    
21. 
    
22. int main(void) {
    
23.     // 初始化编码器
    
24.     encoder_init();
    
25.     // 初始化定时器
    
26.     timer_init();
    
27.     while (1) {
    
28.         // 处理其他任务或进入低功耗模式
    
29.     }
    
30. }

复制代码

2. T法（周期测量法）

1. void encoder_init(void) {
   
2.     // 初始化硬件正交编码器功能，使能四倍频
   
3.     // 初始化输入捕获，用于测量编码器A通道的脉冲周期
   
4.     // 配置中断优先级和使能中断
   
5. }
   
6. 
   
7. void TIMERx_IRQHandler(void) { // 输入捕获中断处理函数
   
8.     // 检查输入捕获中断标志
   
9.     if (timer_interrupt_flag_get(TIMERx, TIMER_INT_FLAG_CCx) != RESET) {
   
10.         // 读取当前脉冲时间
    
11.         uint32_t current_pulse_time = timer_channel_capture_value_register_read(TIMERx, TIMER_CH_x);
    
12.         // 计算脉冲周期
    
13.         uint32_t pulse_period = current_pulse_time - last_pulse_time;
    
14.         // 更新上一次脉冲时间
    
15.         last_pulse_time = current_pulse_time;
    
16. 
    
17.         // 计算速度，单位为m/s
    
18.         float speed = 1.0 / pulse_period * PULSE_TO_METER_FACTOR;
    
19.         // 清除输入捕获中断标志
    
20.         timer_interrupt_flag_clear(TIMERx, TIMER_INT_FLAG_CCx);
    
21.     }
    
22. }
    
23. 
    
24. int main(void) {
    
25.     // 初始化编码器
    
26.     encoder_init();
    
27.     while (1) {
    
28.         // 处理其他任务或进入低功耗模式
    
29.     }
    
30. }

复制代码

3. M/T法

1. void encoder_init(void) {
   
2.     // 初始化硬件正交编码器功能，使能四倍频
   
3.     // 初始化输入捕获，用于测量编码器A通道的脉冲周期
   
4.     // 配置中断优先级和使能中断
   
5. }
   
6. 
   
7. void timer_init(void) {
   
8.     // 初始化定时器，设置固定的时间间隔为20ms
   
9.     // 配置中断优先级和使能中断
   
10. }
    
11. 
    
12. void TIMERx_IRQHandler(void) { // 输入捕获中断处理函数
    
13.     // 检查输入捕获中断标志
    
14.     if (timer_interrupt_flag_get(TIMERx, TIMER_INT_FLAG_CCx) != RESET) {
    
15.         // 读取当前脉冲时间
    
16.         uint32_t current_pulse_time = timer_channel_capture_value_register_read(TIMERx, TIMER_CH_x);
    
17.         // 计算脉冲周期
    
18.         uint32_t pulse_period = current_pulse_time - last_pulse_time;
    
19.         // 更新上一次脉冲时间
    
20.         last_pulse_time = current_pulse_time;
    
21.         // 增加脉冲计数
    
22.         pulse_count++;
    
23. 
    
24.         // 清除输入捕获中断标志
    
25.         timer_interrupt_flag_clear(TIMERx, TIMER_INT_FLAG_CCx);
    
26.     }
    
27. }
    
28. 
    
29. void TIMERy_IRQHandler(void) { // 定时器中断处理函数
    
30.     // 检查定时器更新中断标志
    
31.     if (timer_interrupt_flag_get(TIMERy, TIMER_INT_FLAG_UP) != RESET) {
    
32.         // 计算速度，单位为m/s
    
33.         float speed = (float)pulse_count / (float)pulse_period * PULSE_TO_METER_FACTOR;
    
34.         // 重置脉冲计数
    
35.         pulse_count = 0;
    
36.         // 清除定时器更新中断标志
    
37.         timer_interrupt_flag_clear(TIMERy, TIMER_INT_FLAG_UP);
    
38.     }
    
39. }
    
40. 
    
41. int main(void) {
    
42.     // 初始化编码器
    
43.     encoder_init();
    
44.     // 初始化定时器
    
45.     timer_init();
    
46.     while (1) {
    
47.         // 处理其他任务或进入低功耗模式
    
48.     }
    
49. }

复制代码

---

实际使用的程序实际使用中我用的是M法测速，详情请看2_code->applications->bsp_encoder.c文件。

• 在文件开头引用了一些头文件，并定义了一些宏和结构体，包括编码器状态结构体（encoder_state_t）和uMCN的主题定义（encoder_m1_topic、encoder_m2_topic）。
• 在encoder_gpio_init函数中，对编码器的GPIO进行初始化，包括设置引脚的工作模式和复用功能。
• 在encoder_timer_init函数中，对编码器的定时器进行初始化。这些定时器用于计算编码器的计数值和测量速度。函数中分别初始化了两个编码器（M1和M2）的定时器，并配置了输入捕获通道和编码器模式。还启用了定时器中断，并将相应的中断处理函数激活。
• encoder_count_timer_init函数用于初始化一个用于计数的定时器。
• M1_TIMER_IRQHANDLER和M2_TIMER_IRQHANDLER是编码器定时器的中断处理函数。在中断处理函数中，根据定时器的计数值和重载值来判断编码器的溢出情况，并更新编码器的计数值。然后清除定时器的中断标志位。
• ENCODER_COUNT_TIMER_IRQHANDLER是计数定时器的中断处理函数。在该函数中，根据定时器的中断标志位进行编码器计数值的更新，并计算编码器的速度。最后，清除计数定时器的中断标志位。
• set_encoder_struct_to_default函数用于将编码器状态结构体初始化为默认值。
• encoder_topic_echo函数是一个用于打印编码器状态的回调函数。它通过调用mcn_copy_from_hub函数从主题中获取编码器状态，并打印相关信息。
• encoder_init函数是编码器的初始化函数。在该函数中，调用了前面提到的各个初始化函数，并将编码器状态结构体初始化为默认值。然后，通过调用mcn_advertise函数将回调函数注册为主题的广播函数，以便在接收到编码器状态更新时能够打印相关信息。
• 最后的INIT_APP_EXPORT就是让GD32启动时，自动进行编码器的初始化，这是RT-Thread一个很方便的功能。