笔记-编码器

一、前言
编码器是一种角位移传感器，通过检测机器人轮在一定时间内转动的弧度来确定机器人位置的变化，主要分为光电、接触、电磁三种，其中光电编码器是机器人最常用的位置传感器。编码器分为增量编码器和绝对编码器。

二、增量编码器
1. 定义：

增量编码器将位移转换为周期性电信号，然后将电信号转换为计数脉冲，用脉冲数表示位移大小。编码器是将角位移转换为电信号的装置。根据读取模式，编码器可分为接触式和非接触式。接触式采用刷输出，刷接触导电区或绝缘区表示代码状态为1或0；非接触接受敏感元件为光敏元件或磁敏元件，代码状态为1或0。

2. 特点：

当增量编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其旋转方向的判断和脉冲数量的增减是通过后判向电路和计数器实现的。任意设置计数起点，可实现多圈无限累积和测量。每转发一个脉冲Z信号也可以作为参考机械零位。编码器轴旋转输出固定脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。当需要提高分辨率时，可以使用 90 度相位差的 A、B两路信号对原脉冲数进行倍频，或者更换高分辨率编码器。

3. 缺点：

停电移动问题：对于第一个问题，似乎每个人都明白，单圈绝对值可以通过后续设备进行加圈计数。停电后，如果加圈计数部分不工作，最多可以顺时针或逆时针移动半圈。如果多圈绝对值的最大计数圈为4096圈，则可以顺时针或逆时针移动2048圈，以满足大多数应用。
信号抗干扰问题，由于脉冲，增量编码器很容易被干扰。抗干扰问题令人头痛，我没想到会改变绝对值编码器——事实上，只要连续干扰时间不超过半圈，绝对值信号仍然存在。
后续设备的CPU对于资源问题，很少有人知道这个问题。使用增量编码器，特别是高分辨率编码器，后续设备应眨眼不眨眼。如果它是多轴的，它就不会累。你还能做什么？实际结果是出错概率增加。 绝对值编码器，只要采样时间单圈在半圈内旋转，多圈在2048圈内旋转，随时采样，节省了大量CPU 时间去做别的，这才是高端伺服绝对值的真正优势。
三、单圈绝对值编码器
单圈绝对值编码器原理（码盘上的每一个位置都有唯一的编码） 绝对值增量编码器的每个位置对应一个确定的数字码，因此其示值仅与测量的开始和结束有关，而与测量的中间过程无关。
单圈绝对值编码器和多圈绝对值编码器 所谓单圈和多圈编码器，是指绝对编码器。绝对编码器可以随时感知当前的绝对角位置，尤其是刚上电的时候。单圈只能感知一圈内的绝对角位置；多圈不仅可以感知一圈内的绝对角位置，还可以感知编码器自使用之日起了多少角度。绝对编码器由机械位置决定每个位置的独特性(当然，这个角度是编码器正转和翻转的累积和)。
绝对旋转光电编码器，因为它的每个位置都是绝对唯一的，抗干扰，不需要断电记忆。绝对编码器光码盘上有许多刻线，每个刻线分为2线、4线、8线和16线。。。。。。编排。这样，在编码器的每个位置，通过读取每个刻线的通暗，获得一组从2的零到2的n-一次方唯一的2进制编码(格雷码)。

格雷码：
在一组数的编码中，如果任何两个相邻的代码只有一个二进制数不同，则称为格雷代码（Gray Code），此外，由于最大数和最小数之间只有一位数不同，即首尾相连，也称为循环码或反射码。

格雷码属于可靠性编码，是一种错误的编码方法。因为，虽然自然二进制码可以直接从数字/模拟转换器转换为模拟信号，但在某些情况下，例如，每个从三进制到四进制码的人都必须改变，这可以使数字电路产生大量的尖峰电流脉冲。格雷代码没有这个缺点。当它在相邻位置转换时，只有一个变化。它大大减少了从一个状态到下一个状态的逻辑混淆。由于这个代码相邻的两个代码组之间只有一个不同的代码，所以在转换方向角位移-数字时，当方向角位移发生小变化（可能导致数字变化时，格雷代码只改变一个，比其他代码同时改变两个或两个以上更可靠，可以减少错误的可能性。

四、多圈绝对值编码器
多圈绝对值编码器是基于单圈编码器的机械传动原理和钟表齿轮的机械原理结构。 当中心光栅码盘旋转时，另一组码盘(或多组齿轮、多组码盘)通过齿轮传动，然后在单圈编码的基础上增加数码， 为了扩大编码器的测量范围，编码也由机械位置确定，每个位置的编码不重复，不需要记忆。多圈编码器的另一个优点是测量范围大，实际使用往往更丰富， 这样，在安装过程中就不必费力去找零点， 以中间位置为起点，大大简化了安装调试的难度。

多圈绝对值编码器信号输出包括并行输出、串行输出、总线输出、变送一体化输出 。

并行输出：
多圈绝对值编码器输出多位数码(格雷码或纯二进制码)，并行输出是指接口上的多点高低电平输出，代表数码的1或0。对于位数低的绝对编码器，数码一般直接以这种形式输出，可以直接进入。PLC或上位机的I/O接口，即时输出，连接简单。
但并行输出存在以下问题：
1)必须是格雷码，因为如果是纯二进制码，数据刷新时可能会有很多变化，读数会在短时间内导致错码。
2)所有接口必须连接良好，因为如果有一些连接不良点，点电位总是0，导致代码错误，无法判断。
3)传输距离不远，一般一两米，最好隔离复杂环境。
4)对于更多的位数，需要大量的芯电缆，并确保良好的连接，从而使项目困难。同样，对于编码器，应同时输出多个节点，以提高编码器的故障损坏率。
串行SSI输出：
串行输出是通过协议在时间上有先后的数据输出，称为通信规约，其连接的物理形式是RS232、RS422(TTL)、RS485等。 由于多圈绝对值编码器好的厂家都在德国，大部分串行输出都配套德国西门子，比如SSI同步串行输出。
SSI接口(RS422模式)，连接两条数据线和两个时钟线，从接收设备到编码器发出中断的时钟脉冲，绝对位置值由编码器和时钟脉冲同步输出到接收设备。编码器由接收设备发出的时钟信号触发(MSB)与时钟信号同步开始输出串行信号。
串行输出连接线少，传输距离长，大大提高了编码器的保护和可靠性。
一般高位数绝对编码器是串行输出的。
现场总线输出
通过设置地址，现场总线编码器是一对信号线连接在一起的多个编码器， 通过通信传输信号，信号接收设备只需要一个接口就可以读取多个编码器信号。总线编码器可以节省连接电缆和接收设备接口，传输距离长，可以大大节省多个编码器集中控制的成本。