Arduino直流电机编码器测速实战：从硬件连接到算法优化

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在直流电机测速场景中，增量式编码器的选择直接影响测量精度。根据实际项目经验，推荐以下规格：

分辨率 ：200-600 CPR（每转脉冲数），兼顾精度与处理负担
输出类型 ：正交 AB 相输出（带 Z 相归零信号更佳）
供电电压 ：5V 兼容型号（如 HEDM-5500 系列）

典型连接示意图：

[编码器] ----> [Arduino]
  A 相 ---------- D2（外部中断 0）B 相 ---------- D3（外部中断 1）VCC ---------- 5V
  GND ---------- GND

关键抗干扰措施：

在编码器输出线并联 104 陶瓷电容（0.1μF）
使用双绞线传输信号
电机电源与逻辑电源地线单点共接

引脚初始化配置

const byte encoderPinA = 2;  // 中断 0 对应引脚
const byte encoderPinB = 3;  // 中断 1 对应引脚
volatile long pulseCount = 0;

void setup() {pinMode(encoderPinA, INPUT_PULLUP);
  pinMode(encoderPinB, INPUT_PULLUP);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(encoderPinA), isrA, CHANGE);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(encoderPinB), isrB, CHANGE);
}

正交解码中断处理

void isrA() {
  // 根据 B 相状态判断方向
  if(digitalRead(encoderPinB) == digitalRead(encoderPinA)) {pulseCount++;} else {pulseCount--;}
}

void isrB() {
  // 反向逻辑处理
  if(digitalRead(encoderPinA) != digitalRead(encoderPinB)) {pulseCount++;} else {pulseCount--;}
}

采用定时采样法，每 100ms 计算一次转速：

时间基准设置

unsigned long lastTime = 0;
const long sampleInterval = 100; // 毫秒

带滤波的转速计算

float calculateRPM() {
  static float filteredRPM = 0;
  static long lastCount = 0;

  unsigned long currentTime = millis();
  if(currentTime - lastTime >= sampleInterval) {
    long deltaCount = pulseCount - lastCount;
    lastCount = pulseCount;

    // 原始 RPM 计算（60000ms/min / 脉冲数每转 / 采样间隔 ms）float rawRPM = (deltaCount * 60000.0) / (200 * sampleInterval); 

    // 一阶低通滤波（α=0.2）filteredRPM = 0.8 * filteredRPM + 0.2 * rawRPM;

    lastTime = currentTime;
    return filteredRPM;
  }
  return -1; // 未到采样时间
}

避免在中断中调用 delay() 等阻塞函数
关键变量使用 volatile 修饰（如 pulseCount）
中断服务程序执行时间控制在 10μs 以内

实际示波器捕捉到的典型干扰波形：

 正常信号：______|¯¯|____|¯¯|____
毛刺信号：___|¯|_|¯¯¯|__|¯|___

解决方法：

硬件方案：如前所述添加滤波电容

软件方案：在中断中增加去抖延时

void isrA() {
  static unsigned long lastTrigger = 0;
  if(micros() - lastTrigger < 200) return; // 200μs 消抖
  lastTrigger = micros();
  // ... 原有逻辑...
}

测试数据（200CPR 编码器）：

设定转速 (RPM)	测量均值	波动范围
300	298.6	±2.1
800	795.3	±4.7
1500	1482.1	±8.9

滤波算法效果对比（1500RPM 工况）：

原始数据波动：±132 RPM
滤波后波动：±8.9 RPM

使用中断引脚更多的控制器（如 Arduino Mega）
采用多路复用器扩展中断输入
为每个电机分配独立计数器变量

转速测量代码可直接作为 PID 反馈输入：

#include <PID_v1.h>

double setpoint = 500, input, output;
PID myPID(&input, &output, &setpoint, 2,5,1, DIRECT);

void setup() {myPID.SetMode(AUTOMATIC);
}

void loop() {input = calculateRPM();
  myPID.Compute();
  analogWrite(motorPWMpin, output);
}