SEN FIT0441 无刷直流带编码器12V 159RPM电机

概述

该款无刷直流电机，相比碳刷电机输出特性更稳定。
集成无刷驱动，只需连接电源和2根控制线即可使用，不再需要H桥电机驱动器。
此外还集成了编码器可以测量电机转速，通过测速线信号可以让单片机直到电机的转速。

技术规格

工作电压: 12V
电机额定转速: 7100-7300转
堵转扭矩：2.4KG.CM
减速箱长度: 21MM
减速后转速: 159转每分钟左右。
减速比: 45：1
电机单圈输出脉冲个数: 6*45
控制方式：PWM，带脉冲输出，带方向控制

引脚说明

名称	功能描述
PWM	PWM调速口，0-5V （20~30KHz）
Power -	电源负极12V-
Direction	正反转控制口，蓝线+5V或悬空时，电机正转，蓝线连接到负极，电机反转
FG	FG信号线（要接上拉电阻）
Power +	电源正极12V+

注意：有时电机接线的颜色会有所不同，但是线序是一样的！

使用教程

下面我们以一个简单的实验为例程，来告诉大家如何简单方便的使用我们的这一款电机。

准备

首先准备好下面的硬件及安装好软件

硬件
DF_UNO 1
本电机 *1
软件
- Arduino IDE V1.6.5 点击下载Arduino IDE

接线方式

准备好硬件后，按照下图将模块与UNO连接好

样例代码

硬件连接部分弄完了以后，我们就来看看软件部分怎么弄吧。
接下来我们就需要打开ARDUINO IDE了，将我们的下面的代码复制到IDE中，注意：将刚刚打开的IDE中的所有内容都删除掉！然后选好串口和板型（UNO），点击下载就OK了。
接着打开串口，在串口中输入你0-255中间的任意数字，即可控制电机的转速。电机的正反转是每隔5秒钟自动转换的，当然你也可以把蓝色线拔下来自己想要它反转就短接UNO的GND。让蓝色线悬空就是正转。

注意：255为停止转动，0为最大转速

标准版

#define PIN_PWN 11
#define PIN_DIRECION  10
#define PIN_TRIGGER 9

unsigned int i = 0;

void setup()
{
  pinMode(PIN_PWN, OUTPUT);
  pinMode(PIN_DIRECION, OUTPUT);
  pinMode(PIN_TRIGGER, INPUT_PULLUP);
  Serial.begin(115200);
}

void loop()
{
  //Switch Direction every 4 second
  digitalWrite(PIN_DIRECION, (millis() >> 12) % 2);

  //Recive and change speed
  if (Serial.available())
  {
    analogWrite(PIN_PWN, Serial.parseInt());
  }

  //Measure speed and send
  for (int j = 0; j < 8; j++)
  {
    i += pulseIn(PIN_TRIGGER, HIGH, 10000); //SIGNAL OUTPUT PIN 9 with  white line,cycle = 2*i,1s = 1000000us，Signal cycle pulse number：27*2
  }
  i = i >> 3;
  Serial.print(111111 / i); //speed   r/min  (60*1000000/(45*6*2*i))
  Serial.println("\tr/min");
}

低转速优化版

unsigned long totalPulsein = 0;
byte countPulsein = 0;

void loop()
{
  //.......(前面省略）
  //Measure speed and send
  countPulsein = 0, totalPulsein = 0;
  for (int temp, j = 0; j < 64; j++)
  {
    temp = pulseIn(PIN_TRIGGER, HIGH, 15000);//SIGNAL OUTPUT PIN 9 with  white line,cycle = 2*i,1s = 1000000us，Signal cycle pulse number：27*2
    if (temp)
      totalPulsein += temp, countPulsein++;
  }
  totalPulsein = totalPulsein / countPulsein;
  Serial.print(111111 / totalPulsein); //speed   r/min  (60*1000000/(45*6*2*i))
  Serial.println("\tr/min");
}

注意：255为最停止转动，0为最大转速

疑难解答

Q：在低转速下转速显示不准确
A：低转速下转速测量线会受干扰产生许多0μs的信号干扰测速结果。
Q：串口输出调速值无法改变电机转速
A：1.在串口右下角选择“没有结束符”模式；2.不要输入超过0-255范围的数字。

更多问题及有趣的应用，可以 访问论坛 进行查阅或发帖！

链接：https://wiki.dfrobot.com.cn/_SEN_FIT0441_%E6%97%A0%E5%88%B7%E7%9B%B4%E6%B5%81%E5%B8%A6%E7%BC%96%E7%A0%81%E5%99%A812V_159RPM%E7%94%B5%E6%9C%BA

解释一下　 (millis() >> 12) % 2　是什么意思

好的，我来详细解释一下 (millis() >> 12) % 2 这个表达式的含义。

这是一个非常巧妙的技巧，用于每隔大约4秒切换一次状态（在0和1之间切换）。

让我们把它分解开来理解：

1. `millis()`

millis() 是Arduino的一个函数，返回从程序启动开始到现在经过的毫秒数（ms）。
例如，程序运行了12345毫秒后，millis() 就返回 12345。

2. `millis() >> 12` (右移12位)

这是一个位操作。>> 12 表示将 millis() 返回的数值的二进制表示向右移动12位。
右移1位在数学上等价于除以2。
因此，右移12位就等价于除以2的12次方，也就是除以4096。

millis() >> 12 的结果可以理解为：程序运行了多少个“4096毫秒”的块。

表达式	等价于	含义
`millis()`	-	经过的毫秒数
`millis() >> 12`	`millis() / 4096`	经过了几个“4096毫秒”

为什么是4096？
因为 2¹² = 4096。4096毫秒 ≈ 4.096秒 ≈ 4秒。

3. `(...) % 2` (模2运算)

% 是取模运算符，返回除法后的余数。
任何数 % 2 的结果不是0就是1。
- 如果这个数是偶数，结果为 0
- 如果这个数是奇数，结果为 1

4. 整体效果：`(millis() >> 12) % 2`

将前两步结合起来：

millis() >> 12 得到的是一个随着时间稳定增长的数（0, 1, 2, 3, 4, 5...）。
对这个增长的数字进行 % 2 操作，结果就会在 0 和 1 之间交替变化。

时间范围 (毫秒)	`millis() >> 12`	`(...) % 2`	结果 (PIN_DIRECTION)
0 - 4095 ms	0	0 % 2 = 0	LOW (0)
4096 - 8191 ms	1	1 % 2 = 1	HIGH (1)
8192 - 12287 ms	2	2 % 2 = 0	LOW (0)
12288 - 16383 ms	3	3 % 2 = 1	HIGH (1)
...	...	...	...

总结

功能：每过大约 4096毫秒（≈4秒），(millis() >> 12) % 2 的结果就在 0 (LOW) 和 1 (HIGH) 之间切换一次。
用途：用于控制电机的方向引脚，实现电机每4秒自动反转一次方向。
优点：
- 非常高效：只使用位操作和取模，计算速度极快。
- 不需要变量：不需要定义额外的定时变量来记录状态和时间。

所以，这行代码 digitalWrite(PIN_DIRECTION, (millis() >> 12) % 2); 就是一个简洁高效的4秒切换器。

pulseIn() 函数

pulseIn() 是Arduino的一个内置函数，用于测量一个脉冲的持续时间（单位：微秒，μs）。

函数原型：

pulseIn(pin, value, timeout)

参数说明：

pin：要读取的引脚编号（这里是你定义的 PIN_TRIGGER = 9）
value：要等待的脉冲类型
- HIGH：测量高电平脉冲的宽度（从低到高再到低）
- LOW：测量低电平脉冲的宽度（从高到低再到高）
timeout（可选）：超时时间（微秒）。如果在指定时间内没有检测到脉冲，函数返回0。

工作原理：

当调用 pulseIn(PIN_TRIGGER, HIGH, 10000) 时，函数会：

等待引脚变为低电平（如果当前已经是低电平，则立即继续）
然后等待引脚变为高电平（开始计时）
接着等待引脚再次变为低电平（停止计时）
返回这个高电平脉冲的持续时间（单位：微秒）

代码解析：`pulseSum += pulseIn(PIN_TRIGGER, HIGH, 10000);`

1. 测量对象：

测量连接到 引脚9 的传感器信号
这通常是一个红外光电传感器或编码器，用于检测电机转速

2. 测量内容：

测量传感器输出的每个高电平脉冲的宽度
对于转速测量来说，脉冲宽度越窄（持续时间越短） → 转速越高
脉冲宽度越宽（持续时间越长） → 转速越低

3. 超时设置：`10000`

10000微秒 = 10毫秒
如果在10毫秒内没有检测到脉冲，函数返回 0
这是一个合理的超时设置，既不会等待太久影响程序性能，又能确保在低速时也能检测到脉冲

4. 累加求和：`pulseSum += ...`

这不是只测量一次，而是连续测量8次（由循环控制）
将8次的测量结果累加到 pulseSum 中
目的是通过求平均值来提高测量精度，减少单次测量的误差

实际应用场景

假设你有一个电机带有一个编码盘（上面有若干缝隙），旁边有一个红外光电传感器：

电机轴 → [编码盘] → 红外传感器 → 引脚9

当电机旋转时：

编码盘的缝隙经过传感器 → 产生高电平脉冲
编码盘的不透明部分经过传感器 → 产生低电平
电机转得越快 → 脉冲频率越高 → 每个脉冲的宽度越窄
电机转得越慢 → 脉冲频率越低 → 每个脉冲的宽度越宽

通过测量这些脉冲的宽度，就可以计算出电机的转速。

总结

代码部分	含义
`pulseIn()`	测量脉冲持续时间
`PIN_TRIGGER`	测量引脚9的信号
`HIGH`	测量高电平脉冲的宽度
`10000`	10毫秒超时时间
`pulseSum += ...`	累加多次测量结果以求平均值

这行代码的作用是：精确测量传感器输出脉冲的宽度，从而计算电机的转速。通过多次测量求平均值，提高了转速测量的准确性和稳定性。

公式解析

unsigned long rpm = 60000000 / (45 * 6 * 2 * averagePulse);

等价于：

RPM = 60,000,000 ÷ (45 × 6 × 2 × averagePulse)

让我们分解这个公式的每个部分：

1. 分子部分：`60000000`

60000000 = 60 × 1,000,000
60：将秒转换为分钟（60秒=1分钟）
1,000,000：将秒转换为微秒（1秒=1,000,000微秒）

所以：60,000,000 表示「每分钟的微秒数」

2. 分母部分：`(45 × 6 × 2 × averagePulse)`

这是计算电机旋转一周所需的总时间。

a) `averagePulse`

单个脉冲的平均持续时间（微秒）
这是从传感器实际测量得到的数据

b) `× 2`

FG信号通常占空比为50%，通过频率（周期）变化而体现速度变化
表示每个周期检测2个边沿（上升沿和下降沿），最终测得高电平或者低电平的脉冲时间
很多编码器会在 both 上升沿和下降沿都产生信号

c) `× 6`

可能表示编码盘上的6个缝隙或6个检测点
电机每转一圈，传感器会检测到6次变化

d) `× 45`

这可能是电机的减速比
表示：电机本身转45圈，输出轴才转1圈
或者表示编码器安装在电机轴上，但电机有45:1的减速箱

3. 整体理解：旋转一周的总时间

电机旋转一周所需的总时间 = 45 × 6 × 2 × averagePulse

转一圈需要经过：45（减速比） × 6（缝隙数） × 2（边沿数） = 540个脉冲
每个脉冲耗时：averagePulse 微秒
所以转一圈总时间：540 × averagePulse 微秒

4. 最终计算：RPM

RPM（转/分钟）= 每分钟的微秒数 ÷ 转一圈所需的微秒数

        60,000,000 μs/min
RPM = ──────────────────────
      45 × 6 × 2 × averagePulse

实际举例

假设测量得到 averagePulse = 1000μs（1毫秒）：

转一圈所需时间：
- 45 × 6 × 2 × 1000 = 540,000μs（0.54秒）
计算RPM：
- 60,000,000 ÷ 540,000 ≈ 111.11 RPM

这意味着电机转速约为 111转/分钟。

参数调整

这个公式中的 45、6、2 是根据你的具体硬件确定的：

如果减速比不同：修改 45 这个值
如果编码盘缝隙数不同：修改 6 这个值
如果只检测单边沿：将 2 改为 1

你需要根据实际使用的电机和编码器的规格来调整这些参数。

总结

这个公式通过测量编码器脉冲的持续时间，结合已知的机械参数（减速比、缝隙数），精确计算出电机的实际转速（RPM）。这是一种在嵌入式系统中常用的非接触式转速测量方法。

posted @ 2025-08-30 08:59 FBshark 阅读(4) 评论(0) 收藏举报

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