记录智能车自制霍尔编码器(PCB篇)

前文论述了智能车独轮车组自制编码器的可行性,昨天下单编码器今天就到货了,在此记录一下自制（抄板）年轻人的第一款编码器的历程。

 这种商品店家自然是不可能提供原理图和PCB，能有尺寸图已经是非常好了。所以主要靠自己观察，好在构造本就很简单，传感器核心应该就是磁环和两个霍尔传感器，让我疑惑的是，磁铁只有两个磁极，而霍尔传感器一般针对一个磁极也只会有一种电平，这种编码器是如何转一圈输出很多个脉冲的？

 两种可能，第一种猜测：这个霍尔传感器比较特殊，根据磁极的大小分割了多段数字量自动输出脉冲，这样确实比较简单，但真的存在这样的传感器吗？如果是这样霍尔传感器的输出特性应当是：“磁场每变化一段，就输出一段高低电平脉冲”。这个逻辑显然不太好实现，对于小小的三条腿的基本传感器来说太复杂了。那就只能是第二种猜想：这个磁环不是常规磁铁，有好多对磁极。验证也很简单，用磁铁沿着一周走一圈就知道了。果然如此，我买的这个编码器是11线的，用磁铁固定一面沿着走一周确实明显分成了11段磁极。

 这下就非常明了了，板子上的霍尔传感器的运行逻辑应当是“当检测到N极时输出高(低)电平，当检测到S极时输出低(高)电平”,符合这么一个小传感器的基本定位。基本的装配尺寸参考着这个模块稍微量一下就行。板子还有个非常重要的需要确定的就是两个传感器的位置,正交编码器要求两个传感器的输出波形有一个分明的相位差,就是说两个传感器的角度差不能是一对磁极夹角的整数倍。更理想的情况应该是，相位差刚好是一个磁极角度的一半。也就是说，对于N线的磁环，两个霍尔传感器的角度差应当是360/N*（B+0.25)或360/N*(B+0.75),B为0~(N-1)的整数。

比较方便买到的这款磁环是11线的，我直接选择了夹角为360*1.25/11来让两个传感器间距最小，这样便于腾出大片空间放学校队伍名和设计时间

 由于PCB对装配尺寸要求比较高,且元件需要精准定位,所以先使用CAD绘制PCB板框和元件的定位参考

 画出了磁极位置作为参考,可以看出,由360*1.25/11计算出的角度差可以让两个霍尔传感器保持1/4也就是8.17°的相位差。

理论数据推导完了，接下来就是简单愉快的画板时间，打开简单好用的立创EDA，找到霍尔传感器OH137，再用万用表蜂鸣器档测一下板上6个阻容的连接关系，两个电阻给AB相信号上拉，两个霍尔传感器的去耦电容，还有俩是AB相输出滤波电容。上拉电阻可以清晰看到512是5.1k的，滤波去耦电容不多说全是0.1uF。

 还有个接线座，本来考虑到小体积想要用ZH1.5，刚好无刷电机也是ZH1.5。不查不知道，ZH1.5竟然额定电流只有1A，电机的接口额定电流1A，好家伙之余也想到这可能也是无刷电机要用24V供电的原因吧。还是老老实实用XH2.54，其实板子尺寸倒没啥限制，毕竟电机是凸出在外面的。

按照实际需求小改一下CAD导入的板框，再稍微摆一摆元件的位置，随便拉两根线连上，PCB就搞定了。

 最后不要忘了添加学校队伍名和日期，不能在丝印层，必须是铜箔层或者阻焊层，接下来就是等打板回来测试了。

最后

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