在今年的比賽中，準備引入四輪麥克納姆輪新型車模，用於信標組的比賽。前面不少同學對於該車模中測速問題提出了疑問：
“卓大大，信標的H車模用齒輪帶麥倫懷疑它的扭矩是否足夠，是不是齒輪很容易斷。其次麥倫運行要四個編碼器，一個編碼器300，H車的成本就是1800，是否價格太高了，是否可以考慮電機中集成編碼器。”“卓大，信標的車模是普通電機還是編碼電機？普通電機再加編碼器成本會大大增加呢。用編碼電機應該更便宜一些吧？”
車模廠商提供的四輪麥克納姆輪車模樣品
由於麥克納姆輪車模需要通過四個輪子不同的轉速完成前後、左右以及轉向運動。所以需要精確控制四個車輪的速度，否則車模的姿態難以精確控制。
如果使用傳統的測速光電編碼器，按照同學從網絡上購買的價格：
300元每隻，則整車中只是測速傳感器的價格就會達到1200元。這樣會超出很多參賽隊伍的經費預算。
直流電機R41-35050SDLD電機帶動麥克納姆輪轉動
爲此，車模提供商給出了一款帶有HALL編碼器脈衝輸出的直流電機解決方案。在電機的後面轉子軸上安裝有一個環形磁鐵，通過兩個霍爾傳感器獲得磁鐵的磁場強度，進而通過小板上的8F5701單片機完成計算，輸出對應的脈衝信號。
這個電機的大小與原車模上的電機相同，可以直接替換。價格也只增加了幾十元，相比傳統的光電編碼盤便宜了。
帶有HALL編碼器的直流電機
但是這種編碼器輸出的信號是否能夠滿足對於電機轉速的精確控制呢？
對於上週末收到車模廠商發送過來的樣品，今天早上進行測試，觀察一下它輸出的轉速信號的是否能夠精確反映電機轉動角度。
下圖是電機編碼器的接口定義：
電機編碼器接口定義
接口的定義如下：M+,M-:電機正負接口
+,- :編碼器的電源： 3.3V~5V
K1,K2:正轉，反轉脈衝。
在編碼器的+，- 兩個電極加上5V電壓，分別使用示波器觀察K1,K2的輸出。可以看到：當轉子超一個方向（正轉）旋轉時，K1輸出脈衝，超相反方向（反轉）旋轉時，K2輸出脈衝。而且是每次都有兩個寬度相同的脈衝。
K1的脈衝是正向脈衝，K2的脈衝是負向脈衝。編碼器的電壓也可以使用3.3V供電。
觀察編碼器的輸出信號
這種脈衝輸出方式與常見到的光碼盤的方波方式不同。而且詭異的是，它居然每次輸出兩個脈衝。這給將來測量增了麻煩。
下面使用了一個3505線性霍爾l器件，放在圓形磁鐵旁邊，測量磁鐵周圍的磁場分佈情況。通過示波器看到霍爾輸出信號，隨着磁鐵旋轉，大體呈現正弦變化的波形。但是這個波形與正弦信號還是相差很大，處於三角波形與正弦波形之間的形狀。
使用線性HALL測量圓形磁鐵的磁場分佈
下面是對比了另外一個同樣使用圓形霍爾磁鐵進行測量角度的電機，它的磁鐵外部的磁場強度就非常接近於正弦信號。
另外一個帶有HALL測速的磁鐵的磁場強度
因此，這就出現一個問題，爲何前面電機廠商提供的圓形磁鐵的磁場分佈與正弦波形相差那麼大呢？
下面再測試一下，該電機的HALL測速板每週輸出多少個脈衝信號。
將K1，K2信號連入一塊STM32RCT6開發板的PC12,PC10關鍵，通過軟件設置測量這兩個管腳信號下降沿所帶來的中斷次數，並顯示在開發板上的OLED顯示屏上。
使用單片機測量K1,K2脈衝個數
通過旋轉磁鐵10周，測了總共脈衝個數的變化，再除以10，便可以得到每週HALL測速板輸出脈衝的個數。這個個數爲在36.
由於每次，K1，K2都是連續輸出兩個等寬的脈衝，所以實際上有效反映角度的脈衝個數只有18個。
每次K1,K2都是輸出兩個脈衝對
因此，從現在測量的結果來看。這個電機編碼盤輸出的精度是每週18個有效脈衝。相對於傳統的光電碼盤，或者編碼器的100~500線，這個HALL測速的精度比較低。
在電機上測速板上有兩個線性的HALL器件，通過測量，可以看到這兩個HALL器件輸出的波形與前面獨立使用3505輸出的波形是一樣的。
測速板上線性HALL輸出信號
這兩個HALL器件在安裝角度上相差90度，所以他們輸出信號也相差90度。
測速板輸出信號應該是由板上的8F5701單片機經過採集者兩個HALL器件信號經過運算後再進行輸出的結果。
下面同時測量其中一個HALL信號與K1輸出信號。施加在電機兩端電壓分別是2V，和1V。電機轉速一個是高速，一個是低速。
電機驅動電壓2V下，HALL與K1信號
電機驅動電壓1V下，HALL與K1信號
由於施加在電機兩端的電壓是恆定的，電機空載轉動。所以假設電機的轉速是均勻的。
通過上面示波器所顯示K1信號，會發現，K1信號在相鄰兩個脈衝之間的時間是不同的。也就是說，如果根據K1信號兩個脈衝之間的時間間隔來計算電機的加速，轉速是不均勻的。
所以通過K1，K2所獲得的電機轉速是由很大誤差。
測試電機
通過以上實驗，可以看出，現在電機上所配備的測速電路所給出的脈衝信號，如果用於電機速度測量，則會有：
（1）
測速精度低，每週只有18個有效脈衝；
（2）
測速噪聲大，在電機勻速轉動的時候，K1,K2輸出脈衝的頻率會有很大的波動。
因此，使用K1,K2信號進行電機測速不太適合這款四輪麥克納姆輪車模的精確控制。
下面留下一個問題：
如果直接應用兩個HALL信號輸出的正交模擬信號進行測速，是否可以達到很高的精度呢？
兩路HALL輸出信號
如果可以的話，不僅可以省去測速板上的單片機，進一步降低電機的成本，另外還可以得到更高精度的電機速度。
關於這方面的解決方案，下次再進行討論。