esp32 (arduinoベース) でモータのエンコーダ値を読み、rpm に変換する

Electronics

Motor in use

今回は、以下のモータを使用します。RobotShop というオンラインショップにお世話になりました。

36mm 12V 170RPM ブラシ付き DCギアモータ (エンコーダ付き) (1:51)
概要 36mm 12V 170RPM ブラシ付き DCギアモータ エンコーダ付き (1:51) ギア比: 1:51 回転数: 170 トルク: 11.5kg・cm 電圧: 12V エンコーダ付き 36mm 12V 170RPM ブラシ付き DCギアモータ (1:51) には、エンコーダが付属してています。無負荷時速度 ...

Board connection

4.8V の電源をモータの電源ケーブルに印加し、センサ用の電源は esp32 から取っています。このサイトと同様に output の A を PIN 32 に、B を PIN 33 に接続します。

RPM calculation

Velocity

rpm の値は以下で計算できるみたいです。

Output RPM = ((Pulses Recieved in 1 sec * 60) / PPR) / Gear Ratio

https://control.com/forums/threads/encoder-to-rpm-calculation.4792/

データシートを見ると、今回使用するモータは PPR が 12、ギア比が 1:51 です。

Rotational direction

また、回転方向についても考えます。参考にしたのは、以下の二つの動画と

Incremental Encoder (Shaft Encoder)- how it works
How Rotary Encoder Works and How To Use It with Arduino

maxon のサイトです。

PIN A の立ち上がり時に注目すると、PIN B も HIGH のときは反時計回り、PIN B が LOW のときは時計回りとなります。

Source code

こちらのソースコードをベースにしました。

以下が、今回モータの rpm を計測するのに使用した esp32 のコードです。

#define ENCODER_A_PIN 32
#define ENCODER_B_PIN 33

volatile long encoderValue = 0;
long previousMillis = 0;

void encoder_func() {
  // A_val and B_val are HIGH / LOW
  int A_state = digitalRead(ENCODER_A_PIN);
  int B_state = digitalRead(ENCODER_B_PIN);
  if (A_state == B_state) {
    encoderValue++; // counter clockwise
  } else {
    encoderValue--; // clockwise
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(ENCODER_A_PIN, INPUT_PULLUP);
  pinMode(ENCODER_B_PIN, INPUT_PULLUP);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(ENCODER_A_PIN), encoder_func, RISING);
}

void loop() {
  int interval = 1000;
  int currentMillis = millis();
  if (currentMillis - previousMillis > interval) {
    previousMillis = currentMillis;

    int ppr_val = 12;
    int gear_ratio = 51;
    int rpm_val = (float)(encoderValue * 60 / ppr_val / gear_ratio);
    Serial.print(rpm_val);
    Serial.println(" rpm");
    
    encoderValue = 0;
  }
}
  • attachInterrupt() という関数を使い、ENCODER_A_PIN が LOW から HIGH になった瞬間に、回転方向に応じて encoderValue をインクリメント(デクリメント)する
  • 1 秒ごとに、エンコーダ値から rpm (revolutions per minute) を計算して出力する

Experiment

以下の写真のように、モータを固定して esp32、PC、電池をつなぎます。

read encoder value by esp32

出力結果は 67 rpm となっていました。実際に一分間のモータの回転数を目視で計測してみると 68 回だったので、計測結果とエンコーダの読み取り値から計算した rpm は、ほぼ相違なしと言えそうです。

コメント