關(guān)于電機(jī)控制位置信息的獲取，你們都是用什么方法？編碼器？霍爾傳感器？最近，B站KOL達(dá)爾聞的妮姐收到了一套位置傳感器demo，簡(jiǎn)單小試后，她驚訝地發(fā)現(xiàn)這個(gè)位置傳感器能記錄 46 圈，也就是0°至 16,560°的絕對(duì)測(cè)量范圍。她認(rèn)為，這水準(zhǔn)在業(yè)界可以排得到第一位了。

01

TPO位置信息的獲取

工廠自動(dòng)化設(shè)備對(duì)機(jī)械部件的控制，機(jī)器人、機(jī)械臂精準(zhǔn)的移動(dòng)和操作，汽車的無(wú)人駕駛、功能安全，智能家居中各種家用設(shè)備的控制，醫(yī)療設(shè)備手術(shù)的精準(zhǔn)和安全，這些與我們息息相關(guān)的應(yīng)用，都離不開(kāi)位置測(cè)量。如何獲得精準(zhǔn)的位置信息呢？一般大家脫口而出的肯定是使用編碼器。

簡(jiǎn)單的科普下編碼器原理：編碼器（encoder）是將物理信號(hào)，如旋轉(zhuǎn)角度、直線位移等，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，也就是脈沖、編碼等。根據(jù)編碼器的刻盤方式、結(jié)構(gòu)和工作原理、應(yīng)用場(chǎng)景、讀取方式等來(lái)分類，編碼器的種類有很多，其中光學(xué)和磁編碼器應(yīng)用最為廣泛。

光學(xué)編碼器通常是由光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤在一定直徑的圓板上等分的開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤與電機(jī)同軸，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)脈沖的數(shù)量，就可以計(jì)算出旋轉(zhuǎn)的角度。

在正常通電的情況下，編碼器可以提供真實(shí)的位置信息。如果意外斷電了，會(huì)發(fā)生什么情況呢？這時(shí)，編碼器只能提供單圈360°的真通電TPO（True Power-On）位置信息。舉個(gè)例子，在自動(dòng)化工廠、協(xié)作機(jī)器人等應(yīng)用中，斷電重啟后，系統(tǒng)需要重新歸并初始化位置，對(duì)設(shè)備來(lái)說(shuō)既存在安全風(fēng)險(xiǎn)，又浪費(fèi)時(shí)間。編碼器想要得到更寬測(cè)量范圍的TPO位置信息，系統(tǒng)需要使用一個(gè)備用電源來(lái)跟蹤和記憶意外斷電后單個(gè)傳感器的多次旋轉(zhuǎn)情況，或者在設(shè)備中增設(shè)齒輪減速機(jī)構(gòu)，將多次旋轉(zhuǎn)減少至單圈，并與單圈傳感器結(jié)合使用，來(lái)查找TPO的多圈位置信息。這些方案雖然可行，但是需要額外的成本，還會(huì)讓系統(tǒng)過(guò)于笨重。有沒(méi)有更加簡(jiǎn)單的方案呢？有！
02

ADMT4000多圈位置傳感器方案

文曄向達(dá)爾聞推薦了一套Demo，讓妮姐找到了更好的記錄TPO位置信息的方案。WT文曄科技已完成收購(gòu)ADI老牌代理商世健, 再加上收購(gòu)了富昌電子，文曄現(xiàn)已成為全球排名第一的電子元器件授權(quán)代理商。

先簡(jiǎn)單的介紹下這個(gè)Demo的構(gòu)成：

整套Demo可以分成三個(gè)部分，首先是機(jī)械部分，一根絲桿，一個(gè)滑臺(tái)，一個(gè)搖柄連接在一起，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)搖柄，滑臺(tái)就會(huì)運(yùn)動(dòng)；第二部分是傳感器電路板，與絲桿非常緊密靠近；第三是信號(hào)處理與顯示部分，旋轉(zhuǎn)搖柄，絲桿帶著滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，傳感器測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綆в蠥DI的MAX32620 MCU主控的電路板上，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，在OLED顯示屏上顯示當(dāng)前滑臺(tái)的距離與旋轉(zhuǎn)角度。

在整套Demo中，核心部分就是傳感器板。在這個(gè)傳感器板上，我們看到使用的是ADMT4000，這是ADI推出的多圈位置傳感器，也就是文章開(kāi)頭提到的可以記錄 46 圈（0°至 16,560°）絕對(duì)測(cè)量范圍的位置傳感器。

上電之后，手搖搖柄，可以在屏幕上看到實(shí)時(shí)的角度和距離情況。通過(guò)這套demo，我們可以看到它是可以實(shí)時(shí)精確地測(cè)量位置信息的，并且斷電重啟之后，依然有記錄的數(shù)據(jù)。

03

ADMT4000有什么厲害之處？

先來(lái)看看ADMT4000都有哪些特別的地方：

業(yè)界率先發(fā)布的單芯片多圈和角度位置傳感器，跟蹤多圈旋轉(zhuǎn)，無(wú)需電源或接觸可以提供 46 圈（0° 至16,560°）的絕對(duì)測(cè)量范圍，精度為+/-0.25°可以簡(jiǎn)化電機(jī)設(shè)計(jì)，減少方案尺寸、重量和成本： 結(jié)合單圈傳感器，取代齒輪減速機(jī)構(gòu)； 取代線性傳感器，包括線束和連接器； 當(dāng)電源中斷或關(guān)閉時(shí)，無(wú)需為機(jī)械運(yùn)動(dòng)監(jiān)控的系統(tǒng)持續(xù)供電。ADMT4000是怎么實(shí)現(xiàn)上面這些特性的呢？

這與ADMT4000的材料以及工作原理息息相關(guān)。ADMT4000的核心是螺旋狀GMR材料，這種材料是由巨磁電阻(GMR)元件的多個(gè)納米線組成的，具有形狀各向異性特性。在外部磁場(chǎng)的情況下，在疇壁生成器中生成疇壁。當(dāng)外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，疇壁通過(guò)附著于疇壁生成器的窄螺旋軌道（納米線）傳播。當(dāng)疇壁通過(guò)螺旋支腿結(jié)構(gòu)時(shí)，每個(gè)螺旋支腿元件的狀態(tài)都會(huì)發(fā)生變化。傳感器內(nèi)部都是由GMR材料制成，可以通過(guò)測(cè)量電阻來(lái)確定每個(gè)元件的狀態(tài)。

所以，ADMT4000不僅僅是一個(gè)傳感器，它是GMR多圈傳感器與高精度AMR角度傳感器、集成信號(hào)調(diào)理IC結(jié)合成的一個(gè)“大”芯片。ADMT4000可以無(wú)源、非接觸地跟蹤多圈旋轉(zhuǎn)，無(wú)需電源或物理接觸即可實(shí)現(xiàn)精確位置監(jiān)測(cè)，安裝方便，這些特性讓ADMT4000在很多應(yīng)用中都發(fā)揮著重要的作用。

在工業(yè)領(lǐng)域，特別是在停電或斷電情況下，ADMT4000能夠確保機(jī)器人及協(xié)作機(jī)器人手臂關(guān)節(jié)的位置跟蹤，以及自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備的位置監(jiān)測(cè)。尤其是對(duì)于大型設(shè)備如起重機(jī)和升降機(jī)，ADMT4000能在停電時(shí)持續(xù)跟蹤其位置，有效預(yù)防事故的發(fā)生。

而在汽車應(yīng)用中，隨著汽車電動(dòng)化的發(fā)展，在自動(dòng)輔助駕駛ADAS、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向線控轉(zhuǎn)向器等應(yīng)用中，ADMT4000符合汽車安全標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛應(yīng)用。

最后總結(jié)一下，編碼器、霍爾傳感器也許是你最熟悉的位置傳感器，但如果你正在設(shè)計(jì)的項(xiàng)目中，有斷電情況仍然要保持位置數(shù)據(jù)不間斷的需求，強(qiáng)烈建議你試一試ADMT4000。當(dāng)然，如果你對(duì)真通電TPO位置信息感興趣，也可以來(lái)了解ADMT4000的更多信息。