Arduino練習：旋轉編碼器

旋轉編碼器（rotary encoder）可將旋轉位置或旋轉量轉變成訊號（類比或數位），透過某種方式（機械、光學、磁力等），得知轉軸轉動了，發出訊號通知我們。可分為絕對型（absolute）及增量型（incremental）或稱為相對型（relative），絕對型將轉軸的不同位置一一編號，然後根據目前位置輸出編號；增量型編碼器則是當轉軸旋轉時輸出變化，轉軸不動就沒有輸出。

底下是我購買的增量型旋轉編碼器模組，可以一直旋轉，旋轉一整周被分為20小格，正轉逆轉皆可，當轉動時，CLK腳位就會呈低電位，此時可讀取DT資料腳位，若為HIGH代表正轉，LOW代表逆轉；SW則是開關腳位，轉軸可被按下改變此腳位的狀態。另外+需接正電源，GND接地。

這種編碼器屬於機械式，需要對訊號進行去抖動，較不精準、適合低轉速場合；光學式則可用於高轉速或精確度需求較高的地方。

增量型旋轉編碼器會有類似齒輪缺口與感應的機制，以此可有兩個輸出A與B，旋轉時，A與B將輸出不同的訊號，正轉與逆轉可得到不同的一串訊號，如此便可區分正逆轉。

不過我購買的模組已經處理好了，不需要自己偵測A與B作處理與判斷。

我用的板子是Arduino Uno R3，軟體開發環境版本為1.0.5、Windows版。

電路如下：
Arduino腳位2，連接模組的CLK。
Arduino腳位3，連接模組的DT。
Arduino腳位4，連接模組的SW。

草稿碼如下，當偵測到正轉時，就增加全域變數count、並輸出到序列埠，逆轉則減少，按下開關則歸零。

#define SERIAL_BAUDRATE 115200
#define CLK_PIN 2 // 定義連接腳位
#define DT_PIN 3
#define SW_PIN 4

#define interruptA 0 // UNO腳位2是interrupt 0，其他板子請見官方網頁

volatile long count = 0;
unsigned long t = 0;

void setup() {
  Serial.begin(SERIAL_BAUDRATE);
  // 當狀態下降時，代表旋轉編碼器被轉動了
  attachInterrupt(interruptA, rotaryEncoderChanged, FALLING);
  pinMode(CLK_PIN, INPUT_PULLUP); // 輸入模式並啟用內建上拉電阻
  pinMode(DT_PIN, INPUT_PULLUP);
  pinMode(SW_PIN, INPUT_PULLUP);
}
void loop() {
  if(digitalRead(SW_PIN) == LOW){ // 按下開關，歸零
     count = 0; 
     Serial.println("count reset to 0");
     delay(300);
  }
}
void rotaryEncoderChanged(){ // when CLK_PIN is FALLING
  unsigned long temp = millis();
  if(temp - t < 200) // 去彈跳
    return;
  t = temp;
 
  // DT_PIN的狀態代表正轉或逆轉
  count += digitalRead(DT_PIN) == HIGH ? 1 : -1;
  Serial.println(count);
}

執行後，開啟序列埠監控視窗，用手轉動旋轉編碼器，正轉時可看到不斷變大的數字，逆轉則減少。不過有時會出現錯誤，應該加1的情況卻先加1、再減1、再加1，不夠完美。

參考資料：

• 旋轉編碼器 - 維基百科。 
• 我購買的旋轉編碼器模組官方網頁，有說明文件與範例程式碼，但是...。
• HobbyTronics Ltd的Arduino UNO Tutorial 6 - Rotary Encoder。
• Arduino官方網站的attachInterrupt()。