Enkoder optyczny: działanie, typy, interfejs i jego zastosowania

Enkoder to urządzenie wykrywające ruch, które zapewnia informację zwrotną w ciągu ok układ sterowania w pętli zamkniętej . Główną funkcją enkodera jest zamiana ruchu obrotowego lub ruchu liniowego części urządzenia na sygnał elektryczny, po czym przekazuje on do układu sterowania, za pomocą enkodera dokładne położenie elementów urządzenia, prędkość obrotową lub jej kierunek i kąt & nie. można rozpoznać przekształcenia wału silnika. Na rynku dostępne są różne typy enkoderów, które są klasyfikowane na podstawie rodzaju technologii, ruchu, różnych parametrów itp. Enkodery oparte na ruchu dzielą się na liniowe, obrotowe i kątowe. Enkodery oparte na pozycji są podzielone na enkoder absolutny I enkoder inkrementalny . Enkodery oparte na technologii wykrywania dzielą się na optyczne, magnetyczne i pojemnościowe. Enkodery oparte na kanale dzielą się na jednokanałowe i kwadraturowe. W tym artykule omówiono przegląd jednego z typów koderów, a mianowicie enkoder optyczny – praca i jej zastosowania.

Co to jest enkoder optyczny?

Urządzenie elektromechaniczne, które służy do zmiany położenia z obrotowego lub liniowego na sygnał elektryczny za pomocą źródła światła, siatki optycznej i detektora światłoczułego, jest znane jako enkoder optyczny. Enkodery te są szeroko stosowane w różnych obrabiarkach, sprzęcie biurowym oraz jako bardzo precyzyjne czujniki kontroli pozycji w robotach przemysłowych.

Projekt enkodera optycznego

Enkoder optyczny jest wyposażony w diodę LED, fotoczujniki i dysk zwany kołem kodowym, zawierający szczeliny w kierunku promieniowym i wykrywa dane dotyczące pozycji obrotowej jako sygnał optyczny. Gdy koło kodowe połączone z wałem obrotowym, tak jak silnik, zacznie się obracać, zostanie wygenerowany sygnał optyczny na podstawie tego, czy światło wytwarzane przez stały element emitujący światło przechodzi przez szczelinę koła kodowego, czy nie. Fotoczujnik wykrywa sygnał optyczny i zamienia go na sygnał elektryczny i wyprowadza go.

Urządzenie emitujące światło

W enkoderach optycznych stosuje się niedrogie diody LED IR, chociaż czasami stosuje się kolorowe diody LED o krótszych długościach fal, aby ograniczyć rozpraszanie światła. Ponadto tam, gdzie wymagana jest wysoka rozdzielczość i wysoka wydajność, stosowane są kosztowne diody laserowe.

Obiektyw

Światło LED jest rozproszone dzięki małej kierunkowości, dzięki czemu soczewka wypukła służy do tworzenia równoległości.

Koło kodu

Koło kodowe wygląda jak dysk ze szczelinami, które przepuszczają lub blokują światło emitowane przez dioda LED . Koło kodu jest wykonane z metalu, szkła i materiałów żywicznych. Tutaj materiał metalowy jest odporny na temperaturę, wilgotność i wibracje.

Materiał żywiczny nie jest drogi, ale odpowiedni do masowej produkcji i wykorzystywany do zastosowań konsumenckich. Materiał szklany jest używany głównie tam, gdzie wymagana jest maksymalna rozdzielczość i precyzja. Dodatkowo w pobliżu koła kodowego umieszczona jest stała szczelina, aby ułatwić przechodzenie lub blokowanie światła z diody LED przechodzącej przez koło kodowe i przechodzącej do elementu zbierającego światło.

Czujnik Zdjęcia

Fotoczujnik jest zwykle fototranzystorem/fotodiodą wykonaną z materiału półprzewodnikowego, takiego jak krzem, german i indowo-galowy fosforek.

Jak działa enkoder optyczny?

Enkoder optyczny po prostu wykrywa sygnały optyczne przechodzące przez szczelinę i zamienia je na sygnały elektryczne. W porównaniu z enkoderem magnetycznym, ten enkoder jest bardzo prosty w poprawie dokładności i rozdzielczości w zastosowaniach wszędzie tam, gdzie wytwarzane jest silne pole magnetyczne. Enkoder optyczny pozwala różnym kontrolerom mierzyć różne rodzaje ruchu. Te enkodery oferują bardzo precyzyjne sygnały zwrotne używane do weryfikacji rzeczywistego położenia, przyspieszenia i prędkości silnika lub siłownika liniowego.

Enkoder optyczny Arduino

Tutaj nauczymy się, jak podłączyć optyczny enkoder obrotowy za pomocą arduino uno . Jest to urządzenie mechaniczne z obrotowym wałem w cylindrycznej obudowie. Na okrągłym płaskim dysku znajdują się dwa zestawy szczelin. Z dowolnej strony tego dysku podłączone są czujniki optyczne, przy czym zestaw nadajników znajduje się po jednej stronie, a wysyłany odbiornik po drugiej stronie. Ilekroć szczelinowa tarcza obraca się między czujnikiem, przecina Czujnik optyczny , więc sygnał będzie generowany na końcach odbiornika. Tutaj odbiornik jest podłączony do mikrokontrolera przetwarzającego generowany sygnał, w ten sposób możemy określić, o ile obraca się wał. Kierunek obrotu wału można określić po prostu porównując biegunowość sygnału dla dwóch o/ps, ponieważ dwa zestawy szczelin na okrągłej tarczy są w pewnym przesunięciu.

Poniżej pokazano interfejs enkodera optycznego z Arduino. Wymagane komponenty do tego interfejsu obejmują głównie enkoder optyczny, płytkę Arduino Uno i przewody łączące. Połączenia tego interfejsu są następujące;

• Czerwony przewód tego enkodera jest podłączony do pinu 5 V Arduino Uno.
• Czarny przewód tego enkodera jest podłączony do pinu GND Arduino Uno.
• Biały przewód (OUT A) enkodera optycznego jest podłączony do pinu przerywacza Arduino Uno, takiego jak Pin-3.
• Zielony przewód (OUT B) tego enkodera jest podłączony do innego pinu przerywacza Arduino Uno, takiego jak Pin-2.

Tutaj przewody wyjściowe z enkodera optycznego, takie jak przewody koloru białego i zielonego, należy podłączyć tylko do pinu przerwania płytki Arduino Uno, w przeciwnym razie płytka Arduino nie będzie rejestrować każdego impulsu z tego enkodera.

Kod

niestabilna długa temperatura, licznik = 0; //Ta zmienna będzie się zwiększać lub zmniejszać w zależności od obrotu enkodera
anuluj konfigurację ()

{

Serial.begin (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // wewnętrzny pin wejścia pullup 2
tryb pin(3, INPUT_PULLUP); // wewnętrzny เป็น pin wejścia pullup 3
//Ustawianie przerwania
// Narastający impuls z kodera aktywowanego ai0(). AttachInterrupt 0 to DigitalPin nr 2 na Arduino.
attachInterrupt(0, ai0, ROSNĄCY);
//B narastający impuls z aktywowanego kodera ai1(). AttachInterrupt 1 to DigitalPin nr 3 na Arduino.
attachInterrupt(1, ai1, ROSNĄCY);
}
pusta pętla() {
// Wyślij wartość licznika
if(licznik != temp ){
Serial.println (licznik);
temperatura = licznik;
}
}
anuluj ai0() {
// ai0 jest aktywowane, jeśli DigitalPin nr 2 zmienia stan z LOW na HIGH
// Sprawdź pin 3, aby określić kierunek
if(odczyt cyfrowy(3)==NISKI) {
licznik++;
}w przeciwnym razie{
lada-;
}
}
anuluj ai1() {
// ai0 jest aktywowane, jeśli DigitalPin nr 3 zmienia stan z LOW na HIGH
// Sprawdź za pomocą styku 2, aby określić kierunek
if(odczyt cyfrowy(2)==NISKI) {
lada-;
}w przeciwnym razie{
licznik++;
}
}
Po przesłaniu powyższego kodu do płyty Arduino Uno otwórz monitor szeregowy i obróć wał enkodera optycznego. Jeśli obrócisz enkoder optyczny w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, możesz zauważyć wzrost wartości, a jeśli obrócisz ten enkoder w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, wartość zostanie zmniejszona. Jeśli wartość pokazuje odwrotność oznacza podanie wartości ujemnej dla ruchu zgodnego z ruchem wskazówek zegara. Możesz więc odwrócić białe i zielone przewody.

Rodzaje enkoderów optycznych

Enkodery optyczne są dostępne w dwóch typach: transmisyjnym i odblaskowym, które omówiono poniżej.

Typ transmisyjny

W transmisyjnym enkoderze optycznym fotodetektor wykrywa, czy sygnał świetlny emitowany przez diody elektroluminescencyjne przechodzi przez szczelinę koła kodowego. Główne zalety transmisyjnego enkodera optycznego obejmują; poprawia dokładność sygnału w łatwy i prosty sposób dzięki dość prostej linii optycznej.

Typ odblaskowy

W enkoderze optycznym typu refleksyjnego fotoczujnik wykrywa, czy emitowany sygnał świetlny z diody elektroluminescencyjnej jest odbijany przez koło kodowe. Zalety enkoderów optycznych typu odblaskowego obejmują głównie; jest łatwy do miniaturyzacji i cienki. Ponieważ są one zaprojektowane za pomocą techniki układania w stosy; wówczas procedura montażu może zostać uproszczona.

Enkoder optyczny kontra enkoder magnetyczny

Różnica między enkoderem optycznym a enkoderem magnetycznym obejmuje następujące elementy.

Zalety i wady

The zalety enkodera optycznego zawierać następujące.

• Enkoder optyczny z łatwością poprawia dokładność, a także rozdzielczość, dostosowując kształt szczeliny, ponieważ ma mechanizm wykrywający, czy światło z diody LED przechodzi przez szczelinę, czy nie.
• Na ten enkoder nie ma wpływu pobliskie pole magnetyczne.
• Enkodery te zapewniają najwyższą rozdzielczość.
• Są one bardziej odporne na zakłócenia elektryczne powodowane przez prądy wirowe.
• Te enkodery mają elastyczne opcje montażu.

The wady enkoderów optycznych zawierać następujące.

• Główną wadą tego enkodera jest to, że: nie jest wytrzymały mechanicznie.
• Te enkodery mają cienki szklany dysk, który może zostać uszkodzony przez ekstremalne wstrząsy lub silne wibracje.
• Te enkodery zależą od „linii wzroku”, więc są głównie podatne na brud, olej i kurz.
• Dyski optyczne w tym koderze są zwykle wykonane z tworzywa sztucznego lub szkła, więc istnieje większe prawdopodobieństwo uszkodzenia w wyniku ekstremalnej temperatury, wibracji i zanieczyszczenia.

Aplikacje

The zastosowania enkoderów optycznych zawierać następujące.

• Te enkodery są idealne do zastosowań wymagających wysokiego poziomu precyzji i dokładności.
• Są one używane tam, gdzie wytwarzane jest silne pole magnetyczne.
• Ma zastosowanie w urządzeniach wykorzystujących silniki o dużej średnicy.
• Te enkodery pomagają w wykrywaniu sygnałów optycznych przechodzących przez szczelinę i przekształcaniu ich w sygnały elektryczne.
• Te enkodery są bardzo pomocne w pomiarach i kontrolowaniu ruchu obrotowego w szerokim zakresie zastosowań, takich jak spektrometry, sprzęt laboratoryjny, wirówki, urządzenia medyczne, systemy tomografii komputerowej itp.
• Te enkodery są używane w aplikacjach wymagających wysokiego momentu obrotowego w bardzo ograniczonych obszarach.
• Są one stosowane w programowalnych urządzeniach kontrolnych.
• Są one stosowane w urządzeniach handlowych lub przemysłowych.
• Są one stosowane w urządzeniach do dozowania chemikaliów.

1). Dlaczego stosuje się enkodery optyczne?

Enkodery optyczne z łatwością poprawiają dokładność i rozdzielczość w porównaniu z enkoderem magnetycznym. Można ich więc używać wszędzie tam, gdzie powstaje silne pole magnetyczne.

2). Co to jest wyjście enkodera optycznego?

Wyjściem enkodera optycznego jest impuls elektroniczny, który jest używany jako „zegar” do próbkowania danych.

3). Jaka jest rozdzielczość enkodera optycznego?

Rozdzielczość enkodera optycznego wynosi 20 000 impulsów na każdy obrót koła, który jest wykorzystywany do obliczeń odometrii.

4). Dlaczego enkodery są lepsze od potencjometrów?

Enkodery mogą obracać się w podobnym kierunku przez czas nieokreślony, podczas gdy potencjometr zwykle wykonuje jeden obrót.

5). Jaki typ enkodera jest szeroko stosowany w robotyce?

Enkodery optyczne są wykorzystywane w robotyce do rejestracji pomiarów bezwzględnych lub przyrostowych.

To jest przegląd optyki enkoder – rodzaje , interfejsów, pracy i aplikacji. Enkodery optyczne wykorzystują światło przechodzące przez szkło i identyfikowane przez odbiornik. Tego typu enkodery są bardzo dokładnymi i niezbędnymi komponentami w różnych systemach mechanicznych w wielu gałęziach przemysłu, aby zapewnić precyzyjne informacje zwrotne. Oto pytanie do ciebie, co to jest enkoder liniowy?