El codificador és un dispositiu de detecció de moviment que proporciona retroalimentació en un sistema de control de llaç tancat . La funció principal d'un codificador és canviar el moviment giratori o el moviment lineal d'una part del dispositiu en un senyal elèctric després del qual lliura al sistema de control, mitjançant l'ús d'un codificador, la ubicació precisa dels components del dispositiu, la velocitat de rotació o la seva direcció. i l'angle & no. es poden reconèixer les transformacions de l'eix del motor. Hi ha diferents tipus de codificadors disponibles al mercat que es classifiquen en funció del tipus de tecnologia, moviment, diversos paràmetres, etc. Els codificadors basats en el moviment es classifiquen en lineals, rotatius i angulars. Els codificadors basats en la posició es classifiquen en codificador absolut i codificador incremental . Els codificadors basats en la tecnologia de detecció es classifiquen en òptics, magnètics i capacitius. Els codificadors basats en el canal es classifiquen en canal únic i en quadratura. Aquest article tracta una visió general d'un dels tipus de codificador, és a dir codificador òptic – El treball i les seves aplicacions.
Què és el codificador òptic?
Es coneix com a codificador òptic un dispositiu electromecànic que s'utilitza per canviar la posició de rotació o lineal a un senyal elèctric mitjançant una font de llum, una reixa òptica i un detector fotosensible. Aquests codificadors s'utilitzen àmpliament en diferents màquines-eina, equips d'oficina i com a sensors de control de posició d'alta precisió en robots industrials.
Disseny del codificador òptic
El codificador òptic està dissenyat amb un LED, sensors fotogràfics i un disc conegut com a roda de codi que inclou escletxes dins de la direcció radial i detecta dades de posició giratòria com a senyal òptic. Una vegada que una roda de codi connectada a un eix rotatiu com un motor gira, es generarà un senyal òptic en funció de si la llum produïda per un element emissor de llum permanent passa per la ranura d'una roda de codi o no. El sensor fotogràfic nota el senyal òptic i el converteix en un senyal elèctric i l'emet.
Dispositiu emissor de llum
En codificadors òptics, s'utilitzen LED IR de baix cost, encara que de vegades s'utilitzen LED de colors amb longituds d'ona més curtes per contenir la difusió de la llum. A més, s'utilitzen costosos díodes làser on es necessita alta resolució i alt rendiment.
Lent
La llum LED és una llum difusa mitjançant una petita directivitat, de manera que s'utilitza una lent convexa per fer paral·lel.
Roda del codi
La roda de codi s'assembla a un disc que inclou escletxes que permeten o bloqueja la llum emesa díode emissor de llum . La roda de codi està feta amb materials de metall, vidre i resina. Aquí, el material metàl·lic és fort contra la humitat i la vibració de la temperatura.
El material de resina no és car però adequat per a la producció en massa i s'utilitza per a aplicacions basades en el consumidor. El material de vidre s'utilitza principalment quan es requereix la màxima resolució i precisió. A més, es disposa una ranura fixa a prop de la roda de codi per aclarir el pas o el bloqueig de la llum del LED que passa per tota la roda de codi i entra a l'element de recollida de llum.
Sensor fotogràfic
Un fotosensor és normalment un fototransistor/fotodiode fet amb material semiconductor com el silici, el germani i el fosfur de gal·li.
Com funciona el codificador òptic?
Un codificador òptic simplement detecta els senyals òptics que passen per la ranura i els transforma en senyals elèctrics. En comparació amb el codificador magnètic, aquest codificador és molt senzill per millorar la precisió i la resolució per utilitzar-lo en aplicacions on es produeixi un camp magnètic fort. El codificador òptic permet diferents controladors per mesurar diferents tipus de moviment. Aquests codificadors ofereixen senyals de retroalimentació molt precises que s'utilitzen per verificar la posició, l'acceleració i la velocitat reals del motor o de l'actuador lineal.
Codificador òptic Arduino
Aquí aprendrem a connectar un codificador rotatiu òptic mitjançant Arduino U . Es tracta d'un dispositiu mecànic amb un eix giratori en una carcassa cilíndrica. En un disc pla circular, hi ha dos jocs de ranures. A qualsevol costat d'aquest disc, els sensors òptics estan connectats on el conjunt del transmissor està a un costat i el receptor enviat a un altre costat. Sempre que el disc ranurat gira entre el sensor, llavors talla el sensor òptic , de manera que el senyal es produirà als extrems del receptor. Aquí, el receptor està connectat a un microcontrolador per processar el senyal generat, d'aquesta manera podem identificar quant gira l'eix. La direcció de rotació de l'eix es pot determinar simplement comparant la polaritat del senyal per a dos o/ps perquè els dos conjunts de ranures del disc circular es troben amb un cert desplaçament.
A continuació es mostra la interfície del codificador òptic amb Arduino. Els components necessaris per a aquesta interfície inclouen principalment un codificador òptic, una placa Arduino Uno i cables de connexió. Les connexions d'aquesta interfície segueixen com;
- El cable de color vermell d'aquest codificador està connectat al pin de 5 V d'Arduino Uno.
- El cable de color negre d'aquest codificador està connectat al pin GND d'Arduino Uno.
- El cable de color blanc (OUT A) d'un codificador òptic està connectat al pin interruptor d'Arduino Uno com el Pin-3.
- El cable de color verd (OUT B) d'aquest codificador està connectat a l'altre pin interruptor d'Arduino Uno com el Pin-2.
Aquí, els cables de sortida del codificador òptic com els cables de color blanc i verd només s'han de connectar al pin d'interrupció de la placa Arduino Uno, si no, la placa Arduino no gravarà cada pols d'aquest codificador.
Codi
temperatura llarga volàtil, comptador = 0; //Aquesta variable augmentarà o disminuirà en funció de la rotació del codificador
void setup ()
{
Serial.begin (9600);
pinMode(2, INPUT_PULLUP); // pin d'entrada de pullup intern 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // pin d'entrada de pullup intern 3
//Configuració d'interrupció
//Un pols creixent d'encodenren activat ai0(). AttachInterrupt 0 és DigitalPin nr 2 a Arduino.
attachInterrupt(0, ai0, AUJENT);
//B pols creixent des de l'encodenren activat ai1(). AttachInterrupt 1 és DigitalPin nr 3 a Arduino.
attachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
bucle buit() {
// Envia el valor del comptador
if( comptador != temp ){
Serial.println (comptador);
temp = comptador;
}
}
void ai0() {
// ai0 s'activa si DigitalPin nr 2 va de BAIX a ALTA
// Comproveu el pin 3 per determinar la direcció
if(digitalRead(3)==BAIX) {
comptador++;
}una altra cosa{
comptador-;
}
}
void ai1() {
// ai0 s'activa si DigitalPin nr 3 va de BAIX a ALTA
// Comproveu amb el pin 2 per determinar la direcció
if(digitalRead(2)==BAIX) {
comptador-;
}una altra cosa{
comptador++;
}
}
Un cop carregat el codi anterior a la placa Arduino Uno, obriu el monitor sèrie i gireu l'eix del codificador òptic. Si gireu el codificador òptic en el sentit de les agulles del rellotge, podeu notar l'augment del valor i si gireu aquest codificador en sentit contrari a les agulles del rellotge, el valor es reduirà. Si el valor mostra el revés significa donar un valor negatiu per a un moviment en sentit horari. Així podeu invertir els cables blanc i verd.
Tipus de codificadors òptics
Els codificadors òptics estan disponibles en dos tipus de tipus transmissiu i tipus reflectant que es comenten a continuació.
Tipus transmissiu
En un codificador òptic de tipus transmissiu, el sensor fotogràfic observa si el senyal de llum emès pels díodes emissors de llum passa o no per la ranura de la roda de codi. Els principals avantatges d'un codificador òptic de tipus transmissiu inclouen; millora la precisió del senyal fàcilment i el desenvolupament senzill a causa del carril òptic bastant simple.
Tipus reflectant
En un codificador òptic de tipus reflectant, el sensor fotogràfic observa si el senyal de llum emès pel díode emissor de llum es reflecteix o no a través de la roda de codi. Els avantatges dels codificadors òptics de tipus reflectant inclouen principalment; és senzill de miniaturitzar i aprimar. Com que aquests estan dissenyats mitjançant la tècnica d'apilament; llavors el procediment de muntatge es pot simplificar.
Codificador òptic vs codificador magnètic
La diferència entre un codificador òptic i un codificador magnètic inclou el següent.
| Codificador òptic |
Codificador magnètic |
| El codificador òptic és un tipus de transductor que s'utilitza per mesurar el moviment giratori. | El codificador magnètic és un tipus de codificador giratori que utilitza sensors per identificar els canvis dins dels camps magnètics d'un anell/roda magnetitzat rotatiu. |
| Aquest codificador també es coneix com a transductor de moviment digital/generador de polsos. | Aquest codificador també es coneix com a codificador de detecció d'angle absolut. |
| Necessita una línia de visió molt clara. | La línia de visió d'aquest codificador està plena de pols o diferents contaminants. |
| Aquest codificador s'ha de mantenir amb un espai d'aire <,25 mm. | Aquest codificador és precís amb espais d'aire de fins a 4 mm. |
| És vulnerable a la compressió del disc giratori dins la humitat i la calor fluctuant. | És resistent a la humitat i la calor. |
| Precisió compromesa en entorns de xocs o vibracions. | És resistent a vibracions i cops. |
| Necessita una carcassa gran i segellada per funcionar bé en entorns durs. | És sòlid, resistent i de baix cost sense una gran carcassa externa. |
| Inclou peces mòbils. | No inclou peces mòbils. |
| Aquest codificador no es pot adaptar a configuracions. | Aquest codificador es pot personalitzar. |
| El seu rang de temperatures és mitjà. | El seu rang de temperatures és estret. |
| El seu consum actual és elevat. | El seu consum actual és mitjà. |
| El seu rang de resolució és ampli. | El seu rang de resolució és estret. |
| Té una alta immunitat magnètica. | Té poca immunitat magnètica. |
Avantatges i inconvenients
El avantatges d'un codificador òptic incloure el següent.
- El codificador òptic millora fàcilment la precisió i la resolució desenvolupant la forma de la ranura perquè té un mecanisme per notar si la llum del LED passa o no per la ranura.
- Aquest codificador no es veu afectat pel camp magnètic proper.
- Aquests codificadors proporcionen les resolucions més altes.
- Aquests són més resistents a la interferència del soroll elèctric dels corrents de Foucault.
- Aquests codificadors tenen opcions de muntatge flexibles.
El desavantatges dels codificadors òptics incloure el següent.
- El principal inconvenient d'aquest codificador és que: mecànicament no és fort.
- Aquests codificadors tenen un disc de vidre prim que es pot danyar per cops extrems o vibracions greus.
- Aquests codificadors depenen de la 'línia de visió', de manera que són principalment vulnerables a la brutícia, l'oli i la pols.
- Els discos òptics d'aquest codificador es dissenyen normalment amb plàstic o vidre, de manera que hi ha més possibilitats de danyar-se per temperatures extremes, vibracions i contaminació.
Aplicacions
El aplicacions dels codificadors òptics incloure el següent.
- Aquests codificadors són ideals per a aplicacions que necessiten un alt nivell de precisió i precisió.
- S'utilitzen quan es produeix un camp magnètic fort.
- És aplicable en dispositius que utilitzen motors de gran diàmetre.
- Aquests codificadors ajuden a detectar els senyals òptics que passen per la ranura i els converteixen en senyals elèctrics.
- Aquests codificadors són molt útils per mesurar i controlar el moviment giratori en una àmplia gamma d'aplicacions com espectròmetres, equips de laboratori, centrífugues, dispositius mèdics, sistemes d'exploració de TC, etc.
- Aquests codificadors s'utilitzen en aplicacions basades en un parell elevat en àrees extremadament limitades.
- S'utilitzen en dispositius d'inspecció programables.
- S'utilitzen en equips comercials o industrials.
- S'utilitzen en equips de dosificació de productes químics.
1). Per què s'utilitzen codificadors òptics?
Els codificadors òptics milloren fàcilment la precisió i la resolució en comparació amb el codificador magnètic. Per tant, es poden utilitzar allà on es crei un camp magnètic fort.
2). Quina és la sortida d'un codificador òptic?
La sortida del codificador òptic és un pols electrònic que s'utilitza com a 'rellotge' per al mostreig de dades.
3). Quina és la resolució d'un codificador òptic?
La resolució d'un codificador òptic és de 20 k polsos per a cada revolució de la roda que s'utilitza per als càlculs d'odometria.
4). Per què els codificadors són millors que els potenciòmetres?
Els codificadors poden girar en una direcció similar durant un període indefinit, mentre que un potenciòmetre normalment gira una sola volta.
5). Quin tipus de codificador s'utilitza àmpliament en robòtica?
Els codificadors òptics s'utilitzen en robòtica per registrar mesures absolutes o incrementals.
Aquesta és una visió general d'una òptica codificador - tipus , interfície, funcionament i aplicacions. Els codificadors òptics utilitzen llum que passa a través del vidre i s'identifica a través d'un receptor. Aquests tipus de codificadors són components molt precisos i molt necessaris en diversos sistemes mecànics de moltes indústries per proporcionar informació de retroalimentació precisa. Aquí teniu una pregunta per a vosaltres, què és un codificador lineal?
