Optický kódovač: Práca, typy, rozhranie a jeho aplikácie

Kodér je zariadenie na detekciu pohybu, ktoré poskytuje spätnú väzbu v rámci a riadiaci systém s uzavretou slučkou . Hlavnou funkciou enkodéra je zmeniť rotačný pohyb alebo lineárny pohyb časti zariadenia na elektrický signál, po ktorom odovzdá riadiacemu systému, pomocou enkodéra presné umiestnenie komponentov zariadenia, rýchlosť otáčania alebo jeho smer. a uhol & č. možno rozpoznať transformácie hriadeľa motora. Na trhu sú dostupné rôzne typy snímačov, ktoré sú klasifikované na základe typu technológie, pohybu, rôznych parametrov atď. Snímače založené na pohybe sa delia na lineárne, rotačné a uhlové. Kódovače na základe polohy sú klasifikované do absolútny kodér a inkrementálny kódovač . Kódovače založené na technológii snímania sa delia na optické, magnetické a kapacitné. Kódovače založené na kanáli sú rozdelené na jednokanálové a kvadratúrne. Tento článok sa zaoberá prehľadom konkrétneho jedného z typov kódovačov optický kódovač – práca a jej aplikácie.

Čo je to optický kodér?

Elektromechanické zariadenie, ktoré sa používa na zmenu polohy z rotačného alebo lineárneho na elektrický signál pomocou svetelného zdroja, optického mriežkového a fotosenzitívneho detektora, je známe ako optický kódovač. Tieto kódovače sa vo veľkej miere používajú v rôznych obrábacích strojoch, kancelárskych zariadeniach a ako vysoko presné snímače riadenia polohy v priemyselných robotoch.

Dizajn optického kódovača

Optický kódovač je navrhnutý s LED diódou, fotosenzormi a diskom známym ako kódové koleso so štrbinami v radiálnom smere a deteguje rotačné údaje o polohe ako optický signál. Akonáhle sa kódové koleso pripojené k otočnému hriadeľu, ako je motor, otáča, potom sa vytvorí optický signál na základe toho, či svetlo produkované permanentným prvkom vyžarujúcim svetlo prechádza cez štrbinu kódového kolesa alebo nie. Fotosnímač zaznamená optický signál a zmení ho na elektrický signál a odošle ho.

Zariadenie vyžarujúce svetlo

V optických kódovačoch sa používajú lacné IR LED diódy, hoci niekedy sa na potlačenie šírenia svetla používajú farebné LED diódy s kratšími vlnovými dĺžkami. Okrem toho sa drahé laserové diódy používajú tam, kde je potrebné vysoké rozlíšenie a vysoký výkon.

Objektív

Svetlo LED je rozptýlené svetlo prostredníctvom malej smerovosti, takže na vytvorenie rovnobežnosti sa používa konvexná šošovka.

Kódové koleso

Kódové koliesko vyzerá ako disk so štrbinami, ktoré umožňujú alebo blokujú vyžarované svetlo dióda vyžarujúca svetlo . Kódovacie koliesko je vyrobené z kovu, skla a živicových materiálov. Tu je kovový materiál odolný voči teplote, vlhkosti a vibráciám.

Živicový materiál nie je drahý, ale je vhodný na hromadnú výrobu a používa sa na spotrebiteľské aplikácie. Sklenený materiál sa používa hlavne tam, kde je potrebné maximálne rozlíšenie a presnosť. Okrem toho je v blízkosti kódového kolieska usporiadaná pevná štrbina na objasnenie prechodu alebo blokovania svetla z priechodov LED cez kódové koliesko a prechádzajúceho do prvku na zber svetla.

Fotografický senzor

Fotosenzor je zvyčajne fototranzistor/fotodióda vyrobená z polovodičového materiálu, ako je kremík, germánium a indium-gálium fosfid.

Ako funguje optický kódovač?

Optický kódovač jednoducho detekuje optické signály, ktoré prechádzajú cez štrbinu a mení ich na elektrické signály. V porovnaní s magnetickým kódovačom je tento kódovač veľmi jednoduchý na zlepšenie presnosti a rozlíšenia na použitie v aplikáciách, kde sa vytvára silné magnetické pole. Optický enkodér umožňuje rôzne ovládače na meranie rôznych typov pohybu. Tieto snímače ponúkajú veľmi presné spätnoväzbové signály používané na overenie aktuálnej polohy, zrýchlenia a rýchlosti motora alebo lineárneho pohonu.

Optický kódovač Arduino

Tu sa naučíme, ako pripojiť optický rotačný kódovač pomocou arduino uno . Jedná sa o mechanické zariadenie s otočným hriadeľom vo valcovom kryte. Na kruhovom plochom disku sú dve sady štrbín. Na ktorejkoľvek strane tohto disku sú pripojené optické senzory, pričom na jednej strane je vysielač a na druhej strane vysielaný prijímač. Kedykoľvek sa štrbinový kotúč otáča medzi snímačom, prereže optický senzor , takže signál bude produkovaný na koncoch prijímača. Tu je prijímač pripojený k mikrokontroléru na spracovanie generovaného signálu, týmto spôsobom môžeme identifikovať, o koľko sa hriadeľ otáča. Smer otáčania hriadeľa je možné určiť jednoduchým porovnaním polarity signálu pre dva o/ps, pretože dve sady štrbín na kruhovom disku sú v určitom posunutí.

Prepojenie optického kódovača s Arduino je znázornené nižšie. Medzi požadované komponenty pre toto rozhranie patrí najmä optický enkodér, doska Arduino Uno a prepojovacie vodiče. Spojenia tohto rozhrania nasledujú takto;

• Červený vodič tohto kódovača je pripojený k 5V kolíku Arduino Uno.
• Čierny farebný vodič tohto kódovača je pripojený ku kolíku GND Arduino Uno.
• Biely vodič (OUT A) optického kódovača je pripojený k prerušovaciemu kolíku Arduino Uno, ako je Pin-3.
• Zelený vodič (OUT B) tohto kódovača je pripojený k ďalšiemu kolíku prerušovača Arduino Uno, ako je Pin-2.

Tu by mali byť výstupné vodiče z optického kódovača ako biele a zelené vodiče pripojené iba k prerušovaciemu kolíku dosky Arduino Uno, ak nie, doska Arduino nezaznamená každý impulz z tohto kódovača.

kód

prchavá dlhá teplota, počítadlo = 0; //Táto premenná sa bude zvyšovať alebo znižovať v závislosti od rotácie kódovača
void setup()

{

Serial.begin (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // interný pullup vstupný kolík 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // interný เป็น pullup vstupný kolík 3
//Nastavenie prerušenia
//Stúpajúci impulz z kódovania aktivovaného ai0(). AttachInterrupt 0 je DigitalPin nr 2 na Arduine.
pripojitInterrupt(0, ai0, RISING);
//B stúpajúci impulz z aktivovaného kódovaním ai1(). AttachInterrupt 1 je DigitalPin nr 3 na Arduine.
pripojitInterrupt(1, ai1, RISING);
}
void loop() {
// Odoslať hodnotu počítadla
if( counter != temp ){
Serial.println (počítadlo);
temp = počítadlo;
}
}
void ai0() {
// ai0 sa aktivuje, ak sa DigitalPin č. 2 zmení z LOW na HIGH
// Skontrolujte kolík 3, aby ste určili smer
if(digitalRead(3)==LOW) {
counter++;
}else{
počítadlo–;
}
}
void ai1() {
// ai0 sa aktivuje, ak sa DigitalPin č. 3 zmení z LOW na HIGH
// Skontrolujte pomocou kolíka 2, aby ste určili smer
if(digitalRead(2)==LOW) {
počítadlo–;
}else{
counter++;
}
}
Po nahratí vyššie uvedeného kódu do dosky Arduino Uno otvorte sériový monitor a otočte hriadeľ optického kódovača. Ak otočíte optickým enkodérom v smere hodinových ručičiek, môžete si všimnúť zvýšenie hodnoty a ak otočíte týmto enkodérom proti smeru hodinových ručičiek, hodnota sa zníži. Ak hodnota ukazuje obrátenú hodnotu, znamená to zápornú hodnotu pre pohyb v smere hodinových ručičiek. Takže môžete prehodiť biele a zelené vodiče.

Typy optických kódovačov

Optické kódovače sú dostupné v dvoch typoch transmisného typu a reflexného typu, ktoré sú popísané nižšie.

Transmisívny typ

V optickom kódovači transmisívneho typu si fotosnímač všimne, či vyžarovaný svetelný signál z diód vyžarujúcich svetlo prechádza alebo neprechádza cez štrbinu kódovacieho kolieska. Medzi hlavné výhody optického kódovača transmisívneho typu patrí; ľahko zlepšuje presnosť signálu a jednoduchý vývoj vďaka pomerne jednoduchému optickému pruhu.

Reflexný typ

V optickom kódovači reflexného typu si fotosnímač všimne, či sa vyžarovaný svetelný signál zo svetelnej diódy odráža alebo neodráža cez kódovacie koliesko. Medzi výhody optických kódovačov reflexného typu patria najmä; dá sa jednoducho miniaturizovať a stenčiť. Pretože sú navrhnuté pomocou techniky stohovania; potom je možné zjednodušiť postup montáže.

Optický kódovač vs magnetický kódovač

Rozdiel medzi optickým kódovačom a magnetickým kódovačom zahŕňa nasledovné.

Výhody a nevýhody

The výhody optického kódovača zahŕňajú nasledujúce.

• Optický kódovač ľahko zlepšuje presnosť, ako aj rozlíšenie vyvinutím tvaru štrbiny, pretože má mechanizmus na zistenie, či svetlo z LED prechádza alebo nie cez štrbinu.
• Tento kódovač nie je ovplyvnený blízkym magnetickým poľom.
• Tieto kódovače poskytujú najvyššie rozlíšenie.
• Tie sú odolnejšie voči rušeniu elektrického šumu vírivými prúdmi.
• Tieto kódovače majú flexibilné možnosti montáže.

The nevýhody optických kódovačov zahŕňajú nasledujúce.

• Hlavnou nevýhodou tohto kódovača je, že: nie je mechanicky pevný.
• Tieto kódovače majú tenký sklenený disk, ktorý sa môže poškodiť extrémnymi nárazmi alebo silnými vibráciami.
• Tieto kódovače závisia od „priamej viditeľnosti“, takže sú náchylné najmä na nečistoty, olej a prach.
• Optické disky v tomto kódovači sú zvyčajne vyrobené z plastu alebo skla, takže existuje väčšia šanca, že sa poškodia extrémnou teplotou, vibráciami a kontamináciou.

Aplikácie

The aplikácie optických kódovačov zahŕňajú nasledujúce.

• Tieto kódovače sú ideálne pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysokú úroveň presnosti a presnosti.
• Používajú sa tam, kde sa vytvára silné magnetické pole.
• Je použiteľný v zariadeniach, ktoré využívajú motory s veľkým priemerom.
• Tieto kódovače pomáhajú pri detekcii optických signálov, ktoré prechádzajú cez štrbinu a menia ich na elektrické signály.
• Tieto kódovače sú veľmi užitočné pri meraní a riadení rotačného pohybu v širokej škále aplikácií, ako sú spektrometre, laboratórne vybavenie, centrifúgy, lekárske prístroje, CT skenovacie systémy atď.
• Tieto snímače sa používajú v aplikáciách s vysokým krútiacim momentom v extrémne obmedzených oblastiach.
• Používajú sa v programovateľných kontrolných zariadeniach.
• Používajú sa v komerčných alebo priemyselných zariadeniach.
• Používajú sa v zariadeniach na dávkovanie chemikálií.

1). Prečo sa používajú optické kódovače?

Optické snímače jednoducho zlepšujú presnosť a rozlíšenie v porovnaní s magnetickým snímačom. Takže sa dajú použiť všade tam, kde sa vytvorí silné magnetické pole.

2). Aký je výstup optického kódovača?

Výstup optického kódovača je elektronický impulz, ktorý sa používa ako „hodiny“ na vzorkovanie údajov.

3). Aké je rozlíšenie optického kódovača?

Rozlíšenie optického kódovača je 20 000 impulzov na každú otáčku kolesa, ktoré sa používa na výpočty kilometrov.

4). Prečo sú kódovače lepšie ako potenciometre?

Snímače sa môžu otáčať v podobnom smere počas neurčitej doby, zatiaľ čo potenciometer zvyčajne otočí jednu otáčku.

5). Aký typ kódovača sa široko používa v robotike?

Optické snímače sa používajú v robotike na zaznamenávanie absolútnych alebo prírastkových meraní.

Toto je prehľad optiky kodér – typy , rozhranie, prácu a aplikácie. Optické kódovače používajú svetlo, ktoré prechádza cez sklo a identifikuje sa cez prijímač. Tieto typy snímačov sú veľmi presné a veľmi potrebné komponenty v rôznych mechanických systémoch mnohých priemyselných odvetví na poskytovanie presných spätnoväzbových informácií. Tu je otázka pre vás, čo je lineárny kódovač?