Οπτικός κωδικοποιητής: Λειτουργία, τύποι, διεπαφή και εφαρμογές του

Ο κωδικοποιητής είναι μια συσκευή ανίχνευσης κίνησης που παρέχει ανατροφοδότηση μέσα σε ένα σύστημα ελέγχου κλειστού βρόχου . Η κύρια λειτουργία ενός κωδικοποιητή είναι η αλλαγή της περιστροφικής κίνησης ή της γραμμικής κίνησης ενός τμήματος της συσκευής σε ηλεκτρικό σήμα μετά το οποίο παραδίδεται στο σύστημα ελέγχου, χρησιμοποιώντας έναν κωδικοποιητή, την ακριβή θέση των εξαρτημάτων της συσκευής, την ταχύτητα περιστροφής ή την κατεύθυνσή της και η γωνία & αρ. μπορούν να αναγνωριστούν οι μετασχηματισμοί του άξονα του κινητήρα. Υπάρχουν διάφοροι τύποι κωδικοποιητών που διατίθενται στην αγορά που ταξινομούνται με βάση τον τύπο τεχνολογίας, την κίνηση, τις διάφορες παραμέτρους κ.λπ. Οι κωδικοποιητές με βάση την κίνηση ταξινομούνται σε γραμμικούς, περιστροφικούς και γωνιακούς. Οι κωδικοποιητές με βάση τη θέση ταξινομούνται σε απόλυτος κωδικοποιητής και αυξητικός κωδικοποιητής . Οι κωδικοποιητές που βασίζονται στην τεχνολογία ανίχνευσης ταξινομούνται σε οπτικούς, μαγνητικούς και χωρητικούς. Οι κωδικοποιητές που βασίζονται στο κανάλι ταξινομούνται σε μεμονωμένο κανάλι και τετράγωνο. Αυτό το άρθρο εξετάζει μια επισκόπηση ενός από τους τύπους κωδικοποιητή δηλαδή οπτικός κωδικοποιητής – την εργασία και τις εφαρμογές της.

Τι είναι ο οπτικός κωδικοποιητής;

Μια ηλεκτρομηχανική συσκευή που χρησιμοποιείται για την αλλαγή της θέσης από περιστρεφόμενο ή γραμμικό σε ηλεκτρικό σήμα χρησιμοποιώντας μια πηγή φωτός, ένα οπτικό πλέγμα και φωτοευαίσθητο ανιχνευτή είναι γνωστός ως οπτικός κωδικοποιητής. Αυτοί οι κωδικοποιητές χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορες εργαλειομηχανές, εξοπλισμό γραφείου και ως αισθητήρες ελέγχου θέσης υψηλής ακρίβειας σε βιομηχανικά ρομπότ.

Σχεδιασμός οπτικού κωδικοποιητή

Ο οπτικός κωδικοποιητής έχει σχεδιαστεί με LED, αισθητήρες φωτογραφίας και έναν δίσκο γνωστό ως τροχό κωδικού που περιλαμβάνει σχισμές εντός της ακτινικής κατεύθυνσης και ανιχνεύει δεδομένα θέσης περιστροφής ως οπτικό σήμα. Μόλις περιστραφεί ένας τροχός κώδικα συνδεδεμένος σε έναν περιστροφικό άξονα όπως ένας κινητήρας, τότε θα δημιουργηθεί ένα οπτικό σήμα με βάση το εάν το φως που παράγεται από ένα μόνιμο στοιχείο εκπομπής φωτός διέρχεται από τη σχισμή του τροχού κώδικα ή όχι. Ο αισθητήρας φωτογραφίας παρατηρεί το οπτικό σήμα και το μετατρέπει σε ηλεκτρικό σήμα και το εξάγει.

Συσκευή εκπομπής φωτός

Στους οπτικούς κωδικοποιητές, χρησιμοποιούνται φθηνά IR LED αν και μερικές φορές χρησιμοποιούνται έγχρωμα LED με μικρότερα μήκη κύματος για να περιορίσουν τη διάχυση φωτός. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται δαπανηρές δίοδοι λέιζερ όπου απαιτείται υψηλή ανάλυση και υψηλή απόδοση.

Φακός

Το φως LED είναι διάχυτο φως μέσω μικρής κατευθυντικότητας, έτσι ώστε ένας κυρτός φακός να χρησιμοποιείται για την παράλληλη δημιουργία.

Κωδικός τροχός

Ο τροχός κώδικα μοιάζει με δίσκο που περιλαμβάνει σχισμές που επιτρέπουν ή εμποδίζουν το εκπεμπόμενο φως από το δίοδος εκπομπής φωτός . Ο τροχός κωδικοποίησης είναι κατασκευασμένος από μέταλλο, γυαλί & υλικά ρητίνης. Εδώ, το μεταλλικό υλικό είναι ισχυρό έναντι της υγρασίας και των κραδασμών θερμοκρασίας.

Το υλικό ρητίνης δεν είναι ακριβό, αλλά κατάλληλο για μαζική παραγωγή και χρησιμοποιείται για εφαρμογές που βασίζονται στον καταναλωτή. Το γυαλί χρησιμοποιείται κυρίως όπου απαιτείται μέγιστη ανάλυση και ακρίβεια. Επιπλέον, μια σταθερή σχισμή είναι διατεταγμένη κοντά στον τροχό κωδικών για να διευκρινίσει τη διέλευση ή το μπλοκάρισμα του φωτός από τις διελεύσεις LED σε όλο τον τροχό κώδικα και πηγαίνει στο στοιχείο συλλογής φωτός.

Αισθητήρας φωτογραφίας

Ένας αισθητήρας φωτογραφίας είναι συνήθως ένα φωτοτρανζίστορ/φωτοδίοδος που κατασκευάζεται με ημιαγωγικό υλικό όπως πυρίτιο, γερμάνιο και φωσφίδιο γαλλίου.

Πώς λειτουργεί ο οπτικός κωδικοποιητής;

Ένας οπτικός κωδικοποιητής απλώς ανιχνεύει τα οπτικά σήματα που περνούν σε όλη τη σχισμή και τα μετατρέπει σε ηλεκτρικά σήματα. Σε σύγκριση με τον μαγνητικό κωδικοποιητή, αυτός ο κωδικοποιητής είναι πολύ απλός στη βελτίωση της ακρίβειας και της ανάλυσης για χρήση σε εφαρμογές όπου παράγεται ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Ο οπτικός κωδικοποιητής επιτρέπει διαφορετικούς ελεγκτές για τη μέτρηση διαφορετικών τύπων κίνησης. Αυτοί οι κωδικοποιητές προσφέρουν πολύ ακριβή σήματα ανάδρασης που χρησιμοποιούνται για την επαλήθευση της πραγματικής θέσης, της επιτάχυνσης και της ταχύτητας του κινητήρα ή του γραμμικού ενεργοποιητή.

Οπτικός κωδικοποιητής Arduino

Εδώ θα μάθουμε πώς να συνδέσουμε έναν οπτικό περιστροφικό κωδικοποιητή χρησιμοποιώντας arduino uno . Πρόκειται για μια μηχανική συσκευή με περιστροφικό άξονα σε κυλινδρικό περίβλημα. Σε έναν κυκλικό επίπεδο δίσκο, υπάρχουν δύο σετ υποδοχών. Σε οποιαδήποτε πλευρά αυτού του δίσκου, συνδέονται οπτικοί αισθητήρες όπου το σετ πομπού βρίσκεται στη μία πλευρά και ο δέκτης που αποστέλλεται βρίσκεται στην άλλη πλευρά. Κάθε φορά που ο δίσκος με σχισμή περιστρέφεται ανάμεσα στον αισθητήρα, τότε το κόβει οπτικός αισθητήρας , έτσι το σήμα θα παράγεται στα άκρα του δέκτη. Εδώ, ο δέκτης συνδέεται με έναν μικροελεγκτή για την επεξεργασία του παραγόμενου σήματος, με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να αναγνωρίσουμε πόσο περιστρέφεται ο άξονας. Η φορά περιστροφής του άξονα μπορεί να προσδιοριστεί συγκρίνοντας απλώς την πολικότητα του σήματος για δύο o/ps επειδή τα δύο σετ σχισμών στον κυκλικό δίσκο βρίσκονται σε κάποια μετατόπιση.

Η διασύνδεση του οπτικού κωδικοποιητή με το Arduino φαίνεται παρακάτω. Τα απαιτούμενα εξαρτήματα για αυτήν τη διασύνδεση περιλαμβάνουν κυρίως έναν οπτικό κωδικοποιητή, μια πλακέτα Arduino Uno και καλώδια σύνδεσης. Οι συνδέσεις αυτής της διεπαφής ακολουθούν ως εξής:

• Το κόκκινο καλώδιο αυτού του κωδικοποιητή είναι συνδεδεμένο με τον ακροδέκτη 5V του Arduino Uno.
• Το μαύρο καλώδιο αυτού του κωδικοποιητή είναι συνδεδεμένο με τον ακροδέκτη GND του Arduino Uno.
• Το καλώδιο λευκού χρώματος (OUT A) ενός οπτικού κωδικοποιητή είναι συνδεδεμένο με τον ακροδέκτη διακόπτη του Arduino Uno όπως το Pin-3.
• Το καλώδιο πράσινου χρώματος (OUT B) αυτού του κωδικοποιητή είναι συνδεδεμένο με την άλλη ακίδα διακόπτη του Arduino Uno, όπως το Pin-2.

Εδώ τα καλώδια εξόδου από τον οπτικό κωδικοποιητή, όπως τα καλώδια λευκού και πράσινου χρώματος, θα πρέπει να συνδέονται μόνο με την ακίδα διακοπής της πλακέτας Arduino Uno, αν όχι η πλακέτα Arduino δεν θα καταγράφει κάθε παλμό από αυτόν τον κωδικοποιητή.

Κώδικας

volatile long temp, counter = 0; //Αυτή η μεταβλητή θα αυξηθεί ή θα μειωθεί ανάλογα με την περιστροφή του κωδικοποιητή
void setup()

{

Serial.begin (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // εσωτερική ακίδα εισόδου pullup 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // εσωτερική เป็น ακίδα εισόδου pullup 3
//Ρύθμιση διακοπής
//Ένας ανερχόμενος παλμός από το encodenren ενεργοποιημένο ai0(). Το AttachInterrupt 0 είναι το DigitalPin nr 2 στο Arduino.
attachInterrupt(0, ai0, RISING);
//Β αυξανόμενος παλμός από ενεργοποιημένο encodenren ai1(). Το AttachInterrupt 1 είναι το DigitalPin nr 3 στο Arduino.
attachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
void loop() {
// Αποστολή της τιμής του μετρητή
if( counter != temp ){
Serial.println (μετρητής);
temp = μετρητής;
}
}
void ai0() {
// Το ai0 ενεργοποιείται εάν το DigitalPin nr 2 πηγαίνει από LOW στο HIGH
// Ελέγξτε την ακίδα 3 για να προσδιορίσετε την κατεύθυνση
if(digitalRead(3)==LOW) {
counter++;
}αλλού{
μετρητής-;
}
}
void ai1() {
// Το ai0 ενεργοποιείται εάν το DigitalPin nr 3 πηγαίνει από LOW στο HIGH
// Ελέγξτε με τον πείρο 2 για να προσδιορίσετε την κατεύθυνση
if(digitalRead(2)==LOW) {
μετρητής-;
}αλλού{
counter++;
}
}
Μόλις μεταφορτωθεί ο παραπάνω κώδικας στην πλακέτα Arduino Uno, ανοίξτε τη σειριακή οθόνη και γυρίστε τον άξονα του οπτικού κωδικοποιητή. Εάν περιστρέψετε τον οπτικό κωδικοποιητή δεξιόστροφα, τότε μπορείτε να παρατηρήσετε την αύξηση της τιμής και εάν στρέψετε αυτόν τον κωδικοποιητή αριστερόστροφα, τότε η τιμή θα μειωθεί. Εάν η τιμή εμφανίζεται αντίστροφα σημαίνει ότι δίνετε μια αρνητική τιμή για μια κίνηση δεξιόστροφα. Έτσι μπορείτε να αντιστρέψετε τα λευκά και πράσινα καλώδια.

Τύποι οπτικών κωδικοποιητών

Οι οπτικοί κωδικοποιητές είναι διαθέσιμοι σε δύο τύπους μεταδοτικού τύπου και ανακλαστικού τύπου που αναλύονται παρακάτω.

Μεταδοτικός Τύπος

Σε έναν οπτικό κωδικοποιητή τύπου μετάδοσης, ο αισθητήρας φωτογραφίας παρατηρεί εάν το εκπεμπόμενο φωτεινό σήμα από τις δίοδοι εκπομπής φωτός περνά ή όχι σε όλη τη σχισμή του τροχού κωδικού. Τα κύρια πλεονεκτήματα ενός οπτικού κωδικοποιητή τύπου μετάδοσης περιλαμβάνουν: Βελτιώνει την ακρίβεια του σήματος εύκολα και απλή ανάπτυξη λόγω της αρκετά απλής οπτικής λωρίδας.

Ανακλαστικός τύπος

Σε έναν οπτικό κωδικοποιητή ανακλαστικού τύπου, ο αισθητήρας φωτογραφίας παρατηρεί εάν το εκπεμπόμενο φωτεινό σήμα από τη δίοδο εκπομπής φωτός ανακλάται ή όχι μέσω του τροχού κώδικα. Τα πλεονεκτήματα των ανακλαστικών οπτικών κωδικοποιητών περιλαμβάνουν κυρίως: είναι απλό στη μικρογραφία και λεπτό. Δεδομένου ότι αυτά σχεδιάζονται μέσω της τεχνικής στοίβαξης. τότε η διαδικασία συναρμολόγησης μπορεί να απλοποιηθεί.

Οπτικός κωδικοποιητής εναντίον μαγνητικού κωδικοποιητή

Η διαφορά μεταξύ ενός οπτικού κωδικοποιητή και ενός μαγνητικού κωδικοποιητή περιλαμβάνει τα ακόλουθα.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

ο πλεονεκτήματα ενός οπτικού κωδικοποιητή περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Ο οπτικός κωδικοποιητής βελτιώνει εύκολα την ακρίβεια καθώς και την ανάλυση αναπτύσσοντας το σχήμα της σχισμής επειδή διαθέτει μηχανισμό για να παρατηρήσετε εάν το φως από το LED περνά ή όχι σε όλη τη σχισμή.
• Αυτός ο κωδικοποιητής δεν επηρεάζεται από το κοντινό μαγνητικό πεδίο.
• Αυτοί οι κωδικοποιητές παρέχουν τις υψηλότερες αναλύσεις.
• Αυτά είναι πιο ανθεκτικά στην παρεμβολή ηλεκτρικού θορύβου από δινορεύματα.
• Αυτοί οι κωδικοποιητές έχουν ευέλικτες επιλογές τοποθέτησης.

ο μειονεκτήματα των οπτικών κωδικοποιητών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Το κύριο μειονέκτημα αυτού του κωδικοποιητή είναι ότι: μηχανικά δεν είναι ισχυρός.
• Αυτοί οι κωδικοποιητές έχουν ένα λεπτό γυάλινο δίσκο που μπορεί να καταστραφεί από ακραίο κραδασμό ή έντονους κραδασμούς.
• Αυτοί οι κωδικοποιητές εξαρτώνται από τη «ορατική γραμμή», επομένως είναι κυρίως ευάλωτοι στη βρωμιά, το λάδι και τη σκόνη.
• Οι οπτικοί δίσκοι σε αυτόν τον κωδικοποιητή είναι συνήθως σχεδιασμένοι είτε από πλαστικό είτε από γυαλί, επομένως υπάρχουν περισσότερες πιθανότητες να καταστραφούν από ακραίες θερμοκρασίες, κραδασμούς και μόλυνση.

Εφαρμογές

ο εφαρμογές οπτικών κωδικοποιητών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Αυτοί οι κωδικοποιητές είναι ιδανικοί για εφαρμογές που χρειάζονται υψηλό επίπεδο ακρίβειας και ακρίβειας.
• Αυτά χρησιμοποιούνται όπου παράγεται ισχυρό μαγνητικό πεδίο.
• Εφαρμόζεται σε συσκευές που χρησιμοποιούν κινητήρες μεγάλης διαμέτρου.
• Αυτοί οι κωδικοποιητές βοηθούν στην ανίχνευση των οπτικών σημάτων που περνούν σε όλη τη σχισμή και τα μετατρέπουν σε ηλεκτρικά σήματα.
• Αυτοί οι κωδικοποιητές είναι πολύ χρήσιμοι για τη μέτρηση και τον έλεγχο της περιστρεφόμενης κίνησης σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών όπως φασματόμετρα, εργαστηριακός εξοπλισμός, φυγοκεντρητές, ιατρικές συσκευές, συστήματα αξονικής σάρωσης κ.λπ.
• Αυτοί οι κωδικοποιητές χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές που βασίζονται σε υψηλή ροπή σε εξαιρετικά περιορισμένες περιοχές.
• Αυτά χρησιμοποιούνται σε προγραμματιζόμενες συσκευές επιθεώρησης.
• Αυτά χρησιμοποιούνται σε εμπορικό ή βιομηχανικό εξοπλισμό.
• Αυτά χρησιμοποιούνται σε εξοπλισμό δοσομέτρησης χημικών.

1). Γιατί χρησιμοποιούνται οπτικοί κωδικοποιητές;

Οι οπτικοί κωδικοποιητές βελτιώνουν εύκολα την ακρίβεια καθώς και την ανάλυση σε σύγκριση με τον μαγνητικό κωδικοποιητή. Έτσι αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν οπουδήποτε δημιουργείται ισχυρό μαγνητικό πεδίο.

2). Ποια είναι η έξοδος ενός οπτικού κωδικοποιητή;

Η έξοδος οπτικού κωδικοποιητή είναι ένας ηλεκτρονικός παλμός που χρησιμοποιείται ως «ρολόι» για τη δειγματοληψία δεδομένων.

3). Ποια είναι η ανάλυση ενός οπτικού κωδικοποιητή;

Η ανάλυση ενός οπτικού κωδικοποιητή είναι 20k παλμοί για κάθε περιστροφή τροχού που χρησιμοποιείται για υπολογισμούς οδομετρίας.

4). Γιατί οι κωδικοποιητές είναι καλύτεροι από τα ποτενσιόμετρα;

Οι κωδικοποιητές μπορούν να περιστρέφονται σε παρόμοια κατεύθυνση για αόριστο χρονικό διάστημα, ενώ ένα ποτενσιόμετρο συνήθως στρέφει μια μόνο περιστροφή.

5). Ποιος τύπος κωδικοποιητή χρησιμοποιείται ευρέως στη Ρομποτική;

Οι οπτικοί κωδικοποιητές χρησιμοποιούνται στη ρομποτική για την καταγραφή απόλυτων ή σταδιακών μετρήσεων.

Αυτή είναι μια επισκόπηση ενός οπτικού κωδικοποιητής – τύποι , διεπαφή, εργασία και εφαρμογές. Οι οπτικοί κωδικοποιητές χρησιμοποιούν φως που διέρχεται από γυαλί και αναγνωρίζεται μέσω ενός δέκτη. Αυτοί οι τύποι κωδικοποιητών είναι πολύ ακριβή και πολύ απαραίτητα εξαρτήματα σε διάφορα μηχανικά συστήματα πολλών βιομηχανιών για την παροχή ακριβών πληροφοριών ανάδρασης. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι ένας γραμμικός κωδικοποιητής;