Optikai kódoló: Működés, típusok, interfész és alkalmazásai

A kódoló egy mozgásérzékelő eszköz, amely visszajelzést ad a zárt hurkú vezérlőrendszer . Az enkóder fő funkciója, hogy egy eszközrész forgó mozgását vagy lineáris mozgását elektromos jellé alakítsa át, amely után továbbítja a vezérlőrendszerhez. Enkóder segítségével a készülék alkatrészeinek pontos elhelyezkedése, forgási sebessége vagy iránya. és a szög & sz. motortengely-transzformációk felismerhetők. Különféle típusú kódolók állnak rendelkezésre a piacon, amelyeket a technológia típusa, a mozgás, a különféle paraméterek stb. alapján osztályoznak. A mozgáson alapuló kódolókat lineáris, forgó és szögbe sorolják. A pozíción alapuló kódolók a abszolút kódoló és inkrementális kódoló . Az érzékelő technológián alapuló kódolókat optikai, mágneses és kapacitív típusokra osztják. A csatornán alapuló kódolókat egycsatornára és kvadratúra osztályozásra osztják. Ez a cikk a kódolók egyik típusának áttekintését tárgyalja optikai kódoló – működés és alkalmazásai.

Mi az az optikai kódoló?

Optikai kódolóként ismert egy elektromechanikus eszköz, amely a forgó vagy lineáris helyzetet elektromos jelre változtatja fényforrás, optikai rács és fényérzékeny detektor segítségével. Ezeket a kódolókat széles körben használják különféle szerszámgépekben, irodai berendezésekben, valamint nagy pontosságú helyzetszabályozó érzékelőkként ipari robotokban.

Optikai kódoló tervezés

Az optikai kódoló LED-del, fotóérzékelőkkel és egy kódkerékként ismert lemezzel van kialakítva, amely sugárirányban réseket tartalmaz, és optikai jelként érzékeli a forgási pozícióadatokat. Amint egy forgótengelyhez csatlakoztatott kódkerék, például egy motor forog, optikai jelet generál annak alapján, hogy az állandó fénykibocsátó elem által keltett fény áthalad-e a kódkerék résein vagy sem. A fotóérzékelő észleli az optikai jelet, és elektromos jellé alakítja, és kiadja azt.

Fénykibocsátó eszköz

Az optikai kódolókban olcsó IR LED-eket használnak, bár néha rövidebb hullámhosszú színes LED-eket használnak a fény diffúziójának megakadályozására. Ezenkívül költséges lézerdiódákat használnak ott, ahol nagy felbontásra és nagy teljesítményre van szükség.

Lencse

A LED fény szórt fényt nyújt kis irányítottsággal, így konvex lencsét használnak a párhuzamosításhoz.

Kódkerék

A kódkerék úgy néz ki, mint egy lemez, amely réseket tartalmaz, amelyek lehetővé teszik vagy blokkolják a kibocsátott fényt fénykibocsátó dióda . A kódkerék fém, üveg és gyanta anyagokból készül. Itt a fém anyag ellenáll a hőmérsékleti nedvességnek és a vibrációnak.

A gyanta anyaga nem drága, de tömeggyártásra alkalmas és fogyasztói alkalmazásokhoz használható. Az üveganyagot főként ott használják, ahol a maximális felbontás és pontosság szükséges. Ezenkívül a kódkerék közelében egy rögzített rés van elhelyezve, amely tisztázza a LED-ek fényének áthaladását vagy blokkolását a kódkeréken keresztül, és bemegy a fénygyűjtő elembe.

Fotó érzékelő

A fotóérzékelő általában egy fototranzisztor/fotodióda, amely félvezető anyagokból, például szilíciumból, germániumból és indium-gallium-foszfidból készül.

Hogyan működik az optikai kódoló?

Az optikai kódoló egyszerűen érzékeli a résen áthaladó optikai jeleket, és elektromos jelekké változtatja azokat. A mágneses kódolóhoz képest ez a kódoló nagyon egyszerűen javítja a pontosságot és a felbontást olyan alkalmazásokban, ahol erős mágneses mező keletkezik. Az optikai kódoló különböző vezérlőket tesz lehetővé a különböző típusú mozgások mérésére. Ezek a kódolók nagyon precíz visszacsatoló jeleket kínálnak a motor vagy a lineáris működtető tényleges helyzetének, gyorsulásának és sebességének ellenőrzésére.

Arduino optikai kódoló

Itt megtudjuk, hogyan kell csatlakoztatni egy optikai forgó jeladót arduino uno . Ez egy mechanikus eszköz, hengeres házban forgótengellyel. Egy kör alakú lapos lemezen két nyílás található. A lemez bármely oldalán optikai érzékelők vannak csatlakoztatva, ahol az adókészlet az egyik oldalon, a küldött vevő pedig a másik oldalon van. Amikor a hornyolt tárcsa az érzékelő között forog, levágja a optikai érzékelő , így a jel a vevő végén keletkezik. Itt a vevő egy mikrokontrollerrel van összekötve a generált jel feldolgozására, így megállapítható, hogy a tengely mennyit forog. A tengely forgási iránya úgy határozható meg, hogy egyszerűen összehasonlítjuk a két o/ps jel polaritását, mivel a kör alakú tárcsán lévő két réskészlet el van tolva.

Az alábbiakban látható az Arduino-val összekapcsolt optikai kódoló. Az ehhez az interfészhez szükséges összetevők főként optikai kódolót, Arduino Uno kártyát és csatlakozó vezetékeket tartalmaznak. Ennek az interfésznek a kapcsolatai a következők:

• Ennek a kódolónak a piros színű vezetéke az Arduino Uno 5 V-os érintkezőjéhez csatlakozik.
• Ennek a kódolónak a fekete színű vezetéke az Arduino Uno GND érintkezőjéhez csatlakozik.
• Az optikai kódoló fehér színű vezetéke (OUT A) az Arduino Uno megszakító érintkezőjéhez, például a Pin-3-hoz csatlakozik.
• Ennek a kódolónak a zöld színű vezetéke (OUT B) az Arduino Uno másik megszakító érintkezőjéhez, például a Pin-2-hez csatlakozik.

Itt az optikai kódoló kimeneti vezetékeit, például a fehér és zöld színű vezetékeket csak az Arduino Uno kártya megszakító érintkezőjéhez kell csatlakoztatni, ha nem, az Arduino kártya nem rögzít minden impulzust ettől a kódolótól.

Kód

illékony hosszú hőmérséklet, számláló = 0; //Ez a változó a kódoló forgásától függően nő vagy csökken
void setup()

{

Serial.begin (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // belső felhúzó bemeneti érintkező 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // belsőเป็น pullup 3. bemeneti érintkező
//Megszakítás beállítása
//Emelkedő impulzus az encodenrentől aktiválva az ai0(). Az AttachInterrupt 0 a DigitalPin nr 2 az Arduino rendszeren.
attachInterrupt(0, ai0, RISING);
//B növekvő impulzus az encodenrentől aktiválva az ai1(). Az AttachInterrupt 1 a DigitalPin nr 3 az Arduino rendszeren.
attachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
void loop() {
// Elküldi a számláló értékét
if( számláló != hőmérséklet ){
Serial.println (számláló);
hőmérséklet = számláló;
}
}
void ai0() {
// az ai0 akkor aktiválódik, ha a DigitalPin nr 2 értéke LOW-ról HIGH-ra változik
// Ellenőrizze a 3. tűt az irány meghatározásához
if(digitalRead(3)==LOW) {
számláló++;
}más{
számláló-;
}
}
void ai1() {
// az ai0 akkor aktiválódik, ha a DigitalPin nr 3 értéke LOW-ról HIGH-ra változik
// Ellenőrizze a 2. tűvel az irány meghatározásához
if(digitalRead(2)==LOW) {
számláló-;
}más{
számláló++;
}
}
Miután a fenti kódot feltöltötte az Arduino Uno kártyára, nyissa meg a soros monitort, és fordítsa el az optikai kódoló tengelyét. Ha az optikai jeladót az óramutató járásával megegyező irányba forgatja, akkor észreveheti az érték növekedését, ha pedig az óramutató járásával ellentétes irányba, akkor az érték csökken. Ha az érték fordított értéket mutat, az az óramutató járásával megegyező irányú mozgás esetén negatív értéket ad. Így felcserélheti a fehér és zöld vezetékeket.

Az optikai kódolók típusai

Az optikai kódolók kétféle transzmissziós és fényvisszaverő típusban állnak rendelkezésre, amelyeket alább tárgyalunk.

Transzmisszív típus

Egy áteresztő típusú optikai kódolóban a fotóérzékelő észleli, hogy a fénykibocsátó diódák által kibocsátott fényjel áthalad-e a kódkerék résein vagy sem. Az áteresztő típusú optikai kódoló fő előnyei a következők: a meglehetősen egyszerű optikai sávnak köszönhetően könnyen és egyszerűen fejleszti a jel pontosságát.

Fényvisszaverő típus

A fényvisszaverő típusú optikai kódolóban a fényérzékelő észleli, hogy a fénykibocsátó dióda által kibocsátott fényjel visszaverődik-e a kódkeréken vagy sem. A fényvisszaverő típusú optikai kódolók előnyei elsősorban a következők: egyszerűen miniatürizálható és vékonyítható. Mivel ezeket a halmozási technikával tervezték; akkor az összeszerelési eljárás egyszerűsíthető.

Optikai kódoló vs mágneses kódoló

Az optikai kódoló és a mágneses kódoló közötti különbség a következőket tartalmazza.

Előnyök és hátrányok

A Az optikai kódoló előnyei a következőket tartalmazzák.

• Az optikai kódoló könnyen javítja a pontosságot és a felbontást a rés alakjának kialakításával, mivel rendelkezik egy olyan mechanizmussal, amely észreveszi, hogy a LED fénye áthalad-e a résen vagy sem.
• Ezt a kódolót nem befolyásolja a közeli mágneses tér.
• Ezek a kódolók biztosítják a legnagyobb felbontást.
• Ezek jobban ellenállnak az örvényáramok elektromos zajának.
• Ezek a kódolók rugalmas rögzítési lehetőségekkel rendelkeznek.

A Az optikai kódolók hátrányai a következőket tartalmazzák.

• Ennek a kódolónak a fő hátránya, hogy: mechanikailag nem erős.
• Ezek a kódolók vékony üveglemezzel rendelkeznek, amely extrém ütés vagy erős vibráció következtében megsérülhet.
• Ezek a kódolók a „látóvonaltól” függenek, így főként szennyeződésekkel, olajjal és porral szemben érzékenyek.
• Ebben a kódolóban az optikai lemezek általában műanyagból vagy üvegből készülnek, így nagyobb az esély a szélsőséges hőmérséklet, rezgések és szennyeződések által okozott sérülésekre.

Alkalmazások

A optikai kódolók alkalmazásai a következőket tartalmazzák.

• Ezek a kódolók ideálisak olyan alkalmazásokhoz, amelyek nagyfokú precizitást és pontosságot igényelnek.
• Ezeket ott használják, ahol erős mágneses mező keletkezik.
• Nagy átmérőjű motorokat használó készülékekben alkalmazható.
• Ezek a kódolók segítenek a résen áthaladó optikai jelek észlelésében és elektromos jelekké alakításában.
• Ezek a kódolók nagyon hasznosak a forgó mozgás mérésében és vezérlésében számos alkalmazási területen, mint például spektrométerek, laboratóriumi berendezések, centrifugák, orvosi eszközök, CT-szkenner rendszerek stb.
• Ezeket a jeladókat nagy nyomaték alapú alkalmazásokban használják rendkívül korlátozott területeken.
• Ezeket programozható ellenőrző eszközökben használják.
• Ezeket kereskedelmi vagy ipari berendezésekben használják.
• Ezeket vegyszeradagoló berendezésekben használják.

1). Miért használnak optikai kódolókat?

Az optikai kódolók könnyedén javítják a pontosságot és a felbontást a mágneses kódolókhoz képest. Így ezek mindenhol használhatók, ahol erős mágneses mező keletkezik.

2). Mi az optikai kódoló kimenete?

Az optikai kódoló kimenete egy elektronikus impulzus, amelyet „óraként” használnak az adatmintavételhez.

3). Mi az optikai kódoló felbontása?

Az optikai kódoló felbontása 20 000 impulzus minden kerékfordulathoz, amelyet kilométer-számításhoz használnak fel.

4). Miért jobbak a kódolók, mint a potenciométerek?

A kódolók korlátlan ideig foroghatnak hasonló irányba, míg a potenciométer általában egyetlen fordulatot tesz.

5). Milyen típusú kódolót használnak széles körben a robotikában?

Az optikai kódolókat a robotikában abszolút vagy növekményes mérések rögzítésére használják.

Ez egy optikai áttekintés kódoló – típusok , interfész, munka és alkalmazások. Az optikai kódolók üvegen áthaladó és vevőn keresztül azonosított fényt használnak. Az ilyen típusú kódolók nagyon pontosak és nagyon szükséges alkatrészek számos iparág különböző mechanikai rendszereiben, hogy pontos visszacsatolási információkat biztosítsanak. Itt egy kérdés, hogy mi az a lineáris kódoló?