Optiskais kodētājs: darbība, veidi, saskarne un tā lietojumprogrammas

Kodētājs ir kustību noteikšanas ierīce, kas nodrošina atgriezenisko saiti a slēgtā cikla vadības sistēma . Kodētāja galvenā funkcija ir pārveidot ierīces daļas rotējošo kustību vai lineāro kustību elektriskajā signālā, pēc kura tas tiek nogādāts vadības sistēmā. Izmantojot kodētāju, precīzi nosaka ierīces komponentu atrašanās vietu, rotācijas ātrumu vai virzienu. un leņķis & Nr. var atpazīt motora vārpstas transformācijas. Tirgū ir pieejami dažādi kodētāju veidi, kas tiek klasificēti, pamatojoties uz tehnoloģijas veidu, kustību, dažādiem parametriem utt. Kodētāji, kuru pamatā ir kustība, tiek klasificēti lineārajos, rotācijas un leņķos. Kodētāji, pamatojoties uz pozīciju, tiek klasificēti absolūtais kodētājs un inkrementālais kodētājs . Kodētāji, kuru pamatā ir sensoru tehnoloģija, tiek klasificēti optiskajos, magnētiskajos un kapacitatīvos. Kodētāji, kuru pamatā ir kanāls, tiek klasificēti vienā kanālā un kvadrātā. Šajā rakstā ir apskatīts pārskats par vienu no kodētāju veidiem, proti optiskais kodētājs – darbs un tā pielietojumi.

Kas ir optiskais kodētājs?

Elektromehāniska ierīce, ko izmanto, lai mainītu pozīciju no rotējoša vai lineāra uz elektrisku signālu, izmantojot gaismas avotu, optisko režģi un gaismjutīgo detektoru, ir pazīstama kā optiskais kodētājs. Šos kodētājus plaši izmanto dažādos darbgaldos, biroja iekārtās un kā augstas precizitātes pozīcijas kontroles sensorus industriālajos robotos.

Optiskā kodētāja dizains

Optiskais kodētājs ir konstruēts ar LED, fotosensoriem un disku, kas pazīstams kā koda ritenis, ietverot spraugas radiālajā virzienā un nosaka rotācijas pozīcijas datus kā optisku signālu. Kad koda ritenis, kas savienots ar rotējošu vārpstu, piemēram, motors, griežas, tiks ģenerēts optiskais signāls, pamatojoties uz to, vai gaisma, ko rada pastāvīgs gaismu izstarojošs elements, iziet cauri koda riteņa spraugai. Fotosensors pamana optisko signālu un pārvērš to elektriskajā signālā un izvada to.

Gaismu izstarojoša ierīce

Optiskajos kodētājos tiek izmantotas lētas IR gaismas diodes, lai gan dažreiz gaismas difūzijas ierobežošanai tiek izmantotas krāsainas gaismas diodes ar īsāku viļņu garumu. Turklāt dārgas lāzerdiodes tiek izmantotas vietās, kur nepieciešama augsta izšķirtspēja un augsta veiktspēja.

Objektīvs

LED gaisma ir izkliedēta gaisma ar nelielu virzienu tā, ka paralēli tiek izmantots izliekts objektīvs.

Koda ritenis

Koda ritenis izskatās kā disks ar spraugām, kas ļauj vai bloķē gaismas izstarošanos no gaismas diode . Koda ritenis ir izgatavots no metāla, stikla un sveķu materiāliem. Šeit metāla materiāls ir izturīgs pret temperatūras mitrumu un vibrācijām.

Sveķu materiāls nav dārgs, bet piemērots masveida ražošanai un tiek izmantots patērētāju vajadzībām. Stikla materiālu galvenokārt izmanto tur, kur nepieciešama maksimāla izšķirtspēja un precizitāte. Turklāt pie koda rata ir izvietota fiksēta sprauga, lai noskaidrotu gaismas pāreju vai bloķēšanu no LED iet visā koda ritenī un nonāk gaismas savākšanas elementā.

Fotoattēlu sensors

Fotosensors parasti ir fototranzistors/fotodiode, kas izgatavots no pusvadītāju materiāla, piemēram, silīcija, germānija un indija gallija fosfīda.

Kā darbojas optiskais kodētājs?

Optiskais kodētājs vienkārši nosaka optiskos signālus, kas iziet cauri spraugai, un pārvērš tos elektriskos signālos. Salīdzinot ar magnētisko kodētāju, šis kodētājs ir ļoti vienkāršs, lai uzlabotu precizitāti un izšķirtspēju, lai to izmantotu lietojumprogrammās, kur tiek radīts spēcīgs magnētiskais lauks. Optiskais kodētājs ļauj izmantot dažādus kontrolierus dažāda veida kustību mērīšanai. Šie kodētāji piedāvā ļoti precīzus atgriezeniskās saites signālus, ko izmanto, lai pārbaudītu faktisko motora vai lineārās izpildmehānisma pozīciju, paātrinājumu un ātrumu.

Optiskais kodētājs Arduino

Šeit mēs uzzināsim, kā savienot optisko rotējošo kodētāju, izmantojot arduino uno . Šī ir mehāniska ierīce ar rotējošu vārpstu cilindriskā korpusā. Apļveida plakanā diskā ir divi slotu komplekti. Jebkurā šī diska pusē ir pievienoti optiskie sensori, kur raidītāja komplekts atrodas vienā pusē un nosūtītais uztvērējs ir otrā pusē. Ikreiz, kad rievotais disks griežas starp sensoru, tas nogriež optiskais sensors , tāpēc signāls tiks ražots uztvērēja galos. Šeit uztvērējs ir savienots ar mikrokontrolleru ģenerētā signāla apstrādei, tādā veidā mēs varam noteikt, cik daudz vārpsta griežas. Vārpstas griešanās virzienu var noteikt, vienkārši salīdzinot signāla polaritāti diviem o/ps, jo abas rievojumu kopas uz riņķveida diska atrodas zināmā nobīdē.

Optiskā kodētāja saskarne ar Arduino ir parādīta zemāk. Šai saskarnei nepieciešamie komponenti galvenokārt ietver optisko kodētāju, Arduino Uno plati un savienojošos vadus. Šīs saskarnes savienojumi ir šādi;

• Šī kodētāja sarkanās krāsas vads ir savienots ar Arduino Uno 5 V tapu.
• Šī kodētāja melnās krāsas vads ir savienots ar Arduino Uno GND tapu.
• Optiskā kodētāja baltās krāsas vads (OUT A) ir savienots ar Arduino Uno pārtraucēja tapu, piemēram, Pin-3.
• Šī kodētāja zaļās krāsas vads (OUT B) ir savienots ar citu Arduino Uno pārtraucēja tapu, piemēram, Pin-2.

Šeit optiskā kodētāja izvades vadi, piemēram, baltās un zaļās krāsas vadi, ir jāpievieno tikai Arduino Uno plates pārtraukuma tapai, pretējā gadījumā Arduino plate nereģistrēs katru impulsu no šī kodētāja.

Kods

gaistošs ilgs temp, skaitītājs = 0; //Šis mainīgais palielināsies vai samazināsies atkarībā no kodētāja rotācijas
nederīgs iestatījums ()

{

Serial.begin (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // iekšējā izvilkšanas ievades tapa 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // iekšējaisเป็น pullup ievades tapa 3
//Pārtraukuma iestatīšana
//Augstošs impulss no encodenren aktivizēta ai0(). AttachInterrupt 0 ir DigitalPin nr 2 vietnē Arduino.
attachInterrupt(0, ai0, RISING);
//B augošs impulss no encodenren aktivizēta ai1(). AttachInterrupt 1 ir DigitalPin nr 3 vietnē Arduino.
attachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
void loop() {
// Nosūtiet skaitītāja vērtību
if( skaitītājs != temp ){
Serial.println (skaitītājs);
temp = skaitītājs;
}
}
void ai0() {
// ai0 tiek aktivizēts, ja DigitalPin nr 2 mainās no LOW uz HIGH
// Pārbaudiet tapu 3, lai noteiktu virzienu
if(digitalRead(3)==LOW) {
counter++;
}else{
skaitītājs–;
}
}
Void ai1() {
// ai0 tiek aktivizēts, ja DigitalPin nr 3 mainās no LOW uz HIGH
// Pārbaudiet ar tapu 2, lai noteiktu virzienu
if(digitalRead(2)==LOW) {
skaitītājs–;
}else{
counter++;
}
}
Kad iepriekš minētais kods ir augšupielādēts Arduino Uno platē, atveriet seriālo monitoru un pagrieziet optiskā kodētāja vārpstu. Ja pagriežat optisko kodētāju pulksteņrādītāja virzienā, varat pamanīt vērtības pieaugumu, un, ja pagriežat šo kodētāju pretēji pulksteņrādītāja virzienam, vērtība tiks samazināta. Ja vērtība tiek rādīta apgrieztā virzienā, tas nozīmē negatīvas vērtības piešķiršanu kustībai pulksteņrādītāja virzienā. Tātad jūs varat mainīt balto un zaļo vadu.

Optisko kodētāju veidi

Optiskie kodētāji ir pieejami divu veidu caurlaidīgajos un atstarojošajos veidos, kas ir apskatīti turpmāk.

Transmisīvs tips

Transmisīvā tipa optiskajā kodētājā fotosensors pamana, vai gaismas diožu izstarotais gaismas signāls iziet cauri koda riteņa spraugai. Transmisīvā tipa optiskā kodētāja galvenās priekšrocības ir: tas uzlabo signāla precizitāti viegli un vienkārši izstrādājot diezgan vienkāršās optiskās joslas dēļ.

Atstarojošais tips

Atstarojošā tipa optiskajā kodētājā fotosensors pamana, vai gaismas diodes izstarotais gaismas signāls tiek atstarots caur koda riteni. Atstarojošā tipa optisko kodētāju priekšrocības galvenokārt ietver: to ir vienkārši miniaturizēt un plānāks. Tā kā tie ir izstrādāti, izmantojot kraušanas tehniku; tad montāžas procedūru var vienkāršot.

Optiskais kodētājs vs magnētiskais kodētājs

Atšķirība starp optisko kodētāju un magnētisko kodētāju ir šāda.

Priekšrocības un trūkumi

The Optiskā kodētāja priekšrocības iekļaujiet tālāk norādīto.

• Optiskais kodētājs viegli uzlabo precizitāti, kā arī izšķirtspēju, attīstot spraugas formu, jo tam ir mehānisms, kas pamana, vai LED gaisma iziet cauri spraugai.
• Šo kodētāju neietekmē blakus esošais magnētiskais lauks.
• Šie kodētāji nodrošina visaugstāko izšķirtspēju.
• Tie ir izturīgāki pret virpuļstrāvu radītā elektriskā trokšņa traucējumiem.
• Šiem kodētājiem ir elastīgas montāžas iespējas.

The optisko kodētāju trūkumi iekļaujiet tālāk norādīto.

• Galvenais šī kodētāja trūkums ir tas, ka tas nav mehāniski izturīgs.
• Šiem kodētājiem ir plāns stikla disks, ko var sabojāt ārkārtējs trieciens vai spēcīga vibrācija.
• Šie kodētāji ir atkarīgi no “redzes līnijas”, tāpēc tie galvenokārt ir neaizsargāti pret netīrumiem, eļļu un putekļiem.
• Šī kodētāja optiskie diski parasti ir izgatavoti no plastmasas vai stikla, tāpēc pastāv lielāka iespēja tikt bojātiem no ārkārtējas temperatūras, vibrācijām un piesārņojuma.

Lietojumprogrammas

The optisko kodētāju pielietojumi iekļaujiet tālāk norādīto.

• Šie kodētāji ir ideāli piemēroti lietojumprogrammām, kurām nepieciešama augsta precizitātes un precizitātes līmenis.
• Tos izmanto vietās, kur tiek radīts spēcīgs magnētiskais lauks.
• To var izmantot ierīcēs, kurās tiek izmantoti liela diametra motori.
• Šie kodētāji palīdz noteikt optiskos signālus, kas iziet cauri spraugai, un pārvērš tos elektriskos signālos.
• Šie kodētāji ir ļoti noderīgi, lai mērītu un kontrolētu rotācijas kustību plašā lietojumu klāstā, piemēram, spektrometros, laboratorijas iekārtās, centrifūgās, medicīnas ierīcēs, CT skenēšanas sistēmās utt.
• Šos kodētājus izmanto lietojumos ar lielu griezes momentu īpaši ierobežotās vietās.
• Tos izmanto programmējamās pārbaudes ierīcēs.
• Tos izmanto komerciālās vai rūpnieciskās iekārtās.
• Tos izmanto ķīmisko vielu dozēšanas iekārtās.

1). Kāpēc tiek izmantoti optiskie kodētāji?

Optiskie kodētāji viegli uzlabo precizitāti, kā arī izšķirtspēju salīdzinājumā ar magnētisko kodētāju. Tāpēc tos var izmantot visur, kur tiek izveidots spēcīgs magnētiskais lauks.

2). Kāda ir optiskā kodētāja izvade?

Optiskā kodētāja izeja ir elektronisks impulss, kas tiek izmantots kā “pulkstenis” datu paraugu ņemšanai.

3). Kāda ir optiskā kodētāja izšķirtspēja?

Optiskā kodētāja izšķirtspēja ir 20 000 impulsu katram riteņa apgriezienam, kas tiek izmantots odometrijas aprēķiniem.

4). Kāpēc kodētāji ir labāki par potenciometriem?

Kodētāji var griezties līdzīgā virzienā uz nenoteiktu laiku, savukārt potenciometrs parasti griežas par vienu apgriezienu.

5). Kāda veida kodētāju plaši izmanto robotikā?

Optiskie kodētāji tiek izmantoti robotikā, lai reģistrētu absolūtos vai inkrementālos mērījumus.

Šis ir optiskās ierīces pārskats kodētājs – veidi , saskarne, darbība un lietojumprogrammas. Optiskie kodētāji izmanto gaismu, kas tiek izlaista caur stiklu un tiek identificēta caur uztvērēju. Šāda veida kodētāji ir ļoti precīzi un ļoti nepieciešami komponenti dažādās daudzu nozaru mehāniskajās sistēmās, lai nodrošinātu precīzu atgriezeniskās saites informāciju. Šeit ir jautājums jums, kas ir lineārais kodētājs?