Codificador óptico: trabalho, tipos, interface e suas aplicações

O codificador é um dispositivo de detecção de movimento que fornece feedback dentro de um sistema de controle em malha fechada . A principal função de um codificador é alterar o movimento de rotação ou movimento linear de uma parte do dispositivo em um sinal elétrico após o qual ele entrega ao sistema de controle, usando um codificador, a localização precisa dos componentes do dispositivo, a velocidade de rotação ou sua direção e o ângulo & não. das transformações do eixo do motor podem ser reconhecidas. Existem diferentes tipos de codificadores disponíveis no mercado que são classificados com base no tipo de tecnologia, movimento, vários parâmetros, etc. Os codificadores baseados em movimento são classificados em lineares, rotativos e angulares. Encoders baseados em posição são classificados no codificador absoluto e Codificador incremental . Os codificadores baseados na tecnologia de detecção são classificados em ópticos, magnéticos e capacitivos. Os codificadores baseados no canal são classificados em canal único e quadratura. Este artigo discute uma visão geral de um dos tipos de codificador, ou seja, codificador óptico – funcionamento e suas aplicações.

O que é Codificador Óptico?

Um dispositivo eletromecânico usado para alterar a posição de rotação ou linear para um sinal elétrico usando uma fonte de luz, uma grade óptica e um detector fotossensível é conhecido como codificador óptico. Esses codificadores são amplamente utilizados em diferentes máquinas-ferramentas, equipamentos de escritório e como sensores de controle de posição de alta precisão em robôs industriais.

Projeto de Codificador Óptico

O codificador óptico é projetado com um LED, sensores fotográficos e um disco conhecido como roda de código, incluindo fendas na direção radial e detecta dados de posição de rotação como um sinal óptico. Uma vez que uma roda de código conectada a um eixo rotativo como um motor gira, um sinal óptico será gerado com base na luz produzida a partir de um elemento emissor de luz permanente que passa pela fenda de uma roda de código ou não. O sensor fotográfico percebe o sinal óptico e o transforma em um sinal elétrico e o emite.

Dispositivo emissor de luz

Em codificadores ópticos, LEDs infravermelhos baratos são usados, embora, às vezes, LEDs coloridos com comprimentos de onda mais curtos sejam usados ​​para conter a difusão de luz. Além disso, diodos de laser caros são utilizados onde alta resolução e alto desempenho são necessários.

Lente

A luz LED é uma luz difusa através de pequena diretividade, de modo que uma lente convexa é usada para torná-la paralela.

Roda de código

A roda de código se parece com um disco incluindo fendas que permitem ou bloqueiam a luz emitida do diodo emissor de luz . A roda de código é feita com materiais de metal, vidro e resina. Aqui, o material de metal é forte contra umidade e vibração de temperatura.

O material de resina não é caro, mas apropriado para produção em massa e utilizado para aplicações baseadas no consumidor. O material de vidro é usado principalmente onde resolução e precisão máximas são necessárias. Além disso, uma fenda fixa é disposta perto da roda de código para esclarecer a passagem ou o bloqueio da luz do LED que passa pela roda de código e entra no elemento de coleta de luz.

Fotosensor

Um fotosensor é normalmente um fototransistor/fotodiodo feito com material semicondutor como silício, germânio e fosfeto de gálio e índio.

Como funciona o codificador óptico?

Um codificador óptico simplesmente detecta os sinais ópticos que passam pela fenda e os transforma em sinais elétricos. Em comparação com o codificador magnético, este codificador é muito simples para melhorar a precisão e a resolução para uso em aplicações sempre que um forte campo magnético é produzido. O codificador óptico permite diferentes controladores para medir diferentes tipos de movimento. Esses codificadores oferecem sinais de feedback muito precisos usados ​​para verificar a posição, aceleração e velocidade reais do motor ou do atuador linear.

Codificador Óptico Arduino

Aqui vamos aprender como conectar um codificador rotativo óptico usando arduino uno . Este é um dispositivo mecânico com um eixo rotativo em um alojamento cilíndrico. Em um disco plano circular, existem dois conjuntos de ranhuras. Em qualquer lado deste disco, sensores ópticos são conectados onde o conjunto transmissor está de um lado e o receptor enviado está do outro lado. Sempre que o disco ranhurado gira entre o sensor, ele corta o Sensor óptico , então o sinal será produzido nas extremidades do receptor. Aqui, o receptor é conectado a um microcontrolador para processamento do sinal gerado, desta forma podemos identificar o quanto o eixo gira. A direção da rotação do eixo pode ser determinada simplesmente comparando a polaridade do sinal para dois o/ps porque os dois conjuntos de ranhuras no disco circular estão em algum deslocamento.

A interface do codificador óptico com o Arduino é mostrada abaixo. Os componentes necessários para essa interface incluem principalmente um codificador óptico, placa Arduino Uno e fios de conexão. As conexões desta interface seguem como;

• O fio de cor vermelha deste codificador é conectado ao pino de 5V do Arduino Uno.
• O fio preto deste codificador é conectado ao pino GND do Arduino Uno.
• O fio de cor branca (OUT A) de um codificador óptico é conectado ao pino do interruptor do Arduino Uno como o Pin-3.
• O fio de cor verde (OUT B) deste codificador é conectado ao outro pino do interruptor do Arduino Uno, como o Pin-2.

Aqui, os fios de saída do codificador óptico, como fios de cor branca e verde, devem ser conectados apenas ao pino de interrupção da placa Arduino Uno, caso contrário, a placa Arduino não registrará cada pulso deste codificador.

Código

temperatura longa volátil, contador = 0; //Esta variável aumentará ou diminuirá dependendo da rotação do encoder
void setup()

{

Serial.begin (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); //pino de entrada pullup interno 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // pino interno de entrada pullup 3
//Configurando a interrupção
//Um pulso crescente de encodenren ativou ai0(). AttachInterrupt 0 é DigitalPin nr 2 no Arduino.
anexarInterrupção(0, ai0, RISING);
//B pulso crescente de encodenren ativado ai1(). AttachInterrupt 1 é DigitalPin nr 3 no Arduino.
anexarInterrupção(1, ai1, RISING);
}
loop void() {
// Envia o valor do contador
if( contador != temp ){
Serial.println (contador);
temp = contador;
}
}
void ai0() {
// ai0 é ativado se o DigitalPin nr 2 estiver indo de LOW para HIGH
// Verifica o pino 3 para determinar a direção
if(digitalRead(3)==BAIXO) {
contador++;
}outro{
contador-;
}
}
void ai1() {
// ai0 é ativado se o DigitalPin nr 3 estiver indo de LOW para HIGH
// Verifique com o pino 2 para determinar a direção
if(digitalRead(2)==BAIXO) {
contador-;
}outro{
contador++;
}
}
Depois que o código acima for carregado na placa Arduino Uno, abra o monitor serial e gire o eixo do codificador óptico. Se você girar o codificador óptico no sentido horário, poderá notar o aumento do valor e, se girar esse codificador no sentido anti-horário, o valor diminuirá. Se o valor estiver mostrando inverso significa dar um valor negativo para um movimento no sentido horário. Assim você pode inverter os fios branco e verde.

Tipos de codificadores ópticos

Os codificadores ópticos estão disponíveis em dois tipos, tipo transmissivo e tipo reflexivo, que são discutidos abaixo.

Tipo Transmissivo

Em um codificador óptico do tipo transmissivo, o fotosensor percebe se o sinal de luz emitido pelos diodos emissores de luz passa ou não pela fenda da roda de código. Os principais benefícios de um codificador óptico do tipo transmissivo incluem; melhora a precisão do sinal com facilidade e desenvolvimento simples por causa da faixa óptica bastante simples.

Tipo reflexivo

Em um codificador óptico do tipo reflexivo, o fotosensor percebe se o sinal de luz emitido pelo diodo emissor de luz é refletido ou não através da roda de código. As vantagens dos codificadores ópticos do tipo reflexivo incluem principalmente; é simples miniaturizar e diluir. Uma vez que estes são projetados através da técnica de empilhamento; então o procedimento de montagem pode ser simplificado.

Codificador Óptico Vs Codificador Magnético

A diferença entre um codificador óptico e um codificador magnético inclui o seguinte.

Vantagens e desvantagens

O vantagens de um codificador óptico inclui o seguinte.

• O codificador óptico melhora facilmente a precisão, bem como a resolução, desenvolvendo a forma da fenda, pois possui um mecanismo para perceber se a luz do LED passa ou não pela fenda.
• Este codificador não é afetado pelo campo magnético próximo.
• Esses codificadores fornecem as resoluções mais altas.
• Estes são mais resistentes à interferência de ruído elétrico de correntes parasitas.
• Esses codificadores têm opções de montagem flexíveis.

O Desvantagens dos codificadores ópticos inclui o seguinte.

• A principal desvantagem deste codificador é que: ele não é mecanicamente forte.
• Esses encoders têm um disco de vidro fino que pode ser danificado por choque extremo ou vibração severa.
• Esses codificadores dependem da “linha de visão”, portanto, são principalmente vulneráveis ​​a sujeira, óleo e poeira.
• Os discos ópticos neste codificador são normalmente projetados com plástico ou vidro, portanto, há mais chances de serem danificados por temperaturas extremas, vibrações e contaminação.

Formulários

O aplicações de codificadores ópticos inclui o seguinte.

• Esses codificadores são ideais para aplicações que precisam de um alto nível de precisão e exatidão.
• Estes são usados ​​onde um forte campo magnético é produzido.
• É aplicável em dispositivos que utilizam motores de grande diâmetro.
• Esses codificadores ajudam a detectar os sinais ópticos que passam pela fenda e os transformam em sinais elétricos.
• Esses codificadores são muito úteis para medir e controlar o movimento de rotação em uma ampla gama de aplicações, como espectrômetros, equipamentos de laboratório, centrífugas, dispositivos médicos, sistemas de tomografia computadorizada, etc.
• Esses encoders são usados ​​em aplicações baseadas em alto torque em áreas extremamente restritas.
• Estes são usados ​​em dispositivos de inspeção programáveis.
• Estes são usados ​​em equipamentos comerciais ou industriais.
• Estes são usados ​​em equipamentos de dosagem química.

1). Por que os codificadores ópticos são usados?

Os codificadores ópticos melhoram facilmente a precisão e a resolução em comparação com o codificador magnético. Portanto, eles podem ser usados ​​sempre que um campo magnético forte for criado.

2). Qual é a saída de um codificador óptico?

A saída do encoder óptico é um pulso eletrônico que é usado como um “relógio” para a amostragem de dados.

3). Qual é a resolução de um codificador óptico?

A resolução de um codificador óptico é de 20k pulsos para cada revolução da roda que é utilizada para cálculos de odometria.

4). Por que os codificadores são melhores que os potenciômetros?

Os codificadores podem girar em uma direção semelhante por um período indefinido, enquanto um potenciômetro normalmente gira uma única revolução.

5). Qual tipo de Encoder é amplamente utilizado em Robótica?

Codificadores ópticos são utilizados em robótica para registrar medições absolutas ou incrementais.

Esta é uma visão geral de uma óptica codificador - tipos , interface, trabalho e aplicativos. Os codificadores ópticos usam a luz que passa pelo vidro e é identificada por um receptor. Esses tipos de codificadores são componentes muito precisos e muito necessários em vários sistemas mecânicos de muitas indústrias para fornecer informações de feedback precisas. Aqui está uma pergunta para você, o que é um codificador linear?