מקודד אופטי: עבודה, סוגים, ממשקים ויישומים שלו

מקודד הוא מכשיר לזיהוי תנועה המספק משוב בתוך א מערכת בקרה בלולאה סגורה . תפקידו העיקרי של מקודד הוא לשנות את תנועת הסיבוב או התנועה הלינארית של חלק התקן לאות חשמלי שלאחריו הוא מעביר למערכת הבקרה, באמצעות מקודד, את המיקום המדויק של רכיבי המכשיר, מהירות הסיבוב או הכיוון שלו. ואת הזווית & לא. ניתן לזהות טרנספורמציות של גל מנוע. ישנם סוגים שונים של מקודדים זמינים בשוק אשר מסווגים לפי סוג הטכנולוגיה, תנועה, פרמטרים שונים וכו'. מקודדים המבוססים על תנועה מסווגים לליניארי, סיבובי וזווית. מקודדים המבוססים על מיקום מסווגים ל- מקודד מוחלט ו מקודד אינקרמנטלי . מקודדים המבוססים על טכנולוגיית חישה מסווגים לאופיים, מגנטיים וקיבילים. מקודדים המבוססים על הערוץ מסווגים לערוץ בודד ולמרובע. מאמר זה דן בסקירה כללית של אחד מסוגי המקודדים, כלומר מקודד אופטי - עבודה ויישומיה.

מהו מקודד אופטי?

מכשיר אלקטרומכני המשמש לשינוי המיקום מסיבוב או ליניארי לאות חשמלי על ידי שימוש במקור אור, סורג אופטי וגלאי רגיש לאור ידוע בתור מקודד אופטי. מקודדים אלו נמצאים בשימוש נרחב בכלי מכונות שונים, ציוד משרדי, וכחיישני בקרת מיקום ברמת דיוק גבוהה ברובוטים תעשייתיים.

עיצוב מקודד אופטי

המקודד האופטי מתוכנן עם נורית LED, חיישני צילום ודיסק המכונה גלגל קוד כולל חריצים בכיוון הרדיאלי ומזהה נתוני מיקום מסתובב כאות אופטי. ברגע שגלגל קוד המחובר לציר מסתובב כמו מנוע, ייווצר אות אופטי על סמך האם אור המופק מאלמנט פולט אור קבוע עובר לאורך החריץ של גלגל הקוד או לא. חיישן הצילום מבחין באות האופטי ומשנה אותו לאות חשמלי ומוציא אותו.

מכשיר פולט אור

במקודדים אופטיים, נעשה שימוש בנוריות אינפראולוגיות זולות, אם כי לפעמים, נוריות LED צבעוניות עם אורכי גל קצרים יותר משמשות כדי להכיל פיזור אור. בנוסף, דיודות לייזר יקרות מנוצלות במקומות שבהם יש צורך ברזולוציה גבוהה וביצועים גבוהים.

עֲדָשָׁה

אור ה-LED הוא אור מפוזר באמצעות כיווניות קטנה כך שעדשה קמורה משמשת ליצירת מקבילה.

גלגל קוד

גלגל הקוד נראה כמו דיסק הכולל חריצים המאפשרים או חוסמים את האור הנפלט מה- דיודה פולטת אור . גלגל הקוד עשוי מחומרי מתכת, זכוכית ושרף. כאן, חומר מתכת חזק נגד לחות טמפרטורה ורטט.

חומר השרף אינו יקר אך מתאים לייצור המוני ומשמש ליישומים מבוססי צרכנים. חומר זכוכית משמש בעיקר כאשר יש צורך ברזולוציה ודיוק מקסימליים. בנוסף, חריץ קבוע מסודר ליד גלגל הקוד כדי להבהיר את המעבר או החסימה של האור מ-LED עובר בכל גלגל הקוד ונכנס לאלמנט איסוף האור.

חיישן צילום

חיישן צילום הוא בדרך כלל פוטו-טרנזיסטור/פוטודיודה העשוי מחומר מוליכים למחצה כמו סיליקון, גרמניום ואינדיום גליום פוספיד.

כיצד עובד מקודד אופטי?

מקודד אופטי פשוט מזהה את האותות האופטיים שעוברים לאורך החריץ ומשנה אותם לאותות חשמליים. בהשוואה למקודד המגנטי, מקודד זה פשוט מאוד לשיפור הדיוק והרזולוציה לשימוש ביישומים בכל מקום שבו נוצר שדה מגנטי חזק. המקודד האופטי מאפשר בקרים שונים למדידת סוגים שונים של תנועה. מקודדים אלה מציעים אותות משוב מדויקים מאוד המשמשים לאימות המיקום, התאוצה והמהירות של המנוע או המפעיל הליניארי.

מקודד אופטי Arduino

כאן אנו הולכים ללמוד כיצד לחבר מקודד סיבובי אופטי באמצעות arduino uno . זהו מכשיר מכני עם פיר סיבובי בתוך בית גלילי. על דיסק שטוח עגול, יש שתי קבוצות של חריצים. בכל צד של דיסק זה, חיישנים אופטיים מחוברים כאשר ערכת המשדר נמצאת בצד אחד והמקלט שנשלח נמצא בצד אחר. בכל פעם שהדיסק המחורץ מסתובב בין החיישן אז הוא חותך את חיישן אופטי , כך שהאות יופק בקצוות המקלט. כאן, המקלט מחובר למיקרו-בקר לעיבוד אות שנוצר, באופן זה נוכל לזהות כמה הציר מסתובב. ניתן לקבוע את כיוון סיבוב הציר על ידי השוואת הקוטביות של האות עבור שתי o/ps מכיוון ששתי קבוצות החריצים בדיסק העגול נמצאות בהיסט כלשהו.

המקודד האופטי המתממשק עם Arduino מוצג להלן. הרכיבים הנדרשים עבור ממשק זה כוללים בעיקר מקודד אופטי, לוח Arduino Uno וחוטי חיבור. החיבורים של ממשק זה מגיעים כדלקמן;

• חוט הצבע האדום של מקודד זה מחובר לפין 5V של Arduino Uno.
• חוט הצבע השחור של מקודד זה מחובר לפין GND של Arduino Uno.
• חוט הצבע הלבן (OUT A) של מקודד אופטי מחובר לפין המפריע של Arduino Uno כמו Pin-3.
• חוט הצבע הירוק (OUT B) של מקודד זה מחובר לפין המפריע השני של Arduino Uno כמו Pin-2.

כאן יש לחבר את חוטי המוצא מהמקודד האופטי כמו חוטי צבע לבן וירוק רק לפין הפסיק של לוח Arduino Uno, אם לא לוח Arduino לא יקליט כל פולס מהמקודד הזה.

קוד

טמפ' ארוכה נדיפה, מונה = 0; //משתנה זה יגדל או יקטן בהתאם לסיבוב של המקודד
void setup()

{

Serial.begin (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // פין קלט 2 של pullup פנימי
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // פנימי כניסת pullup פין 3
//הגדרת פסיקה
//דופק עולה מ-encodenren מופעל ai0(). AttachInterrupt 0 הוא DigitalPin nr 2 ב- Arduino.
attachInterrupt(0, ai0, RISING);
//B דופק עולה מ-encodenren מופעל ai1(). AttachInterrupt 1 הוא DigitalPin nr 3 ב- Arduino.
attachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
void loop() {
// שלח את הערך של counter
if( counter != temp ){
Serial.println (מונה);
טמפ' = מונה;
}
}
void ai0() {
// ai0 מופעל אם DigitalPin nr 2 עובר מ-LOW ל-HIGH
// בדוק את סיכה 3 כדי לקבוע את הכיוון
if(digitalRead(3)==LOW) {
counter++;
}אַחֵר{
דֶלְפֵּק-;
}
}
void ai1() {
// ai0 מופעל אם DigitalPin nr 3 עובר מ-LOW ל-HIGH
// בדוק עם סיכה 2 כדי לקבוע את הכיוון
if(digitalRead(2)==LOW) {
דֶלְפֵּק-;
}אַחֵר{
counter++;
}
}
לאחר העלאת הקוד לעיל ללוח Arduino Uno, פתח את הצג הטורי וסובב את הציר של המקודד האופטי. אם תסובב את המקודד האופטי בכיוון השעון אז אתה יכול להבחין בעליית הערך ואם תסובב את המקודד הזה נגד כיוון השעון אז הערך יקטן. אם הערך מופיע הפוך פירושו מתן ערך שלילי לתנועה עם כיוון השעון. אז אתה יכול להפוך את החוטים הלבנים והירוקים.

סוגי מקודדים אופטיים

מקודדים אופטיים זמינים בשני סוגים מסוג טרנסמיססיבי וסוג רפלקטיבי אשר נדונים להלן.

סוג העברה

במקודד אופטי מסוג טרנסמיססיבי, חיישן הצילום מבחין אם אות האור הנפלט מהדיודות פולטות האור עובר או לא לאורך החריץ של גלגל הקוד. היתרונות העיקריים של מקודד אופטי מסוג טרנסמיססיבי כוללים; זה משפר את דיוק האות בקלות ופיתוח פשוט בגלל הנתיב האופטי הפשוט למדי.

סוג רפלקטיבי

במקודד אופטי מסוג רפלקטיבי, חיישן הצילום מבחין אם אות האור הנפלט מהדיודה פולטת האור מוחזר או לא דרך גלגל הקוד. היתרונות של מקודדים אופטיים מסוג רפלקטיבי כוללים בעיקר; זה פשוט למזער ודליל. מאחר ואלו מעוצבים באמצעות טכניקת הערימה; אז ניתן לפשט את הליך ההרכבה.

מקודד אופטי לעומת מקודד מגנטי

ההבדל בין מקודד אופטי למקודד מגנטי כולל את הדברים הבאים.

יתרונות וחסרונות

ה היתרונות של מקודד אופטי כלול את הבאים.

• המקודד האופטי משפר בקלות את הדיוק כמו גם את הרזולוציה על ידי פיתוח צורת החריץ מכיוון שיש לו מנגנון להבחין אם אור מ-LED עובר או לא לאורך החריץ.
• מקודד זה אינו מושפע מהשדה המגנטי הסמוך.
• מקודדים אלו מספקים את הרזולוציות הגבוהות ביותר.
• אלה עמידים יותר להפרעות של רעש חשמלי מזרמי מערבולת.
• למקודדים אלה אפשרויות הרכבה גמישות.

ה חסרונות של מקודדים אופטיים כלול את הבאים.

• החיסרון העיקרי של מקודד זה הוא: הוא לא חזק מבחינה מכנית.
• למקודדים אלו דיסק זכוכית דק שעלול להינזק מהלם קיצוני או רעידות קשות.
• המקודדים הללו תלויים ב'קו ראייה', כך שהם פגיעים בעיקר ללכלוך, שמן ואבק.
• דיסקים אופטיים במקודד זה מעוצבים בדרך כלל עם פלסטיק או זכוכית כך שיש סיכוי רב יותר להיפגע מטמפרטורה קיצונית, רעידות וזיהום.

יישומים

ה יישומים של מקודדים אופטיים כלול את הבאים.

• מקודדים אלה הם אידיאליים עבור יישומים הזקוקים לרמה גבוהה של דיוק ודיוק.
• אלה משמשים במקום שבו נוצר שדה מגנטי חזק.
• זה ישים במכשירים המשתמשים במנועים בעלי קוטר גדול.
• מקודדים אלו מסייעים בזיהוי האותות האופטיים העוברים לאורך החריץ ומשנים אותם לאותות חשמליים.
• מקודדים אלה מועילים מאוד במדידה ובקרה של תנועת סיבוב על פני מגוון רחב של יישומים כמו ספקטרומטרים, ציוד מעבדה, צנטריפוגות, מכשירים רפואיים, מערכות סריקת CT וכו'.
• מקודדים אלה משמשים ביישומים מבוססי מומנט גבוה באזורים מוגבלים ביותר.
• אלה משמשים בהתקני בדיקה הניתנים לתכנות.
• אלה משמשים בציוד מסחרי או תעשייתי.
• אלה משמשים בציוד מינון כימי.

1). מדוע משתמשים במקודדים אופטיים?

מקודדים אופטיים משפרים בקלות את הדיוק כמו גם את הרזולוציה בהשוואה למקודד המגנטי. כך שניתן להשתמש בהם בכל מקום שבו נוצר שדה מגנטי חזק.

2). מהי הפלט של מקודד אופטי?

פלט המקודד האופטי הוא פולס אלקטרוני המשמש כ'שעון' לדגימת הנתונים.

3). מהי הרזולוציה של מקודד אופטי?

הרזולוציה של מקודד אופטי היא 20k פולסים עבור כל סיבוב גלגל המשמש לחישובי אודומטריה.

4). מדוע מקודדים טובים יותר מפוטנציומטרים?

מקודדים יכולים להסתובב בכיוון דומה לתקופה בלתי מוגבלת ואילו פוטנציומטר בדרך כלל מסתובב סיבוב בודד.

5). איזה סוג מקודד נמצא בשימוש נרחב ברובוטיקה?

מקודדים אופטיים משמשים ברובוטיקה כדי להקליט מדידות מוחלטות או אינקרמנטליות.

זוהי סקירה כללית של אופטי מקודד - סוגים , ממשק, עבודה ויישומים. מקודדים אופטיים משתמשים באור שמועבר דרך זכוכית ומזוהה דרך מקלט. סוגים אלו של מקודדים הם רכיבים מדויקים מאוד והכרחיים מאוד במערכות מכניות שונות של תעשיות רבות כדי לספק מידע משוב מדויק. הנה שאלה בשבילך, מהו מקודד ליניארי?