El codificador es un dispositivo de detección de movimiento que proporciona retroalimentación dentro de un sistema de control de circuito cerrado . La función principal de un codificador es cambiar el movimiento giratorio o el movimiento lineal de una parte del dispositivo en una señal eléctrica, después de lo cual entrega al sistema de control, mediante el uso de un codificador, la ubicación precisa de los componentes del dispositivo, la velocidad de rotación o su dirección. y el ángulo & no. de las transformaciones del eje del motor pueden ser reconocidas. Hay diferentes tipos de codificadores disponibles en el mercado que se clasifican según el tipo de tecnología, movimiento, varios parámetros, etc. Los codificadores basados en movimiento se clasifican en lineales, giratorios y angulares. Los codificadores basados en la posición se clasifican en codificador absoluto y codificador incremental . Los codificadores basados en tecnología de detección se clasifican en ópticos, magnéticos y capacitivos. Los codificadores basados en el canal se clasifican en monocanal y cuadratura. Este artículo analiza una descripción general de uno de los tipos de codificador, a saber codificador óptico – el trabajo y sus aplicaciones.
¿Qué es el codificador óptico?
Un dispositivo electromecánico que se utiliza para cambiar la posición de rotación o lineal a una señal eléctrica mediante el uso de una fuente de luz, una rejilla óptica y un detector fotosensible se conoce como codificador óptico. Estos codificadores se utilizan ampliamente en diferentes máquinas herramienta, equipos de oficina y como sensores de control de posición de alta precisión en robots industriales.
Diseño de codificador óptico
El codificador óptico está diseñado con un LED, fotosensores y un disco conocido como rueda de código que incluye rendijas dentro de la dirección radial y detecta los datos de posición de rotación como una señal óptica. Una vez que una rueda de código conectada a un eje giratorio como un motor gira, se generará una señal óptica basada en si la luz producida por un elemento emisor de luz permanente pasa a través de la ranura de la rueda de código o no. El fotosensor nota la señal óptica y la convierte en una señal eléctrica y la emite.
Dispositivo emisor de luz
En los codificadores ópticos, se utilizan LED IR económicos, aunque a veces se utilizan LED de colores con longitudes de onda más cortas para contener la difusión de la luz. Además, se utilizan costosos diodos láser cuando se necesitan alta resolución y alto rendimiento.
Lente
La luz LED es luz difusa a través de una pequeña directividad, de modo que se usa una lente convexa para hacer paralelo.
Rueda de código
La rueda de códigos se parece a un disco que incluye ranuras que permiten o bloquean la luz emitida por el diodo emisor de luz . La rueda de código está hecha con materiales de metal, vidrio y resina. Aquí, el material metálico es resistente a la temperatura, la humedad y las vibraciones.
El material de resina no es costoso pero es apropiado para la producción en masa y se utiliza para aplicaciones basadas en el consumidor. El material de vidrio se utiliza principalmente cuando se necesita la máxima resolución y precisión. Además, se dispone una ranura fija cerca de la rueda de código para aclarar el paso o el bloqueo de la luz del LED pasa a lo largo de la rueda de código y entra en el elemento colector de luz.
Sensor de fotos
Un fotosensor es normalmente un fototransistor/fotodiodo fabricado con material semiconductor como silicio, germanio y fosfuro de indio y galio.
¿Cómo funciona el codificador óptico?
Un codificador óptico simplemente detecta las señales ópticas que pasan por la rendija y las convierte en señales eléctricas. En comparación con el codificador magnético, este codificador es muy simple para mejorar la precisión y la resolución para usar en aplicaciones donde se produce un fuerte campo magnético. El codificador óptico permite diferentes controladores para medir diferentes tipos de movimiento. Estos codificadores ofrecen señales de retroalimentación muy precisas que se utilizan para verificar la posición, la aceleración y la velocidad del motor real o del actuador lineal.
Codificador Óptico Arduino
Aquí vamos a aprender cómo conectar un codificador rotatorio óptico usando Arduino Uno . Este es un dispositivo mecánico con un eje giratorio en una carcasa cilíndrica. En un disco plano circular, hay dos conjuntos de ranuras. En cualquiera de los lados de este disco se conectan sensores ópticos donde el conjunto transmisor está en un lado y el receptor enviado está en el otro lado. Cada vez que el disco ranurado gira entre el sensor, corta el sensor óptico , por lo que la señal se producirá en los extremos del receptor. Aquí, el receptor está conectado a un microcontrolador para procesar la señal generada, de esta manera podemos identificar cuánto gira el eje. La dirección de rotación del eje se puede determinar simplemente comparando la polaridad de la señal para dos o/ps porque los dos conjuntos de ranuras en el disco circular están desplazados.
El codificador óptico que interactúa con Arduino se muestra a continuación. Los componentes necesarios para esta interfaz incluyen principalmente un codificador óptico, una placa Arduino Uno y cables de conexión. Las conexiones de esta interfaz siguen como;
- El cable de color rojo de este codificador está conectado al pin de 5V de Arduino Uno.
- El cable de color negro de este codificador está conectado al pin GND de Arduino Uno.
- El cable de color blanco (SALIDA A) de un codificador óptico está conectado al pin interruptor de Arduino Uno como el Pin-3.
- El cable de color verde (SALIDA B) de este codificador está conectado al otro pin interruptor de Arduino Uno como el Pin-2.
Aquí, los cables de salida del codificador óptico, como los cables de color blanco y verde, deben conectarse solo al pin de interrupción de la placa Arduino Uno; de lo contrario, la placa Arduino no registrará cada pulso de este codificador.
Código
temperatura larga volátil, contador = 0; //Esta variable aumentará o disminuirá dependiendo de la rotación del codificador
configuración vacía ()
{
Serial.begin (9600);
pinMode(2, INPUT_PULLUP); // pin de entrada pullup interno 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // pin de entrada pull-up interno 3
//Configurando la interrupción
//Un pulso ascendente de codificador activó ai0(). AttachInterrupt 0 es DigitalPin nr 2 en Arduino.
adjuntar Interrupción (0, ai0, AUMENTANDO);
//B pulso ascendente de codificador activado ai1(). AttachInterrupt 1 es DigitalPin nr 3 en Arduino.
adjuntar Interrupción (1, ai1, AUMENTANDO);
}
bucle vacío () {
// Enviar el valor del contador
si (contador! = temperatura) {
Serial.println (contador);
temperatura = contador;
}
}
vacío ai0() {
// ai0 se activa si DigitalPin nr 2 va de BAJO a ALTO
// Verifique el pin 3 para determinar la dirección
si (lectura digital (3) == BAJO) {
contador++;
}demás{
encimera-;
}
}
vacío ai1() {
// ai0 se activa si DigitalPin nr 3 va de BAJO a ALTO
// Verifique con el pin 2 para determinar la dirección
si (lectura digital (2) == BAJO) {
encimera-;
}demás{
contador++;
}
}
Una vez que el código anterior se cargue en la placa Arduino Uno, abra el monitor serie y gire el eje del codificador óptico. Si gira el codificador óptico en el sentido de las agujas del reloj, puede notar que el valor aumenta y si gira este codificador en el sentido contrario a las agujas del reloj, el valor disminuirá. Si el valor muestra reversa significa dar un valor negativo para un movimiento en el sentido de las agujas del reloj. Entonces puedes invertir los cables blanco y verde.
Tipos de codificadores ópticos
Los codificadores ópticos están disponibles en dos tipos, tipo transmisivo y tipo reflexivo, que se analizan a continuación.
Tipo transmisivo
En un codificador óptico de tipo transmisivo, el fotosensor detecta si la señal de luz emitida por los diodos emisores de luz pasa o no a través de la rendija de la rueda codificadora. Los principales beneficios de un codificador óptico de tipo transmisivo incluyen; mejora la precisión de la señal fácilmente y el desarrollo simple debido al carril óptico bastante simple.
Tipo reflectante
En un codificador óptico de tipo reflexivo, el fotosensor detecta si la señal de luz emitida por el diodo emisor de luz se refleja o no a través de la rueda de código. Las ventajas de los codificadores ópticos de tipo reflexivo incluyen principalmente; es fácil de miniaturizar y adelgazar. Ya que estos están diseñados a través de la técnica de apilamiento; entonces el procedimiento de montaje se puede simplificar.
Codificador óptico frente a codificador magnético
La diferencia entre un codificador óptico y un codificador magnético incluye lo siguiente.
| codificador óptico |
Codificador magnético |
| El codificador óptico es un tipo de transductor que se utiliza para medir el movimiento de rotación. | El codificador magnético es un tipo de codificador giratorio que utiliza sensores para identificar cambios dentro de los campos magnéticos de un anillo/rueda magnetizada giratoria. |
| Este codificador también se conoce como transductor de movimiento digital/generador de impulsos. | Este codificador también se conoce como codificador de detección de ángulo absoluto. |
| Necesita una línea de visión muy clara. | La línea de visión de este codificador está llena de polvo u otros contaminantes. |
| Este codificador debe mantener un espacio de aire de <0,25 mm. | Este codificador es preciso a través de espacios de aire de hasta 4 mm. |
| Es vulnerable a la compresión en el disco giratorio dentro de la humedad y el calor fluctuante. | Es resistente a la humedad y al calor. |
| Precisión comprometida en entornos de choque o vibración. | Es resistente a vibraciones y golpes. |
| Necesita una carcasa sellada y grande para funcionar bien en entornos difíciles. | Es sólido, resistente y de bajo costo sin una gran carcasa externa. |
| Incluye piezas móviles. | No incluye partes móviles. |
| Este codificador no se puede adaptar a configuraciones. | Este codificador se puede personalizar. |
| Su rango de temperatura es medio. | Su rango de temperatura es estrecho. |
| Su consumo de corriente es elevado. | Su consumo actual es medio. |
| Su rango de resolución es amplio. | Su rango de resolución es estrecho. |
| Posee alta inmunidad magnética. | Tiene baja inmunidad magnética. |
Ventajas y desventajas
El ventajas de un codificador óptico Incluya lo siguiente.
- El codificador óptico mejora fácilmente la precisión y la resolución al desarrollar la forma de la rendija porque tiene un mecanismo para notar si la luz del LED pasa o no a través de la rendija.
- Este codificador no se ve afectado por el campo magnético cercano.
- Estos codificadores proporcionan las resoluciones más altas.
- Estos son más resistentes a la interferencia del ruido eléctrico de las corrientes de Foucault.
- Estos codificadores tienen opciones de montaje flexibles.
El desventajas de los codificadores ópticos Incluya lo siguiente.
- El principal inconveniente de este codificador es que: mecánicamente no es fuerte.
- Estos codificadores tienen un disco de vidrio delgado que puede dañarse por golpes extremos o vibraciones severas.
- Estos codificadores dependen de la 'línea de visión', por lo que son principalmente vulnerables a la suciedad, el aceite y el polvo.
- Los discos ópticos de este codificador normalmente están diseñados con plástico o vidrio, por lo que hay más posibilidades de que se dañen debido a temperaturas extremas, vibraciones y contaminación.
Aplicaciones
El aplicaciones de codificadores ópticos Incluya lo siguiente.
- Estos codificadores son ideales para aplicaciones que necesitan un alto nivel de precisión y exactitud.
- Estos se utilizan donde se produce un fuerte campo magnético.
- Es aplicable en dispositivos que utilizan motores de gran diámetro.
- Estos codificadores ayudan a detectar las señales ópticas que pasan por la rendija y las transforman en señales eléctricas.
- Estos codificadores son muy útiles para medir y controlar el movimiento giratorio en una amplia gama de aplicaciones, como espectrómetros, equipos de laboratorio, centrífugas, dispositivos médicos, sistemas de tomografía computarizada, etc.
- Estos codificadores se utilizan en aplicaciones basadas en un alto par en áreas extremadamente restringidas.
- Estos se utilizan en dispositivos de inspección programables.
- Estos se utilizan en equipos comerciales o industriales.
- Estos se utilizan en equipos de dosificación de productos químicos.
1). ¿Por qué se utilizan codificadores ópticos?
Los codificadores ópticos mejoran fácilmente la precisión y la resolución en comparación con el codificador magnético. Por lo tanto, estos pueden usarse donde se crea un fuerte campo magnético.
2). ¿Cuál es la salida de un codificador óptico?
La salida del codificador óptico es un pulso electrónico que se utiliza como 'reloj' para el muestreo de datos.
3). ¿Cuál es la resolución de un codificador óptico?
La resolución de un codificador óptico es de 20k pulsos por cada revolución de la rueda que se utiliza para los cálculos de odometría.
4). ¿Por qué los codificadores son mejores que los potenciómetros?
Los codificadores pueden girar en una dirección similar durante un período indefinido, mientras que un potenciómetro normalmente gira una sola revolución.
5). ¿Qué tipo de codificador es ampliamente utilizado en robótica?
Los codificadores ópticos se utilizan en robótica para registrar medidas absolutas o incrementales.
Esta es una descripción general de una óptica codificador - tipos , interfaces, trabajo y aplicaciones. Los codificadores ópticos usan luz que pasa a través del vidrio y se identifica a través de un receptor. Estos tipos de codificadores son componentes muy precisos y muy necesarios en varios sistemas mecánicos de muchas industrias para proporcionar información de retroalimentación precisa. Aquí hay una pregunta para usted, ¿qué es un codificador lineal?
