Codeur optique : fonctionnement, types, interfaçage et ses applications

L'encodeur est un dispositif de détection de mouvement qui fournit une rétroaction dans un système de contrôle en boucle fermée . La fonction principale d'un encodeur est de changer le mouvement de rotation ou le mouvement linéaire d'une partie de l'appareil en un signal électrique après quoi il délivre au système de contrôle, en utilisant un encodeur, l'emplacement précis des composants de l'appareil, la vitesse de rotation ou sa direction et l'angle & non. des transformations de l'arbre moteur peuvent être reconnues. Il existe différents types d'encodeurs disponibles sur le marché qui sont classés en fonction du type de technologie, du mouvement, de divers paramètres, etc. Les encodeurs basés sur le mouvement sont classés en linéaire, rotatif et angulaire. Les codeurs basés sur la position sont classés dans la codeur absolu et codeur incrémental . Les codeurs basés sur la technologie de détection sont classés en optique, magnétique et capacitif. Les codeurs basés sur le canal sont classés en monocanal et en quadrature. Cet article traite d'un aperçu de l'un des types d'encodeur à savoir encodeur optique – le travail et ses applications.

Qu'est-ce qu'un encodeur optique ?

Un dispositif électromécanique utilisé pour modifier la position d'un signal rotatif ou linéaire à un signal électrique à l'aide d'une source lumineuse, d'un réseau optique et d'un détecteur photosensible est appelé codeur optique. Ces codeurs sont largement utilisés dans différentes machines-outils, équipements de bureau et comme capteurs de contrôle de position de haute précision dans les robots industriels.

Conception d'encodeur optique

L'encodeur optique est conçu avec une LED, des photocapteurs et un disque connu sous le nom de roue codeuse comprenant des fentes dans la direction radiale et détecte les données de position de rotation sous forme de signal optique. Une fois qu'une roue codeuse connectée à un arbre rotatif comme un moteur tourne, un signal optique sera généré en fonction du fait que la lumière produite par un élément électroluminescent permanent passe ou non à travers la fente d'une roue codeuse. Le capteur photo détecte le signal optique et le transforme en un signal électrique et le produit.

Dispositif émettant de la lumière

Dans les codeurs optiques, des LED IR peu coûteuses sont utilisées bien que parfois, des LED colorées avec des longueurs d'onde plus courtes soient utilisées pour contenir la diffusion de la lumière. De plus, des diodes laser coûteuses sont utilisées là où une haute résolution et des performances élevées sont nécessaires.

Lentille

La lumière LED est une lumière diffusée à travers une faible directivité de sorte qu'une lentille convexe est utilisée pour rendre parallèle.

Roue codeuse

La roue codeuse ressemble à un disque comprenant des fentes qui permettent ou bloquent la lumière émise par le diode électro-luminescente . La roue codeuse est fabriquée avec des matériaux en métal, en verre et en résine. Ici, le matériau métallique est résistant à la température, à l'humidité et aux vibrations.

Le matériau en résine n'est pas cher mais convient à la production de masse et est utilisé pour les applications grand public. Le matériau en verre est principalement utilisé là où une résolution et une précision maximales sont nécessaires. De plus, une fente fixe est disposée près de la roue codeuse pour clarifier le passage ou le blocage de la lumière des passages de LED à travers la roue codeuse et entre dans l'élément de collecte de lumière.

Capteur photo

Un photocapteur est normalement un phototransistor / photodiode fabriqué avec un matériau semi-conducteur comme le silicium, le germanium et le phosphure de gallium d'indium.

Comment fonctionne l'encodeur optique ?

Un codeur optique détecte simplement les signaux optiques qui traversent la fente et les transforme en signaux électriques. Par rapport à l'encodeur magnétique, cet encodeur est très simple pour améliorer la précision et la résolution à utiliser dans les applications où un champ magnétique puissant est produit. Le codeur optique permet à différents contrôleurs de mesurer différents types de mouvement. Ces codeurs offrent des signaux de retour très précis utilisés pour vérifier la position, l'accélération et la vitesse réelles du moteur ou de l'actionneur linéaire.

Encodeur optique Arduino

Ici, nous allons apprendre à connecter un codeur rotatif optique à l'aide de arduino uno . Il s'agit d'un dispositif mécanique à arbre rotatif dans un logement cylindrique. Sur un disque plat circulaire, il y a deux ensembles de fentes. Sur n'importe quelle face de ce disque, des capteurs optiques sont connectés là où l'ensemble émetteur est d'un côté et le récepteur envoyé est de l'autre côté. Chaque fois que le disque fendu tourne entre le capteur, il coupe le capteur optique , de sorte que le signal sera produit aux extrémités du récepteur. Ici, le récepteur est connecté à un microcontrôleur pour traiter le signal généré, de cette manière nous pouvons identifier la rotation de l'arbre. Le sens de rotation de l'arbre peut être déterminé en comparant simplement la polarité du signal pour deux o/ps car les deux ensembles de fentes sur le disque circulaire sont à un certain décalage.

L'encodeur optique s'interfaçant avec Arduino est illustré ci-dessous. Les composants requis pour cet interfaçage comprennent principalement un encodeur optique, une carte Arduino Uno et des fils de connexion. Les connexions de cet interfaçage suivent comme;

• Le fil de couleur rouge de cet encodeur est connecté à la broche 5V d'Arduino Uno.
• Le fil de couleur noire de cet encodeur est connecté à la broche GND d'Arduino Uno.
• Le fil de couleur blanche (OUT A) d'un encodeur optique est connecté à la broche de l'interrupteur de l'Arduino Uno comme la broche-3.
• Le fil de couleur verte (OUT B) de cet encodeur est connecté à l'autre broche d'interrupteur d'Arduino Uno comme la broche 2.

Ici, les fils de sortie de l'encodeur optique, comme les fils de couleur blanche et verte, doivent être connectés uniquement à la broche d'interruption de la carte Arduino Uno, sinon la carte Arduino n'enregistrera pas chaque impulsion de cet encodeur.

Code

longue température volatile, compteur = 0 ; //Cette variable augmentera ou diminuera en fonction de la rotation de l'encodeur
void setup()

{

Serial.begin (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // broche d'entrée pullup interne 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // broche d'entrée interne เป็น pullup 3
//Configuration de l'interruption
// Une impulsion montante d'encoderren a activé ai0(). AttachInterrupt 0 est DigitalPin nr 2 sur Arduino.
attachInterrupt(0, ai0, RISING);
//B impulsion montante de l'encodeur activé ai1(). AttachInterrupt 1 est DigitalPin nr 3 sur Arduino.
attachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
boucle vide() {
// Envoie la valeur du compteur
if( compteur != temp ){
Serial.println (compteur);
temp = compteur ;
}
}
vide ai0() {
// ai0 est activé si DigitalPin nr 2 passe de LOW à HIGH
// Vérifiez la broche 3 pour déterminer la direction
si(numériqueLecture(3)==BAS) {
compteur++ ;
}autre{
comptoir-;
}
}
vide ai1() {
// ai0 est activé si DigitalPin nr 3 passe de LOW à HIGH
// Vérifiez avec la broche 2 pour déterminer la direction
if(digitalRead(2)==LOW) {
comptoir-;
}autre{
compteur++ ;
}
}
Une fois le code ci-dessus téléchargé sur la carte Arduino Uno, ouvrez le moniteur série et tournez l'arbre de l'encodeur optique. Si vous tournez l'encodeur optique dans le sens des aiguilles d'une montre, vous pouvez remarquer que la valeur augmente et si vous tournez cet encodeur dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, la valeur sera diminuée. Si la valeur est inversée, cela signifie donner une valeur négative pour un mouvement dans le sens des aiguilles d'une montre. Vous pouvez donc inverser les fils blanc et vert.

Types d'encodeurs optiques

Les codeurs optiques sont disponibles en deux types, le type transmissif et le type réfléchissant, qui sont décrits ci-dessous.

Type transmissif

Dans un codeur optique de type transmissif, le photocapteur remarque si le signal lumineux émis par les diodes électroluminescentes passe ou non à travers la fente de la roue codeuse. Les principaux avantages d'un codeur optique de type transmissif incluent ; il améliore la précision du signal facilement et le développement simple en raison de la voie optique assez simple.

Type réfléchissant

Dans un codeur optique de type réflectif, le photodétecteur remarque si le signal lumineux émis par la diode électroluminescente est réfléchi ou non à travers la roue codeuse. Les avantages des codeurs optiques de type réfléchissant comprennent principalement ; il est simple à miniaturiser et à affiner. Étant donné que ceux-ci sont conçus grâce à la technique d'empilement; alors la procédure d'assemblage peut être simplifiée.

Encodeur optique vs encodeur magnétique

La différence entre un codeur optique et un codeur magnétique comprend les éléments suivants.

Avantages et inconvénients

Le avantages d'un codeur optique inclure les éléments suivants.

• L'encodeur optique améliore facilement la précision ainsi qu'une résolution en développant la forme de la fente car il dispose d'un mécanisme pour remarquer si la lumière de la LED passe ou non à travers la fente.
• Cet encodeur n'est pas affecté par le champ magnétique à proximité.
• Ces encodeurs offrent les résolutions les plus élevées.
• Ceux-ci sont plus résistants aux interférences du bruit électrique des courants de Foucault.
• Ces codeurs ont des options de montage flexibles.

Le inconvénients des codeurs optiques inclure les éléments suivants.

• Le principal inconvénient de cet encodeur est que : il n'est mécaniquement pas solide.
• Ces encodeurs ont un disque en verre mince qui peut être endommagé par des chocs extrêmes ou des vibrations importantes.
• Ces encodeurs dépendent de la 'ligne de visée', ils sont donc principalement vulnérables à la saleté, à l'huile et à la poussière.
• Les disques optiques de cet encodeur sont normalement conçus avec du plastique ou du verre, il y a donc plus de risques d'être endommagés par des températures extrêmes, des vibrations et une contamination.

Applications

Le applications des codeurs optiques inclure les éléments suivants.

• Ces codeurs sont idéaux pour les applications nécessitant un haut niveau de précision et d'exactitude.
• Ceux-ci sont utilisés lorsqu'un fort champ magnétique est produit.
• Il est applicable dans les appareils qui utilisent des moteurs de grand diamètre.
• Ces codeurs aident à détecter les signaux optiques qui traversent la fente et à les transformer en signaux électriques.
• Ces encodeurs sont très utiles pour mesurer et contrôler le mouvement de rotation dans une large gamme d'applications telles que les spectromètres, les équipements de laboratoire, les centrifugeuses, les dispositifs médicaux, les systèmes de tomodensitométrie, etc.
• Ces codeurs sont utilisés dans des applications à couple élevé dans des zones extrêmement contraintes.
• Ceux-ci sont utilisés dans les appareils d'inspection programmables.
• Ceux-ci sont utilisés dans les équipements commerciaux ou industriels.
• Ceux-ci sont utilisés dans les équipements de dosage de produits chimiques.

1). Pourquoi utilise-t-on des encodeurs optiques ?

Les encodeurs optiques améliorent facilement la précision ainsi que la résolution par rapport à l'encodeur magnétique. Ainsi, ceux-ci peuvent être utilisés partout où un champ magnétique puissant est créé.

2). Quelle est la sortie d'un encodeur optique ?

La sortie du codeur optique est une impulsion électronique qui est utilisée comme « horloge » pour l'échantillonnage des données.

3). Quelle est la résolution d'un encodeur optique ?

La résolution d'un codeur optique est de 20k impulsions pour chaque tour de roue utilisé pour les calculs d'odométrie.

4). Pourquoi les encodeurs sont meilleurs que les potentiomètres ?

Les codeurs peuvent tourner dans le même sens pendant une durée indéterminée alors qu'un potentiomètre tourne normalement d'un seul tour.

5). Quel type d'encodeur est largement utilisé en robotique ?

Les codeurs optiques sont utilisés en robotique pour enregistrer des mesures absolues ou incrémentales.

Ceci est un aperçu d'une optique encodeur – types , interfaçage, fonctionnement et applications. Les encodeurs optiques utilisent la lumière qui traverse le verre et est identifiée par un récepteur. Ces types d'encodeurs sont des composants très précis et très nécessaires dans divers systèmes mécaniques de nombreuses industries pour fournir des informations de retour précises. Voici une question pour vous, qu'est-ce qu'un codeur linéaire ?