Мастерство работы с энкодерами Arduino: полное руководство по настройке, типам и применению

Ротационный энкодер Arduino полезен в станках с ЧПУ, робототехнике и даже принтерах благодаря своей прочной конструкции и точному цифровому управлению.

Если вы работаете над проектом с ротационным энкодером Arduino и нуждаетесь в помощи, вы в правильном месте.

Сегодняшняя статья рассматривает ротационный энкодер, его конфигурацию, типы, принцип работы, примеры и применения.

Что такое ротационный энкодер?

Рис. 1: Ротационный энкодер

Это электромеханический датчик положения, который определяет угловую позицию или движение вала или оси.

Затем он преобразует данные угловой позиции в цифровые или аналоговые выходные сигналы.

Распиновка ротационного энкодера

Рис. 2: Распиновка ротационного энкодера

• VCC — напряжение питания 3.3 или 5 В
• GND — земля
• SW — активная низкая кнопка
• CLK (Выход A) — выходной импульс для определения вращения в любом направлении
• DT (Выход B) — отстает от CLK на 90 градусов и определяет направление вращения

Типы ротационных энкодеров

Рис. 3: Абсолютный ротационный энкодер по коду Грея с 13 дорожками

Источник: Wikimedia

Абсолютный энкодер

Состоит из фото-детектора, источника света, диска и сигнального кондиционера. Он сохраняет информацию о положении при потере питания и возобновляет работу при его восстановлении.

Кроме того, соотношение между физической позицией управляемой машины и значением энкодера устанавливается при сборке. Вам не нужно возвращаться к калибровочной точке, чтобы сохранить точность положения.

Инкрементальный энкодер

Инкрементальные энкодеры начинают счет с нуля при включении питания и немедленно сообщают об изменении положения. Однако они не сохраняют свою абсолютную позицию. Вам придется переместить систему мониторинга в фиксированную опорную точку для начала измерения положения.

Как работает ротационный энкодер?

Рис. 4: Принцип работы ротационного энкодера

У него есть два контактных пина A и B и общий заземляющий пин C. Когда вы вращаете ручку, пины A и B контактируют с пином C в порядке вращения, производя сигналы. Кроме того, сигналы сдвинуты на 90 градусов относительно друг друга (квадратурное кодирование).

Когда вы вращаете ручку по часовой стрелке, сначала соединяется пин A, затем B. Также происходит обратное, когда вы вращаете ручку против часовой стрелки.

Мы можем отслеживать, когда пины соединяются с землей и отключаются от неё, чтобы определить направление вращения.

Как выбрать ротационный энкодер?

Инкрементальный или абсолютный энкодер?

Выбирайте тот, у которого лучшее соотношение стоимость/емкость или который возвращается в начало или нет при запуске. Также выбирайте в зависимости от шумонепроницаемости и максимальной скорости.

Какое разрешение необходимо?

Выбирайте тот, который соответствует требуемой точности и стоимости оборудования. Следовательно, следует выбрать тот, у которого разрешение составляет ½ или ¼ от точности используемой машины.

Габариты

Учитывайте тип ротационного вала, который будет использоваться, с учетом пространства для монтажа. Для вашей информации, валы могут быть полыми или обычными.

Допустимая нагрузка на вал

При выборе энкодера учитывайте, как методы монтирования влияют на нагрузку на вал и его механический ресурс.

Максимально допустимая скорость

Выбирайте с учетом максимальной механической скорости при эксплуатации.

Максимальная частота отклика

Выбирайте на основе максимальной скорости вала устройства при совместном использовании.

Максимальная частота отклика = (Обороты в минуту / 60) * Разрешение.

Убедитесь, что вы выбираете тот, чьи спецификации дают определенный запас относительно значения максимальной частоты отклика.

Степень защиты

Пожалуйста, выбирайте модель в зависимости от пыли, масла и воды, присутствующих в рабочей среде.

• Только пыль: IP50
• Наличие воды или масла: IP52 (f), IP64 (f)
• Наличие масла: Выбирайте маслонепроницаемые

Пусковой момент вала

В этом случае учитывайте пусковой момент.

Тип выходной схемы

Здесь учитывайте частоту сигнала, дальность передачи, шумы и подключаемое устройство.

Преимущества и недостатки ротационных энкодеров

Рис. 5: Шаговый двигатель и синхронный ремень механическая часть для 3D-принтеров и станков с ЧПУ

Преимущества

• Высокое разрешение
• Низкая стоимость обратной связи
• Высокая точность и надежность
• Компактность
• Сочетает цифровую и оптическую технологии

Недостатки

• Радиомагнитные сигналы мешают магнитным энкодерам
• Прямой свет мешает оптическим энкодерам
• Влияют масло, грязь и пыль

Пример ротационного энкодера Arduino

Базовый пример

Вам понадобятся плата Arduino, LCD, потенциометр, соединительные провода и макетная плата. Подключите как показано ниже.

Соедините пин +V модуля с пином 5V Arduino и заземлите вашу схему. Затем соедините пины CLK и DT с цифровыми пинами 2 и 3 соответственно.

Управление шаговым двигателем с использованием ротационного энкодера

Вам понадобятся плата Arduino, шаговый двигатель и плата драйвера, ротационный энкодер и макетная плата.

Соедините GND энкодера с GND Arduino и + с пином 5V Arduino. Дополнительно соедините DT с аналоговым пином 5 Arduino и CLK с аналоговым пином 4.

Управление сервоприводом с ротационным энкодером

Ротационные энкодеры критически важны в проектах, требующих точного позиционирования объектов, например, руки робота.

Для использования заземлите коричневый/черный провод сервопривода. Также соедините красный провод сервопривода с источником 5В. Наконец, оранжевый/желтый провод к пину 9 с поддержкой PWM.

Заключение

Как мы видели, вы можете использовать ротационный энкодер с Arduino для многих ваших проектов. Они просты в использовании, универсальны и недороги в приобретении. Для помощи с вашим проектом или если есть некоторые серые зоны, требующие прояснения, пожалуйста, свяжитесь с нами.