En las aplicaciones industriales, a veces es necesario medir la posición o la velocidad de un objeto en rotación, como una rueda o un árbol. El codificador rotativo es un dispositivo electromecánico que puede utilizarse para obtener estas medidas.
Existen dos tipos de codificadores rotativos: codeurs rotatifs incrémentaux et codeurs rotatifs absolus. En este artículo examinaremos codeurs rotatifs incrémentauxsu principio de funcionamiento y sus aplicaciones.
¿Qué es un codificador rotatorio incrustado?
Los codificadores fundamentales pertenecen a la familia de los codificadores rotativos. Se utilizan para obtener información como :
- Posición
- Ángulo
- Velocidad de rotación
Los codificadores rotativos incrementales se utilizan principalmente en aplicaciones que requieren la medición de la velocidad/vigencia angular. Esto se hace teniendo en cuenta el número de impulsos por unidad de tiempo generados por el codificador.
Al contrario que su hermano, el codificador rotativo absoluto, los codificadores incrementales no pueden proporcionar información cuando el árbol no gira. Únicamente podrán facilitar información sobre las movimiento de l'arbre.
Los impulsos generados por el codificador rotativo incremental deben calcularse y tratarse a continuación. Se puede utilizar un microcontrolador o un API (controlador lógico programable). Utilizando el número de impulsos, el controlador puede convertir los datos en información como la siguiente posición, velocidad y distancia.
¿Cómo funciona un codificador rotativo incrustado?
Los codificadores rotativos incrementales están disponibles en dos configuraciones :
- Codeurs incrémentaux monocanal
- Codificadores de doble canal (cuadratura)
Sus funciones son prácticamente idénticas. Sin embargo, los codificadores de doble canal nos permiten detectar el sentido de rotación que un codificador de canal simple no puede detectar.
El principio de funcionamiento de un codificador rotativo incrustado es muy sencillo. Le capteur se compose d'un disque fendu rotatif fixé à son arbre.
Cuando el árbol gira, el disco también gira, como se indica en la figura de abajo. Esto también se conoce como "rueda codificada".
Las puntas de la rueda se utilizan para generar "impulsos" cada vez que una punta se alinea con el cabezal. Los codificadores rotativos incrementales utilizan tecnologías como magnético, óptico, inductivo, capacitivo y láser pour générer ce tren de impulsos.
El esquema siguiente ilustra el funcionamiento de un codificador óptico giratorio incrustado. Una fuente luminosa (LED) se coloca sobre el disco y el dispositivo de recepción (un fotodiodo/fototransistor) se coloca en la línea de sombra.
Cuando el disco gira, las lentes dejan pasar momentáneamente la luz. En ese momento, el haz de luz llega al receptor y emite una señal lógica HAUT.
Cuando el disco gira más, la fuente de luz se obstruye y el receptor no recibe la señal. Esto hace que la salida de este canal correspondiente pase al nivel lógico BAS.
Los codificadores rotativos incrustados de doble canal tienen dos de estos canales denominados canales A y B. La colocación de las fuentes para el canal B está ligeramente reducida en comparación con las fuentes para el canal A.
A veces, el controlador utiliza un único conjunto de fuentes y los receptores se colocan en un declive.
Esta disposición especial permite que las salidas A y B sean "desfasadas".
El microcontrolador o la API pueden vigilar los dos canales para detectar el sentido de giro.
Dependiendo de qué canal (A o B) indique una cantidad frontal en primer lugar, la dirección también puede detectarse. Los codificadores monocanal sólo tienen la salida del canal A y sólo pueden emitir un único tren de impulsos.
Por ejemplo, en el esquema siguiente, un frente montado en A después de un frente montado en B indica que la rueda gira en el sentido inverso a las agujas de un reloj. Asimismo, un frente montado en B después de un frente montado en A indica que la rueda/árbol gira en el sentido de las agujas de un reloj.
En algunas cabeceras, existe un tercer canal llamado "Z". A diferencia de los otros dos, este canal sólo tiene una ubicación. Se utiliza para generar une impulsion par tour para tareas como autoguiado et vérification du nombre d'impulsions.
Codificador incrustado o absoluto
Les codeurs incrémentaux ne peuvent fonctionner que lorsque l'arbre tourne.
Los sistemas que utilizan codificadores rotativos incrustados deben disponer de un programa sofisticado en curso de ejecución para computar las impulsiones producidas por el captor a fin de determinar la posición del árbol. Cuentan con un disco de fuentes intercambiables que funciona como una ruleta de código.
Los codificadores absolutos tienen una rueda de código especializada. Contiene un modelo de rueda no uniforme, un código único para cada posición del árbol.
Para cualquier posición de árbol dada, un codificador rotativo absoluto genera un código binario único que describe con precisión la posición. Además, conserva la salida incluso cuando se elimina, ya que la rueda de código también contiene el motivo.
Los codificadores incrustados deben alimentarse permanentemente para generar permanentemente el tren de impulsos para los cálculos de velocidad y distancia. Sin embargo, los codificadores absolutos pueden ponerse en tensión cuando sea necesario para obtener una lectura.
Desde el punto de vista de la complejidad, los códigos incrementales son más simples que sus homólogos absolutos. Por consiguiente, los códigos incrementales son menos complejos que los códigos rotativos absolutos.
¿Para qué sirven los códigos de conducta?
Los codificadores rotativos incrustados encuentran sus aplicaciones en los aparatos de mantenimiento y los automóviles, pasando por las aplicaciones de automatización industrial.
Una de las aplicaciones más populares para la detección de posición son los botones de mando de los equipos electrónicos, como las configuraciones de autorradio. Los botones giratorios son ajustables continuamente y sólo funcionan cuando el aparato está bajo tensión.
Anteriormente, los ordenadores electromecánicos también utilizaban estos sensores para controlar la posición a lo largo de los dos ejes.
En las aplicaciones industriales, los codificadores incrementales se utilizan para medir la velocidad de los sistemas mecánicos. Esto es especialmente útil en los sistemas de control de movimiento, como los transportadores de materiales, los sujetadores robóticos y las máquinas CNC.
Especificaciones del código incrustado
A la hora de elegir un codificador para una aplicación concreta, hay que tener en cuenta varios factores.
- diámetro exterior
- Diámetro exterior de la carcasa del cabezal (útil para el montaje)
- Type et diamètre de l'arbre
- Existe una gran variedad de tipos de árbol, como el árbol crecido, el árbol semicrecido, el árbol crecido en tronco y el alambre transversal.
- El diámetro debe estar dentro de las tolerancias para acoplarse correctamente al objeto. Hay disponibles árboles de 20 mm, 25 mm y 30 mm.
- Salida y longitud del cable
- La posición de la conexión del cable de salida. Existen dos configuraciones: côté et à l'extérieur.La configuración lateral permite la conexión de un cable desmontable en el lateral. Le type à sortie de câble a un câble fixe sortant de l'arrière du boîtier du capteur.
- Para los cables fijos, los controladores suelen estar equipados con un cable de color negro 2M.
- Tensión de alimentación
- Indica la tensión máxima de funcionamiento del controlador. Existen opciones para las alimentaciones CC %v (fija), 5-12 V, 12-24 V y 24 V (fija).
- Tipo de señal de salida
- A para los codificadores de canal único, A y B para los codificadores de canal doble (cuadratura) y una Z opcional para la salida de impulsos de indexación.
- Número de impulsos
- Este parámetro describe los valores de impulsos por recorrido (PPR) y de cómputo por recorrido (CPR) que carga el controlador.
- Método de envío de la señal
- Tipo de señal de salida: salida de tensión (V)/corriente (C), salida complementaria (F) o salida de línea (L, T)
Características eléctricas del código incrustado
- Tensión de alimentación
- Puede variar de 5V a 24V
- Consumo de electricidad
- Para los tipos de salida de tensión y corriente, el consumo de corriente típico es inferior a 60 mA. Los tipos de pilotos pueden consumir hasta 100 mA.
- Tension de sortie (pour le type de sortie de tension)
- Tension de niveau ÉLEVÉ : > = 3.5 V
- Tensión de nivel BAS : <=0.5 V
- Temps de montée et de chute
- Décrit le temps que prend le capteur pour changer la sortie de haut en bas (chute) ou de bas en haut (montée)
- Temps de montée typique pour le type de sortie de tension : <= 500ns
- Temps de chute typique pour le type de sortie de tension : <= 100 ns
- Fréquence de réponse
- Fréquence maximale à laquelle le capteur peut commuter ses sorties
- Tombe généralement en dessous de 300 kHz
Circuito de codificación rotativo incrustado
Como se ha mencionado anteriormente, los codificadores rotativos pueden conectarse a una API o a microcontroles para medir la velocidad, la posición, la distancia y el sentido de rotación de un árbol. Estos aparatos deben programarse especialmente para calcular estos valores y tomar decisiones.
También existen aparatos especializados, como ordenadores y taquímetros, que pueden realizar estos cálculos e indicar directamente los valores. Echemos un vistazo a algunos circuitos que podemos construir con ayuda de codificadores rotativos incrmentables:
taquímetro autoalimentado
Le H7ER Para configurar un taquímetro de serie alimentado automáticamente por Omron, se puede utilizar un codificador incrustado de canal único para configurar un taquímetro que pueda registrar el régimen de un árbol.
Le E6A2 es un codificador incremental en cuadratura de tipo AB con salidas NPN a colector abierto. Al conectarlo al H7ER, el sistema actúa como un taquímetro que tiene en cuenta la frecuencia de los impulsos para determinar el régimen del árbol conectado.
Computador/computador de gran velocidad
Le K3NC es un ordenador/computador de gran velocidad con varios modos de salida. Este aparato puede conectarse a un codificador rotativo de tipo AB para formar un ordenador/compensador según el sentido de giro.
Con esta configuración, el computador de cómputo puede configurarse para emitir una señal para sumar/restar una máquina comparando el número de impulsos. También se encarga de la comunicación con una API para las aplicaciones de control de procesos.
El uso de estos componentes listos para el empleo puede eliminar la necesidad de un dispositivo complejo como una API en un lugar donde no es absolutamente necesario. Esto es especialmente útil para los sistemas más pequeños.
Para su uso en un sistema basado en PLC, se recomienda una tarjeta HSC (Computadora de gran velocidad) para las aplicaciones de gran velocidad. La figura siguiente muestra la conexión de un codificador rotativo incrustado de tipo colector abierto PNP a una tarjeta de entrada HSC acoplada a un autómata.
El controlador tiene salidas A, B y Z y están conectadas a la tarjeta HSC como se indica a continuación. La tarjeta del controlador puede configurarse para enviar el controlador a la velocidad del eje del controlador automático. Esta configuración reduce la sobrecarga de tratamiento en el programa de automatización.
Codificador rotativo incrustado Arduino
En los circuitos basados en Arduino, los codificadores rotatorios se utilizan como entradas en nuestros programas.
Podemos utilizarlos para aumentar/disminuir el valor de una variable para tareas como el control de la velocidad de un motor o la luminosidad de un LED. En las aplicaciones más avanzadas, los codificadores giratorios también se utilizan para navegar por los menús.
El KY-040 es un módulo codificador rotativo estándar disponible para Arduinos. Tiene el siguiente folleto..:
- GND - Connexion à la terre
- VCC - Alimentación 5 V o 3,3 V
- SW - salida de conmutador a botón pulsador (0V cuando está encendido, 5V en reposo)
- DT - Salida de datos
- CLK - Salida de reloj
Como ejemplo de circuito, examinemos un circuito de prueba en el que el codificador está conectado a un Arduino UNO. La clavija SW del codificador está conectada a la clavija 4, CLK a la clavija 2 y DT está conectado a la clavija 3 del Arduino.
VCC está conectado a +5V y GND está conectado a la broche GND de la tarjeta de desarrollo Arduino como se indica a continuación.
Código Arduino para codificador rotativo
Este ejemplo de código ha sido adaptado de lastminuteengineers.com. Tiene dos funciones principales:
- Atención a la señal CLK (broche 2) para cambiar
- Observe si el botón está encendido (el botón 4 está BAJO).
Cuando se gira el botón del codificador, el programa detecta el cambio de línea CLK. A continuación se comprueba el estado de la broche DT.
Si los dos son idénticos, el codificador gira en el sentido de las agujas de un reloj y en el sentido inverso de las agujas de un reloj. En attendant, pour chaque détection, la variable contrerEl valor también aumenta o disminuye en función de la dirección.
El programa también comprueba el estado del botón del codificador. Si está fundido, el programa muestra "botón fundido" en el monitor de serie. También muestra el valor actual del número de impulsos recibidos.
| // Entradas del codificador rotativo #Le permite definir CLK 2 #Le permite definir DT 3 #Le permite definir SW 4int compteur = 0; int CurrentStateCLK; int lastStateCLK ; String currentDir ="" ; non signé Largo lastButtonPress = 0 ;anular instalación() { // Definir las carpetas del codificador como entradas // Configuración de la serie de monitores // Lectura del estado inicial de CLK anular boucle() { // Lit l'état actuel de CLK // Si el último estado y el estado actual de CLK son diferentes, entonces se produce la impulsión // Si el estado DT es diferente del estado CLK, entonces Serial.print("Dirección : " ); // Recordar el último estado CLK // Lectura del estado del botón //Si detectamos una señal FAIBLE, el botón se enciende // Recordar el último evento de ayuda en el botón // Establecer un plazo más largo para ayudar a terminar la lectura |
Cómo comprobar el codificador incrustado con un multímetro
Para separar un codificador de un multímetro, éste debe estar bajo tensión. Después de la puesta en tensión, ponga el multímetro en el modo de medición de voltios CC y conecte la sonda negra al hilo GND del captor.
Gire suavemente el eje del captor hasta encontrar las salidas A o B del captor.
La medida de tensión debe fluctuar entre cerca de 0V y VCC del captor. Tenga en cuenta que el brazo debe girar muy lentamente para permitir que el multímetro estabilice su lectura.
Si la medida de tensión no cambia, ponga el multímetro en modo AC y repita la misma medida. Esta vez, gire el brazo más rápidamente. Si la lectura del multímetro indica una tensión no nula, podemos concluir que el codificador está funcionando.
Sin embargo, no se trata de un método de desconexión preciso para 100 %. Aunque el multímetro muestre una lectura de tensión, el controlador puede funcionar mal. En este caso, debe analizarse la sincronización del controlador. Para ello se necesita un osciloscopio.
Conclusión
En este artículo, hemos debatido el funcionamiento, el principio de funcionamiento y las aplicaciones de los codificadores rotativos incrementales.
Aunque los codificadores incrustados son los más populares, los codificadores rotativos absolutos pueden ser ventajosos en algunos casos. Elija el controlador que mejor se adapte a su aplicación teniendo en cuenta las características que hemos descrito en este artículo.
Esto no sólo mejorará el rendimiento y la fiabilidad de su sistema, sino que también reducirá los costes innecesarios que conlleva.
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