Przyrostowy enkoder optyczny
Ostatnio wpadło mi w ręce kilka sztuk dosyć ciekawych elementów, które generalnie służą jako elementy pomiarowe w różnego rodzaju układach automatyki. Jego podstawowa funkcja dotyczy pomiaru kąta obrotu, która przy dodatkowym wyposażeniu może mieć znacząco większą funkcjonalność i zastosowanie. Przyszedł mi do głowy pomysł na alternatywne i nietypowe zastosowanie tych elementów, ale napiszę o tym później. Obecnie skupiam uwagę na poznaniu możliwości i idei działania. Za mich czasów studenckich takich zabawek nie było a później jakoś nie było okazji. Teraz pojawiły się możliwości.
Typowy enkoder zbudowany jest z obrotowej tarczy posiadającej nacięte szczeliny lub przezroczystej tarczy z nadrukowanymi przesłonami. Po jednej stronie tarczy umieszczone są elementy wysyłające wiązkę światła po drugiej zaś elementy światłoczułe. Wiązka światła podczas ruchu tarczy impulsowo trafia na elementy światłoczułe, w których generowane są impulsy. By określić kierunek obrotów, enkoder generuje dwa sygnały przesunięte w fazie o 90 stopni. Analizując przychodzące dane można uzyskać wiele informacji. Kolejność wystąpienia zbocz sygnału pozwala określić kierunek obrotów, ilość wygenerowanych impulsów mówi o kącie obrotu a częstotliwość impulsów o prędkości obrotowej.
Przyglądając się powyższemu przebiegowi można zauważyć, że traktując wyjście enkodera jako liczbę dwubitową, to przy każdej zmianie jej wartości zachodzi zawsze zmiana tylko na jednej pozycji.
To niesie skojarzenie z kodem Graya, w którym cechą charakterystyczną jest to, że kolejne słowa kodowe różnią się tylko stanem jednego bitu.
Kręcąc enkoderem w jedną stronę możliwe są następujące zmiany (ruch na osi czasu do przodu):
- 00 → 01
- 01 → 11
- 11 → 10
- 10 → 00
Ruch obrotowy w przeciwną stronę daje (ruch na osi czasu do tyłu):
- 01 → 00
- 11 → 01
- 10 → 11
- 00 → 10
Pierwszym elementem do rozkminy to przyłączenie samego dekodera. Jest to element, który ma w sobie jakieś elementy półprzewodnikowe, więc zabawy z omomiarką niewiele dadzą. Jednak nie jest tak źle, każdy ma w sobie podstawową wiedzę w jaki sposób działa.
Mamy podane kolory kabelków i przyporządkowaną im funkcję. Nawet opis się zgadza z rzeczywistością.
Schemat układu badawczego to:
Ze względu na fakt, że napięcie zasilające enkoder jest w zakresie 7-35V, nie jest możliwe bezpośrednie przyłączenie jego do procka. Oglądając przebiegi na wyjściach enkodera przy zasilaniu ze źródła o napięciu 12V, amplituda przebiegu cyfrowego również wynosi 12V, więc jest daleka od standardów TTL. Musi wystąpić element pośredniczący, który doprowadzi do pełnej harmonii. W tej roli występuje analogowy komparator napięcia. Na wejścia odwracające podany jest sygnał z enkodera, na wejściach nieodwracających jest ustalony próg przerzutu dla komparatora. W gruncie rzeczy występuje tu duża tolerancja, gdyż sygnał z enkodera ma przebieg cyfrowy (w sensie jest sygnał – nie ma sygnału). Sygnał ten jest obrabiany w procku i wyświetlany na kilkucyfrowym wyświetlaczu. Jego schemat pokazuje rysunek:
Jest to wręcz klasyczne rozwiązanie wyświetlacza, który nie wymaga dodatkowych wyjaśnień. Starzy wyjadacze mają właściwą wiedzę i nie jest żadną tajemnicą jego działanie.
Każda teoria wymaga potwierdzenia w wyniku eksperymentu, toteż zbudowałem odpowiednie środowisko badawcze.
Na oscylku zaobserwowałem przebiegi (te już na wyjściach komparatora).
Można sobie pokręcić, w jedną stronę:
i w drugą stronę: