Optical Encoder : Cara Kerja, Jenis, Antarmuka & Aplikasinya

Encoder adalah perangkat pendeteksi gerakan yang memberikan umpan balik dalam a sistem kontrol loop tertutup . Fungsi utama encoder adalah untuk mengubah gerakan berputar atau gerakan linier dari bagian perangkat menjadi sinyal listrik setelah itu dikirimkan ke sistem kontrol, Dengan menggunakan encoder, lokasi yang tepat dari komponen perangkat, kecepatan rotasi atau arahnya dan sudut & no. transformasi poros motor dapat dikenali. Ada berbagai jenis encoder yang tersedia di pasaran yang diklasifikasikan berdasarkan jenis teknologi, gerakan, berbagai parameter, dll. Encoder berdasarkan gerakan diklasifikasikan menjadi linier, putar, dan sudut. Encoder berdasarkan posisinya diklasifikasikan ke dalam penyandi absolut Dan encoder tambahan . Encoder berdasarkan teknologi penginderaan diklasifikasikan menjadi optik, magnetik, dan kapasitif. Encoder berdasarkan saluran diklasifikasikan menjadi saluran tunggal dan quadrature. Artikel ini membahas tentang ikhtisar salah satu jenis encoder yaitu pengkode optik - cara kerja dan aplikasinya

Apa itu Optical Encoder?

Perangkat elektromekanis yang digunakan untuk mengubah posisi dari berputar atau linier menjadi sinyal listrik dengan menggunakan sumber cahaya, detektor kisi optik & fotosensitif dikenal sebagai encoder optik. Encoder ini banyak digunakan di berbagai peralatan mesin, peralatan kantor, dan sebagai sensor kontrol posisi presisi tinggi di robot industri.

Desain Encoder Optik

Encoder optik dirancang dengan LED, sensor foto & cakram yang dikenal sebagai roda kode termasuk celah dalam arah radial & mendeteksi data posisi berputar sebagai sinyal optik. Setelah roda kode terhubung ke poros putar seperti motor berputar maka sinyal optik akan dihasilkan berdasarkan apakah cahaya yang dihasilkan dari elemen pemancar cahaya permanen melewati celah roda kode atau tidak. Sensor foto memperhatikan sinyal optik dan mengubahnya menjadi sinyal listrik & mengeluarkannya.

Perangkat Pemancar Cahaya

Dalam enkoder optik, LED IR murah digunakan meskipun kadang-kadang, LED berwarna dengan panjang gelombang lebih pendek digunakan untuk menampung difusi cahaya. Selain itu, dioda laser mahal digunakan di mana resolusi tinggi & kinerja tinggi diperlukan.

Lensa

Lampu LED menyebarkan cahaya melalui directivity kecil sehingga lensa cembung digunakan untuk membuat paralel.

Roda Kode

Roda kode terlihat seperti cakram termasuk celah yang memungkinkan atau menghalangi cahaya yang dipancarkan dari dioda pemancar cahaya . Roda kode dibuat dengan bahan logam, kaca & resin. Di sini, bahan logam kuat terhadap suhu kelembaban & getaran.

Bahan resin tidak mahal tetapi sesuai untuk produksi massal & digunakan untuk aplikasi berbasis konsumen. Bahan kaca terutama digunakan di mana resolusi & presisi maksimum diperlukan. Selain itu, celah tetap diatur di dekat roda kode untuk mengklarifikasi lewatnya atau pemblokiran cahaya dari LED melewati seluruh roda kode & masuk ke elemen pengumpul cahaya.

Sensor foto

Sensor foto biasanya adalah fototransistor/ fotodioda yang terbuat dari bahan semikonduktor seperti silikon, germanium & indium gallium phosphide.

Bagaimana Cara Kerja Encoder Optik?

Encoder optik hanya mendeteksi sinyal optik yang melewati celah dan mengubahnya menjadi sinyal listrik. Dibandingkan dengan enkoder magnetik, enkoder ini sangat sederhana untuk meningkatkan akurasi & resolusi untuk digunakan dalam aplikasi di mana pun dihasilkan medan magnet yang kuat. Encoder optik memungkinkan pengontrol yang berbeda untuk mengukur berbagai jenis gerakan. Encoder ini menawarkan sinyal umpan balik yang sangat tepat yang digunakan untuk memverifikasi posisi, akselerasi & kecepatan motor aktual atau aktuator linier.

Arduino Encoder Optik

Di sini kita akan mempelajari cara menghubungkan optical rotary encoder menggunakan arduino uno . Ini adalah perangkat mekanis dengan poros putar di rumah silinder. Pada piringan datar berbentuk lingkaran, terdapat dua set slot. Di sisi mana pun dari disk ini, sensor optik terhubung di mana perangkat pemancar berada di satu sisi dan penerima yang dikirim berada di sisi lain. Setiap kali cakram berlubang berputar di antara sensor, maka itu akan memotong sensor optik , sehingga sinyal akan diproduksi di ujung penerima. Di sini, penerima terhubung ke mikrokontroler untuk memproses sinyal yang dihasilkan, dengan cara ini kita dapat mengidentifikasi berapa putaran poros. Arah putaran poros dapat ditentukan dengan hanya membandingkan polaritas sinyal selama dua output daya karena dua set slot pada piringan melingkar berada pada offset tertentu.

Antarmuka enkoder optik dengan Arduino ditunjukkan di bawah ini. Komponen yang diperlukan untuk antarmuka ini terutama mencakup encoder optik, papan Arduino Uno, dan kabel penghubung. Sambungan dari interfacing ini adalah sebagai berikut;

• Kabel warna merah encoder ini terhubung ke pin 5V Arduino Uno.
• Kabel warna hitam encoder ini terhubung ke pin GND Arduino Uno.
• Kabel warna putih (OUT A) dari optical encoder terhubung ke pin interrupter Arduino Uno seperti Pin-3.
• Kabel warna hijau (OUT B) dari encoder ini terhubung ke pin interrupter Arduino Uno lainnya seperti Pin-2.

Di sini kabel output dari encoder optik seperti kabel warna putih dan hijau harus dihubungkan hanya ke pin interupsi board Arduino Uno, jika tidak board Arduino tidak akan merekam setiap pulsa dari encoder ini.

Kode

suhu panjang yang mudah menguap, penghitung = 0; //Variabel ini akan bertambah atau berkurang tergantung pada rotasi encoder
pengaturan batal()

{

Serial.mulai (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // pin input pullup internal 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // pin input pullup internal 3
//Menyiapkan interupsi
// Pulsa naik dari encodenren diaktifkan ai0(). AttachInterrupt 0 adalah DigitalPin nr 2 di Arduino.
attachInterrupt(0, ai0, RISING);
//B pulsa naik dari encodenren diaktifkan ai1(). AttachInterrupt 1 adalah DigitalPin nr 3 di Arduino.
attachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
kekosongan loop() {
// Kirim nilai penghitung
jika( penghitung != temp ){
Serial.println (penghitung);
suhu = penghitung;
}
}
batal ai0() {
// ai0 diaktifkan jika DigitalPin nr 2 beralih dari RENDAH ke TINGGI
// Periksa pin 3 untuk menentukan arah
if(digitalRead(3)==RENDAH) {
penghitung++;
}kalau tidak{
menangkal-;
}
}
batal ai1() {
// ai0 diaktifkan jika DigitalPin nr 3 beralih dari RENDAH ke TINGGI
// Periksa dengan pin 2 untuk menentukan arah
if(digitalRead(2)==RENDAH) {
menangkal-;
}kalau tidak{
penghitung++;
}
}
Setelah kode diatas diupload ke board Arduino Uno, kemudian buka serial monitor & putar poros optical encoder. Jika Anda memutar enkoder optik searah jarum jam maka Anda dapat melihat peningkatan nilai dan jika Anda memutar enkoder ini berlawanan arah jarum jam maka nilainya akan berkurang. Jika nilainya menunjukkan sebaliknya berarti memberikan nilai negatif untuk gerakan searah jarum jam. Jadi Anda bisa membalikkan kabel putih dan hijau.

Jenis Encoder Optik

Encoder optik tersedia dalam dua tipe tipe transmisif dan tipe reflektif yang dibahas di bawah ini.

Tipe Transmisif

Dalam encoder optik tipe transmisif, sensor foto memperhatikan apakah sinyal cahaya yang dipancarkan dari dioda pemancar cahaya melewati celah roda kode atau tidak. Manfaat utama dari encoder optik tipe transmisif meliputi; itu meningkatkan akurasi sinyal dengan mudah dan pengembangan sederhana karena jalur optik yang cukup sederhana.

Tipe Reflektif

Dalam encoder optik tipe reflektif, sensor foto memperhatikan apakah sinyal cahaya yang dipancarkan dari dioda pemancar cahaya dipantulkan atau tidak melalui roda kode. Keuntungan dari encoder optik tipe reflektif terutama meliputi; mudah untuk membuat miniatur & tipis. Karena ini dirancang melalui teknik susun; maka prosedur perakitan dapat disederhanakan.

Encoder Optik Vs Encoder Magnetik

Perbedaan antara encoder optik dan encoder magnetik adalah sebagai berikut.

Keuntungan dan kerugian

Itu keuntungan dari encoder optik termasuk berikut ini.

• Encoder optik dengan mudah meningkatkan akurasi serta resolusi dengan mengembangkan bentuk celah karena memiliki mekanisme untuk mengetahui apakah cahaya dari LED melewati celah atau tidak.
• Encoder ini tidak terpengaruh oleh medan magnet terdekat.
• Encoder ini memberikan resolusi tertinggi.
• Ini lebih tahan terhadap gangguan kebisingan listrik dari arus eddy.
• Pembuat enkode ini memiliki opsi pemasangan yang fleksibel.

Itu kerugian dari encoders optik termasuk berikut ini.

• Kelemahan utama pembuat enkode ini adalah: secara mekanis tidak kuat.
• Pembuat enkode ini memiliki piringan kaca tipis yang dapat rusak akibat guncangan ekstrem atau getaran hebat.
• Pembuat enkode ini bergantung pada 'garis pandang', sehingga sangat rentan terhadap kotoran, minyak & debu.
• Cakram optik pada pembuat enkode ini biasanya dirancang dengan plastik atau kaca sehingga lebih besar kemungkinannya untuk rusak akibat suhu, getaran, dan kontaminasi yang ekstrem.

Aplikasi

Itu aplikasi encoders optik termasuk berikut ini.

• Encoder ini ideal untuk aplikasi yang membutuhkan tingkat presisi & akurasi tinggi.
• Ini digunakan di mana medan magnet yang kuat dihasilkan.
• Ini berlaku di perangkat yang menggunakan motor berdiameter besar.
• Encoder ini membantu mendeteksi sinyal optik yang melewati celah dan mengubahnya menjadi sinyal listrik.
• Encoder ini sangat membantu dalam mengukur & mengontrol gerakan berputar di berbagai aplikasi seperti spektrometer, peralatan lab, sentrifugal, perangkat medis, sistem CT scan, dll.
• Encoder ini digunakan dalam aplikasi berbasis torsi tinggi di area yang sangat terbatas.
• Ini digunakan dalam perangkat inspeksi yang dapat diprogram.
• Ini digunakan dalam peralatan komersial atau industri.
• Ini digunakan dalam peralatan dosis kimia.

1). Mengapa Encoder Optik Digunakan?

Encoder optik dengan mudah meningkatkan akurasi serta resolusi dibandingkan dengan encoder magnetik. Jadi ini dapat digunakan dimanapun medan magnet yang kuat dibuat.

2). Apa Output dari Encoder Optik?

Keluaran enkoder optik adalah pulsa elektronik yang digunakan sebagai 'jam' untuk pengambilan sampel data.

3). Apa Resolusi Encoder Optik?

Resolusi encoder optik adalah pulsa 20k untuk setiap putaran roda yang digunakan untuk perhitungan odometri.

4). Mengapa Encoder lebih baik daripada Potensiometer?

Encoder dapat berputar ke arah yang sama untuk waktu yang tidak ditentukan sedangkan potensiometer biasanya memutar satu putaran.

5). Jenis Encoder apa yang Banyak digunakan dalam Robotika?

Encoder optik digunakan dalam robotika untuk merekam pengukuran absolut atau inkremental.

Ini adalah ikhtisar optik encoder - jenis , antarmuka, kerja, dan aplikasi. Encoder optik menggunakan cahaya yang dilewatkan melalui kaca & diidentifikasi melalui penerima. Jenis pembuat enkode ini adalah komponen yang sangat akurat dan sangat diperlukan dalam berbagai sistem mekanis di banyak industri untuk memberikan informasi umpan balik yang tepat. Ini pertanyaan untuk Anda, apa itu linear encoder?