Что такое энкодер в магнитоле

Содержание

Не работает регулятор громкости

Что такое энкодер в магнитоле

В практике ремонта автомагнитол бывают случаи, когда устранение неисправности решается простой чисткой.

При длительной эксплуатации автомагнитол возникают неполадки, связанные с механическими элементами прибора.

Поскольку всё управление автомагнитолой происходит через переднюю съёмную панель, то и поломке подвергаются те элементы, которые на ней установлены.

Обычно это всевозможные кнопки, реже миниатюрные лампы подсветки дисплея (у более старых автомагнитол), регуляторы громкости, многоконтактный разъём, соединяющий съёмную панель с основной частью автомагнитолы.

Вы наверняка видели, что у многих автомагнитол роль регулятора громкости выполняет не набор кнопок, а валкодер.

В официальной документации валкодер, как отдельную радиодеталь, принято называть энкодером, хотя по сути это одно и то же. Кроме этого данное чудо техники называют шаттлом.

Но слово шаттл означает уже встроенный в прибор элемент управления, а не отдельную радиодеталь.

Так выглядит энкодер

Чем удобен валкодер?

Важно понять, что валкодер является частью цифровой электроники и служит он для ввода информации посредством поворота ручки регулятора. Всё управление происходит посредством изменения угла поворота ручки валкодера. Сам валкодер внешне очень похож на обычный переменный резистор, который ранее применялся в полуцифровых и аналоговых автомагнитолах для регулировки громкости.

Но если с помощью переменного резистора выполнялась лишь одна функция – регулировка звука, то с помощью валкодера возможна регулировка громкости звука, установка параметров низких и высоких частот, навигация по меню и многое, многое другое. Естественно, такая широкая функциональность возможна лишь с применением цифровой электроники.

Энкодеры можно встретить в любой технике, где применяется цифровое управление функциями.

Всё бы хорошо, валкодер вне всяких сомнений является очень удобным, компактным и многофункциональным. Но поскольку он имеет механические части конструкции, то рано или поздно он выходит из строя.

Так, при неисправности валкодера, наиболее часто имеет место следующая неисправность у автомагнитол:

При повороте ручки валкодера звук регулируется хаотично. Показания уровня громкости на дисплее также хаотично изменяются. При этом точная установка уровня громкости очень сложна и доставляет массу неудобств.

Что делать в случае, когда неисправен энкодер?

Заменять неисправный энкодер лучше новым, но что делать, если его нет в наличии или его трудно достать? В таком случае можно починить неисправный, правда, для устранения поломки потребуется разборка энкодера.

Устройство энкодера напоминает конструкцию обычного переменного резистора. Как уже говорилось, даже по внешнему виду они очень схожи.

Внешне энкодер очень похож на обычный переменный резистор

Обычно в энкодеры, которые применяются в цифровых автомагнитолах, встраивают микрокнопку, которая служит неким аналогом кнопки ENTER (ввода или подтверждения выбора).

Эта кнопка расположена под валом регулятора (см. фото). У валкодера три вывода. Вместе с выводами от микрокнопки – 5. Также для жёсткой установки на плату предусмотрены два широких вывода от верхней планки корпуса.

Они запаиваются в плату.

Энкодер в разобранном виде

Перед тем, как приступить к разборке валкодера и его чистке необходимо выпаять его из печатной платы передней панели. На первый взгляд операция простая, но на практике процесс осложняется тем, что рядом с энкодером обычно находятся мелкие SMD элементы и есть вероятность при выпайке валкодера их повредить.

Поэтому для демонтажа энкодера с печатной платы лучше воспользоваться специальным инструментом для выпайки многовыводных деталей. Подробнее об этом читайте здесь.

Разбирать валкодер стоит аккуратно без применения излишней силы. задача – добраться до внутренних контактов и почистить их от грязи и окислов. Можно слегка отогнуть подвижные контакты, чтобы они лучше контактировали с фиксированными контактами при скольжении.

Чистку контактов лучше производить специальными средствами. Для этого можно использовать, например, спрей-очиститель DEGREASER.

Он легко наноситься на поверхность, быстро испаряется не оставляя следов, хорошо очищает от застывшей канифоли, окислов, грязи и мелкодисперсной пыли.

Спрей лучше нанести на зубную щётку в небольшом количестве и затем аккуратно почистить поверхность внутренних контактов валкодера. После этого проводим сборку валкодера и впаиваем в печатную плату.

Обычно, после проведения такой чистки валкодер работает стабильно и неисправность с хаотичной регулировкой громкости больше не проявляется.

» Секреты ремонта автомагнитол » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Энкодеры. Виды и работа. Особенности и применение

Что такое энкодер в магнитоле

Коротко энкодеры можно назвать преобразователями угловых перемещений. Они служат для модификации угла поворота объекта вращения, например, вала какого-либо механизма, в сигнал электрического тока. При этом определяется не только угол поворота вала, но и его направление вращения, а также скорость вращения и текущая позиция относительно первоначального положения.

Наиболее популярными энкодеры стали при их использовании в системах точного перемещения, на станкостроительных заводах, в производственных комплексах с применением робототехники, в измерительных устройствах, в которых необходима регистрация точных измерений наклонов, поворотов, вращений и углов.

Виды и принцип действия

Энкодеры – это датчики поворота. Простейший датчик имеет ручку, которая может поворачиваться по часовой стрелке или против нее. В зависимости от угла поворота и направления выдается цифровой сигнал, информирующий о том, в каком положении находится ручка, либо в какую сторону она была повернута.

У такого энкодера, показанного на рисунке, ручка также может применяться в качестве кнопки. Это является вспомогательной функцией конкретного вида энкодера.

По типу выдаваемых данных энкодеры делятся на две большие группы:

  1. Абсолютные.
  2. Инкрементальные.

Абсолютные энкодеры

У абсолютного энкодера весь круг поворота разделен на определенное количество секторов, чаще всего одинакового размера. Эти сектора пронумерованы. Энкодер при работе выдает номер сектора, в котором на данный момент он находится.

Поэтому он и называется абсолютным. У этого типа энкодера всегда можно определить, на какой угол относительно нулевого сектора повернут энкодер в конкретный момент, то есть, при повороте он выдает значения номеров секторов, до максимального значения.

Далее он переходит снова на ноль.

Если вал энкодера поворачивать в другую сторону, то он начнет выдавать противоположные значения. В нашем случае у него используется пять выводов для выдачи значений поворота.

У данного алгоритма имеются свои недостатки. Из таблицы 1 виден порядок выдаваемых значений n-го энкодера. Стоит обратить внимание на две последние строчки, переход от 127 на 128.

Таблица 1

Здесь меняются абсолютно все биты. В идеальном энкодере они все меняются одновременно и нет никаких проблем. Практически в реальном энкодере биты меняются быстро, однако не одновременно. И в какой-то момент на выходе энкодера оказывается совершенно произвольное значение. Так как меняются все биты, следовательно, у энкодера будет произвольное значение от нуля до всех единиц.

Справа изображен пример такого переключения. Чем это может грозить? Разберем пример. Микроконтроллер с помощью двигателя управляет валом и поворачивает его на определенный угол.

В определенный момент при переключении со 127 на 128 ячейку он получает определенное случайное значение.

Контроллер делает вывод, что вал находится совершенно в другом месте, в отличие от фактического места, и начинает его вращать в другую сторону, с другой скоростью и т.д.

Через определенное время микроконтроллер получает правильное значение, начинает пытаться остановить вал и вращать его в правильную сторону. Такой процесс может продолжаться долго, при условии, что такая ошибка будет встречаться часто. Такие ошибки являются нерегулярными, и вычислить их достаточно сложно.

Код Грея

Выше описанная проблема решается с помощью введения кода Грея. Особенностью кода Грея является то, что при переключении энкодера на единицу, значение кода Грея меняется также на единицу. Меняется только один вид. Это видно в таблице 2 в сравнении двоичного кода и кода Грея.

Таблица 2

Первые две строчки совпадают, но уже во второй строчке поменялся средний бит. Далее также меняется один бит. Также стоит отметить, что последний и первый код Грея отличается на один бит, то есть код Грея может зациклиться.

Преимуществом данного кода является то, что ошибка, которая рассмотрена выше, невозможна. Из недостатков можно отметить, что микроконтроллеру необходимо переводить код Грея в двоичный код для того, чтобы понять, в каком положении находится абсолютный энкодер.

Инкрементальные энкодеры

Следующим типом является инкрементальный энкодер, который имеет более простую структуру. Но при этом он не показывает конкретное место положения своей ручки. Он показывает только направление поворота, а число делений поворота должен считать микроконтроллер.

У инкрементального энкодера есть набор полосок, которые по умолчанию подключены к земле, и при повороте они замыкаются и размыкаются. Получается сигнал, изображенный на рисунке (похож на меандр). Таких круговых полосок у энкодера две. Полоски смещены на одну четверть, и сигналы также смещены между собой на четверть. Это важно, так как позволяет определить направление вращения.

Схему инкрементального энкодера можно представить по правому рисунку. Кнопки обозначают периодические подключения энкодера к земле.

Так как внутри энкодер не подключается к логической единице, то необходимо снаружи самостоятельно подтянуть логические единицы через резисторы к выводу энкодера.

В этом случае, когда ни одна из ножек у энкодера не подключена к земле, на ножках будет логическая единица.

Если энкодер подключил к земле какую-то ножку, то на этой ножке будет логический ноль. В спокойном состоянии у энкодера на выходе логическая единица. При начале вращения энкодера в любую сторону, то сначала один вывод подключается к земле, затем другой. Далее эти выводы по очереди отключаются от земли, и на них опять образуется логическая единица.

Определить направление поворота можно по тому, какой из выводов раньше подключился к земле. При подсчете полных циклов можно посчитать количество щелчков поворота энкодера.

Фактически у энкодера имеется четыре состояния:

  1. Две единицы.
  2. Ноль и единица.
  3. Ноль и ноль.
  4. Единица и ноль.

Три состояния, которые не равны единицам, являются неустойчивыми, и в них энкодер не может находиться.

Во многих микроконтроллерах реализована функция подсчета поворотов с помощью таймеров, у которых есть определенные входы. Таймер считает на аппаратном уровне, на сколько щелчков и в какую сторону был повернут энкодер, и выдает значение.

То есть, счетчик инкрементирует какое-либо число.

По изменению этого числа можно определить, на сколько щелчков был повернут энкодер. По количеству щелчков можно определить и угол поворота. Энкодер также имеет дребезг контактов, который усложняет анализ сигналов.

Оптические энкодеры

Подобный преобразователь выполнен в виде диска, зафиксированного на валу, и изготовленного из стекла. Оптический датчик поворота отличается от других видов дополнительным оптическим растором, перемещаемым при повороте вала. При этом он превращает момент вращения в световой поток, который далее принимается фотодатчиком.

Оптический преобразователь запоминает углы вращения. При этом каждому отдельному положению соответствует особый цифровой код, который вместе с числом оборотов образует единицу измерения датчика. Энкодер подключается и работает по аналогии с инкрементальным датчиком.

По характеру функционирования они разделяются на фотоэлектрические и магнитные. Принцип работы магнитных основан на использовании эффекта Холла, который был впервые открыт в 1879 году. При этом разность потенциалов появляется только при расположении провода постоянного тока в магнитное поле.

По точности и свойствам разрешения магнитный вид датчика уступает фотоэлектрическому, однако по конструкции он проще, менее требователен к условиям работы и пространству. Магнитный энкодер является прибором, который фиксирует прохождение магнитного полюса магнита при вращении, находящегося рядом с чувствительным элементом. Информация передатчика выражается в цифровом коде.

Фотоэлектрический энкодер является датчиком, работающим на основе фотоэлектрического принципа. Этот эффект наблюдается при воздействии светового потока на вещество. Этот принцип был открыт в 1887 году. При эксплуатации такого датчика происходит постоянное преобразование луча света в сигнал электрического тока.

Аналогами фотоэлектрического энкодера являются оптоэлектронный, оптический и оптронный. Эти датчики наиболее чувствительны к характеристикам изготовления, эксплуатации и другим факторам, по сравнению с другими моделями. Однако это оправдывается их повышенной точностью, в отличие от конкурентов.

Похожие темы:

Энкодер: что это такое, принцип работы, виды, для чего используется

Что такое энкодер в магнитоле

Наиболее важный параметр прибора – число импульсов, которые образуются в течение совершения одного оборота. Это так называемая разрядность энкодера. Иногда ее еще называют разрешением или разрешающей способностью. Как правило, параметры разрешающей способности равны 1 024 за каждый оборот.

Среди прочих важных конструктивных параметров выделяют:

  1. Рабочее напряжение на устройстве.
  2. Тип вала – он может быть как пустым, так и сплошным.
  3. Размеры вала и отверстия.
  4. Способ выхода.
  5. Габариты корпуса устройства.
  6. Метод крепления.

Разновидности энкодеров

Любой энкодер представляет собой поворотный датчик. Самая простая его конструкция оснащается ручкой, которая может осуществлять повороты в разные стороны. От того, на сколько углов было совершено вращение, а также от направления вращения и будет зависеть цифровой сигнал на выходе.

Эти устройства принято разделять по таким критериям:

  • инкрементные и абсолютные;
  • оптические, магнитные и механические.

Энкодер инкрементного типа образует импульсы, которые определяются устройством считывания информации. Это и позволяет им определять положение того или иного объекта, а также подсчитывать количество импульсов.

Когда устройство приводится в работу, настоящее положение целевого объекта еще неизвестно. Для того чтобы подключилась система отсчета, используется нулевая отметка. Через нее вал проходит после включения энкодера.

При всех своих плюсах, данная разновидность устройств имеет некоторые недостатки. Например, то, что определение пропуска импульсов от преобразовательного устройства невозможно. Порой это способствует накоплению ошибок во время определения угла поворота. Чтобы избежать этого, применяют пару каналов измерения – синусные и косинусные.

Абсолютные энкодеры имеют специальный поворотный круг, который разделен на специальные секторы, как правило, имеющие одинаковые размеры и пронумерованные.

Когда устройство включается в работу, выдается тот или иной номер сектора, где оно находится в данный момент. Отсюда и название – абсолютный энкодер.

Данная конструктивная особенность позволяет быстро определить как угол, так и положение, а также направление вращения. Данные параметры определяются относительно нулевого сектора диска.

Абсолютные угловые датчики не требуют соединения системы отсчета с нулевым значением. Для начала определения положения и иных показателей в них применяется так называемый код Грея. Именно он позволяет избегать ошибок.

Можно назвать лишь один недостаток данного типа датчика – это необходимость постоянного перевода в двоичные коды для определения положения. Оптический тип датчика конструктивно предусматривает наличие оптического растрового диска, который закрепляется на вал. Когда тот вращается, формируется световой поток, затем он воспринимается фотоприемником.

Оптические энкодеры абсолютного типа – это устройства, в которых каждая позиция вала обладает своим выходным цифровым кодом, являющимся главным показателем для устройства. Согласно ему и производятся вычисления, а также закрепление параметров передвижения диска.

Существует также магнитная разновидность энкодеров, которые регистрируют движение подвижных магнитных элементов. Затем данные переводятся в определенные сигналы, понятные системе.

Наконец, механические энкодеры. Они имеют диск, изготовленный из диэлектрика, на котором нанесены выпуклые, либо непрозрачные области. Значение абсолютного угла считывается при помощи линейки контактов и переключателей. Здесь также работает код Грея. Он позволяет устранить неоднозначные интерпретации сигналов.

В качестве минусов данных типов энкодеров можно назвать разбалтывание контактов со временем. Это будет приводить к тому, что сигнал подвергнется искажению, выдавая не всегда достоверные подсчеты. Датчики оптических и магнитных моделей лишены данного недостатка.

Кроме того, различают одно- и многооборотные энкодеры. Однооборотным является датчик, выдающий показания по абсолютному значению в рамках вращения на 360 градусов, то есть внутри одного оборота. После того, как оборот будет совершен, код начинает считываться заново. Обычно датчики таких моделей находят свое применение в антенных системах, коленчатых прессах и т.п.

Многооборотные устройства, как несложно догадаться, рассчитаны на счет кодов в течение определенного числа оборотов.

К примеру, для линейных проводов, либо для измерительных задач при помощи зубчатых измерительных штанг данный подход считается неприменимым.

Тогда выручают датчики, которые не только измеряют углы поворотов внутри одного вращения, но и регистрируют количество вращений посредством особого передаточного устройства.

Особенности настроек и подключения

Монтажом энкодеров должен заниматься только профессиональный мастер. Они монтируются обычно на том валу, с которого считывается информация. Применяются переходные муфты для компенсации различия размеров. Корпус энкодера необходимо как можно более прочно закрепить.

Если же речь идет о монтажных работах на полом валу, то требуется прибегнуть к иному методу. В этом случае вал включается внутри датчика и монтируется внутри полой втулки. При этом сам корпус считывающего устройства закреплять не следует.

Если брать самый элементарный случай подключения, то, по возможности, следует подключить выход преобразователя к входу счетного устройства, и запрограммировать его на определенные параметры скорости.

В основном, преобразователи применяются совместно с контроллерами. К преобразователю необходимо присоединить нужные выходы. После этого программой будет автоматически определено, какое положение объект занимает в данный момент времени, какова его скорость, каким ускорением он обладает.

Характеристики

Каждая разновидность энкодера имеет свои особенности и характеристики:

  • Величина импульсов, которая производится в момент одного оборота диска в процессе работы. Может варьироваться от 1 до 5 тысяч импульсов.
  • Для абсолютных энкодеров важна такая характеристика, как разрядность бит или их количество.
  • Тип вала, используемого в устройстве, может отличаться – он бывает с прямой осью или полый.
  • Учитывается разновидность используемого фланца на валу под шпонку.
  • Сигнал при выходе может отличаться.
  • Уровень напряжения питания.
  • Используемый тип разъема и длина кабеля.

В зависимости от сложности устройства и возможности выдерживать различные нагрузки, отличается и сфера применения. Простые датчики имеют минимальное оснащение и используются в несложных механизмах. Высокоточные устройства с высокой производительностью, защитой от температурного воздействия или взрывов применяются в промышленности и сложных технических устройствах.

Где может быть использовано устройство

Существует немало сфер и областей, в которых энкодеры нашли широкое применение. Достаточно рассмотреть наглядные примеры использования этих устройств, чтобы убедиться в их популярности:

  • В механизмах, работающих для нужд печатной промышленности, эти датчики контролируют вращение валов, по которым проходит бумага и краска.
  • На предприятиях, где ведется металлообработка, они задействованы при вращении валов с металлическими лентами.
  • При конструировании различных моделей и устройств в области робототехники помогают контролировать движение различных частей робота.
  • В автомобилестроении с помощью датчиков определяется угол поворота колеса.
  • Городское хозяйство нельзя представить без лифтов – для их работы также требуются энкодеры.
  • В пищевой и химической промышленности необходимо постоянно фасовать продукцию в больших объемах. Этим занимаются автоматизированные устройства, в которых установлены энкодеры.
  • Даже в домашних условиях можно легко найти предмет, в котором есть энкодер – это компьютерная мышь, которая есть практически в каждой квартире.
  • В различных электротехнических устройствах, например, сервомоторах, требующих высокой точности, также установлены датчики.

В зависимости от сферы использования и особенностей устройства, энкодеры могут решать различные задачи. Они измеряют угловые положения, помогают определить позиционирование объектов, детектируют положение в пространстве, могут проводить определение позиций с высокой точностью, а также измерять вращательные движения.

Энкодер что, зачем, почему?

Что такое энкодер в магнитоле

Энкодер что это? Какие энкодеры бывают. Принцип работы механического энкодера на примере компьютерной мыши.

И очень важно(!) распайка энкодера мыши.

Что такое энкодер?

Энкодер (датчик угла поворота – ДУП, преобразователь угловых перемещений) – электронное устройство, преобразующее механическое движение – поворота объекта, в электрические сигналы.

По отношению сигналов к событиям (повороту вала)

  • Инкрементальные (пошаговые, накапливающие)
  • Абсолютные (позиционные)

Инкрементальные (пошаговые, накапливающие) – англ. increment – увеличение.

Выдают значение в момент совершения события – поворота вала.

Можно узнать скорость, направление вращения, но нет нулевой отметки, а значит становится неизвестно количество оборотов (нужны дополнительные приспособления, например концевой выключатель)

Инкрементальные энкодеры на выходе генерируют 2 линии (A и B) с импульсами смещенными относительно друг друга.

  • Смещения импульсов относительно друг друга -направлении вращения.
  • Количеству импульсов — об угле поворота (скорости)

Важная характеристика: дискретность – количество шагов, положений между импульсами, на один оборот вала.

Абсолютные (позиционные) – выдают значения о точном расположение вала в независимости было перемещение или нет. Можно узнать скорость, направление вращения, и количество оборотов (есть нулевая отметка)

По наличиюотсутствию контактной группы

  • Контактные (резисторные, механические)
  • Бесконтактные (оптические, магнитные)

По принципу действия

  • Механические (контактные)
  • Резисторные (потенциометры)
  • Магнитные (на эффекте Холла)
  • Оптические.
  • Индуктивные
  • Ёмкостные

Самые распространенные это:

  • Механические (контактные)
  • Резисторные (потенциометры)
  • Магнитные (на эффекте Холла)
  • Оптические

Для начала разберем механические энкодеры

Механические (контактные)

Довольно распространены и чаще всего применяются в мышках, в колесе прокрутки.

Энкодер – это колесо прокрутки мыши

Вот как он выглядит в своей естественной среде обитания

Механический энкодер мыши

Характеристика:

  • Плюс – дешевый
  • Минус – механический, а это значит постепенное разрушение и сначала дребезг контактов, а затем отказ и поломка всего изделия.

Принцип их действие прост замыкание пары контактов в нужное время и в нужном месте.

Принцип работы

Более подробно, да что лукавить-то, очень подробно разберем как работает механический энкодер мыши.

Энкодер на своем выходе выдает два сигнала выходы (каналы) A и B, но давайте более подробно все это рассмотрим.

Всего три ножки

  • Земля, GND, (-)
  • Выход (канал) A
  • Выход (канал) B

Вот энкодер на плате

Энкодер мыши, распиновка

В интернете я много находил других распаек, когда средняя ножка это GND, но у меня именно так как выше.

И вот, к примеру куда идут эти каналы у мышки Stigma399М, производство Оклик (статья: “Дешевая игровая мышка из Ленты разобрал и посмотрел, что там внутри”) на микросхеме МХ8733B

Микросхема МХ8733B

Вот схема мышки

Мышка Stigma 399М, производство Оклик – схема электрическая принципиальная.

Имеется защитный экран и название YUSYA 11

YUSYA – наверное это производитель не смог ничего найти, а вот число это расстояние.

Что такое 11

Цифра 11 это высота от центра отверстия до платы, бывают еще 6мм, 9мм, 11мм, 13мм и возможно другие.

Давайте полностью разберем энкодер и рассмотри как он работает, а то в интернете куча разборок и смазывания энкодера, но объяснения принципа работы применительно именно к мышиному энкодеру нет совсем.

Выпаяли

Энкодер как отдельная детальЭнкодер как отдельная деталь

Раздели энкодер сняв защитный экран

И вот разобрали на отдельные детали

Отдельные детали энкодера

И еще раз распайка самого энкодера

Распайка энкодера

А вот распайка внутри энкодера

Распайка внутри энкодера

Эти площадки замыкает диск с тремя парными контактами.

И еще фото, может так будет понятнее

Как видим на диске просто подпружиненные контакты соединенные вместе.

Ну теперь строение энкодера понятно, но осталось разобрать самое сложное логику работы.

Принцип работы энкодера

Итак, постоянно какой то из контактов (не важно какой) присутствует на большой площадке земли (GND) в это время два других контакта находятся в зонах A и В.

Схематично это будет выглядеть так

Принцип работы энкодера

Или вот так, ближе к реальности

Принцип работы энкодера

При повороте замыкая площадки зон А и B на землю формируя вот такой зубчатый сигнал: ноль, один, ноль, один и так далее раздельно по каналам A и B, но это пока не важно.

Сигнал поступающий с энкодера

Таким образом можно вычислить скорость, она будет пропорционально частоте чередования 1 и 0 (есть сигнал, нет сигнала)

Но направление таким образом вычислить будет нельзя и вот для этого и служат два канала A и B.

Контакты и замыкающая пластина устроены таким образом, что при повороте в одну сторону первыми замыкаются контакты группы А и только затем контакты группы B и наоборот при повороте в другую сторону, первыми замыкаются контакты группы B, а затем контакты группы A. Таким образом формируется смещение одного канала относительно другого.

Инвертирован канал А, канал В без изменений.

Или вот так, что то же самое что выше.

Инвертирован канал В, канал А без изменений.

Этот принцип работы энкодера будет общий для всех и не важно какие физические основы лежат в детекции перемещения вала, оптика это или магнитизм.

Ну на сегодня наверное хватит, в будущем мы рассмотрим оптический и обязательно магнитный на основе датчика Холла энкодеры и поэтому как всегда.

Продолжение следует…

Подписывайтесь на наш канал TehnoZet-2

Энкодеры (Encoders): особенности и применение

Что такое энкодер в магнитоле

19:05, 09 октября 2020    1035

Энкодер (заимствованное зарубежное слово encoder), означает преобразователь. Сегодня это название объединяет целый класс изделий, получивших широкое распространение в автоматизации промышленных процессов. В качестве устройства контроля положения выделяют две основные группы по назначению: угловые (rotary, angular) и линейные (linear encoder).

В отечественной технической и конструкторской литературе чаще встречаются следующие названия: датчик обратной связи (ДОС), преобразователь угловых / линейных перемещений, датчик угла поворота (ДУП), датчик положения, шифратор, кодировщик. Также популярны названия на английском: transducer, sensor.

В немецкой документации: drehgeber (если угловой), line geber (если линейный).

Объединив все эти понятия, можно сказать, что энкодером называют устройство, которое преобразовывает механическое перемещение (линейное движение или вращение) посредством изменения физических величин (проходящий свет, магнитное или индуктивное поле) в последовательность сигналов. Формируемый на выходе электрический сигнал может быть аналоговым или цифровым. Он несет в систему управления верхнего уровня информацию о величине, направлении, скорости, перемещения, положении объекта.

Принцип работы энкодера

Как обеспечивается работа устройства лучше всего видно, если заглянуть «внутрь». Рассмотрим типовую и самую распространенную схему построения преобразователя – оптоэлектронную с подшипниковым узлом. На рисунке ниже представлен оптический многооборотный абсолютный датчик с цельным валом.

https://www.youtube.com/watch?v=hCKQMNcdsiAu0026t=144s

Здесь видны практически все основные узлы современного изделия:

  1. – вал энкодера
  2. – фланец (на данном рисунке представлен зажимной тип)
  3. – фотоприемник инфракрасного (ИК) света
  4. – оптический диск с растрами (метками, если инкрементный) или кодовыми дорожками (если абсолютный)
  5. – ИК осветитель (LED) с линзой на плате
  6. – механический редуктор с зубчатыми колесами (многооборотный модуль)
  7. – плата обработки сигнала с выходными формирователями и конверторами интерфейса.

Элементы 1, 2, 4 формируют оптико-механический подшипниковый узел. Оптический диск (лимб) 4 может быть стеклянным, металлическим, пластиковым. В зависимости от производителя бывают конструкции, где элементы 3 и 5 поменяны местами. Механический редуктор 6 встречается только у многооборотных абсолютных преобразователей.

На рисунке выше показана работа энкодера:

  1. ИК свет от источника 5 проходит через кодовый диск 4, и попадает на приемник (фото матрицу) 3
  2. Фотоприёмник имеет нанесенную на чувствительном элементе или расположенную над ним маску (индикаторную пластину), которая также имеет «окошки», как на вращающемся диске
  3. Из-за поочередного перекрытия и открытия окошек маски в процессе вращения вала датчика, проходящий свет имеет аналоговую структуру. Нет света -> нарастает -> максимум света -> убывает -> нет света
  4. Это регистрирует фото сенсор
  5. Далее аналоговый сигнал с приемника преобразуется платой обработки 7 в необходимые для дальнейшей передачи информации импульсы.

Виды энкодера

Основные типы, которые на слуху у всех специалистов, занимающихся автоматизацией:

  • абсолютные (absolute) – всегда знают свое положение
  • инкрементные (incremental) – относительные, считают только при включенном питании и вращении.

С развитием технологии, абсолютные энкодеры занимают все более прочные позиции на рынке. Если раньше соотношение было 70 на 30 и даже 80 на 20 % в пользу икнрементальных, то теперь их позиции равны. А в некоторых отраслях абсолютные преобладают.

Отдельно здесь можно выделить многооборотные энкодеры. Которые не только «запоминают» позицию внутри оборота, но и знают на каком обороте находятся. Количество оборотов зависит от используемого многооборотного модуля.

У редукторного механического модуля количество регистрируемых оборотов как правило ограничено 12 (4096) или 14 битами (16384). У модуля со встроенной в энкодер батарейкой – до 18 (262144) и более бит.

Многооборотный модуль, построенный на сенсорах Виганда, считает до 31 (2147483648) бит оборотов.

По конструкции выделяют угловые преобразователи следующих типов:

  • С полым валом (hollow shaft):
    • Сквозным (thru hollow)
    • Глухим (тупиковым)(blind hollow).
  • С цельным валом (solid shaft) с:
    • Cинхро фланцем (synchro flange)
    • Зажимным (clamping)
    • Квадратным (square)
    • Пилотным (pilot).

Самое полное портфолио энкодеров на рынке вы найдете на сайте f-enco.ru

Применение энкодера

Области применений сегодня настолько обширны, что преобразователь перемещений можно встретить в принтере, метро, самолете, трамвае, строительном кране, лифте, даже на продвинутом дачном участке в качестве датчика открывания ворот. Ниже представлен далеко не полный список применений, где датчики обратной связи получили наибольшее распространение:

  1. Автоматизация производств
    • Упаковка
    • Текстильное производство
    • Производство продуктов питания и напитков
    • Промышленные роботы
  2. Медицинская техника
  3. Строительная и карьерная техника
    • Передвижные буровые станции
    • Карьерные самосвалы
    • Передвижные краны
  4. Промышленные задвижки и регулирование уровня воды
    • Радиальные и барабанные ворота
    • Вертикальные шлюзы
    • Автоматические трубопроводные задвижки
  5. Лифты
    • Пассажирские
    • Грузовые
    • Специализированные подъемники
  6. Хранение и перемещение грузов
    • Автоматизированные склады
    • Автопогрузчики
    • Портовые краны
    • Багажные ленты
    • Ножничные подъемники
  7. Альтернативная энергетика
    • Ветряные генераторы
    • Солнечные батареи
  8. Станкостроение и модернизация станков
    • Универсальные станки
    • Станки с ЧПУ
    • Сервомоторы

Популярные категории:

Изучаем что такое энкодеры

Что такое энкодер в магнитоле

Энкодер — это специальный датчик для измерения характеристик вращения каких-либо объектов. Другое название приборов — датчики угла поворота.

Эти устройства фиксируют параметры вращения и преобразуют их в последовательность электрических сигналов. Характеристики этих сигналов определяются значением угла поворота.

Где применяют энкодеры

На вопрос, что это за устройство такое — энкодер, можно ответить перечислением того, где используют данные приборы. Сферы применения угловых датчиков зависят от их сложности и способности выдерживать нагрузки.

Датчики поворота используют наиболее часто на станкостроительных заводах, в системах точного перемещения, робототехнических комплексах, в измерительных устройствах, где требуется точная фиксация поворотов, наклонов, вращений.

В промышленности и сложных механизмах, используют высокопроизводительные энкодеры, устойчивые к тепловому воздействию и взрывам.

Другие области и механизмы, в которых применяют эти датчики:

  • в печатной промышленности: устройства устанавливают на валах, по которым движется бумага;
  • в автомобилестроении: с их помощью определяют угол поворота колес (иногда взаимодействуют с движками);
  • на металлообрабатывающих предприятиях для контроля вращения валов с металлическими лентами;
  • в химической и пищевой промышленности: на оборудовании автоматизированной фасовки;
  • в электротехнике.

Пример использования прибора есть почти в каждом современном доме. Это обычная компьютерная мышь, в которой также установлен такой датчик.

Общие плюсы и минусы

Прежде, чем рассмотреть разные типы энкодеров, стоит сказать об общих преимуществах и недостатках этих датчиков.

Преимущества:

  1. Доступная цена.
  2. Простой монтаж и использование.
  3. Высокая точность измерений.
  4. Универсальность — возможность применения на широком спектре приборов и оборудования.
  5. Возможность определить направление вращения объекта.

Недостатки:

  1. Возможные ошибки в измерениях, если выбран прибор неправильного типа или нарушена технология установки.
  2. Схема подключения зависит от типа и сферы применения.
  3. В некоторых видах энкодеров нужно постоянно преобразовывать код Грея.
  4. Ограниченная разрешающая способность. Чтобы повысить точность измерений, нужно добавлять дополнительные каналы.

Типы приборов

Устройства бывают нескольких типов. Типы энкодеров: инкрементальные и абсолютные, оптические и механические. Далее будет рассмотрено, что такое энкодер инкрементального типа, а затем обозрены другие типы.

Инкрементальные энкодеры

Они распространены больше всего. В инкрементальном варианте вращательное движение вала преобразовывается в электрические импульсы. Его конструкция состоит из диска с прорезями и оптических датчиков.

Конструкция датчиков поворота данного типа, не позволяет им сообщать свое абсолютное состояние, а только величину изменения положения. Простой образец инкрементального устройства — шайба регулировки громкости автомобильной магнитолы.

Этот вид работает следующим образом. У него есть начальная нуль-метка, или выход Z, и два дополнительных выхода — A и B. Датчик создает две линии сигналов со смещенными на четверть фазы импульсами относительно друг друга. Разница импульсов указывает на направление вращения, а их количество — на угол поворота.

Разновидность инкрементальных энкодеров — сдвоенные, или квадратурные. Они состоят из двух датчиков, которые срабатывают со смещением в полшага. Квадратурные считают количество импульсов и учитывают направление.

У инкрементальных два главных минуса. Во-первых, нужно постоянно обрабатывать и анализировать сигнал, для чего используют контроллер и специальную программу. Во-вторых, они требуют синхронизации с нулевой меткой после включения. Для этого требуется инициализация для поиска выхода Z.

Абсолютные энкодеры

Датчики такого типа устроены более сложно. Но они позволяют определить величину угла поворота сразу после включения, не требуя синхронизации с нулевой меткой.

В основе конструкции поворотный круг, разделенный на одинаковые по размеру пронумерованные секторы. После включения устройства определяется номер сектора, на котором оно находится. Такое решение позволяет сразу зафиксировать положение, угол и направление вращения.

Принцип работы абсолютного энкодера основан на использовании кода Грея для определения текущего положения и других параметров. В них не требуется синхронизация с нулевым значением.

Единственный существенный недостаток этого типа угловых датчиков — необходимость все время переводить код Грея в двоичный код для регистрации положения датчика.

Многооборотные датчики поворота

Абсолютные энкодеры могут быть однооборотными и многооборотными.

Однооборотные показывают абсолютное значение после одного оборота. После этого код возвращается к начальному значению. Такие датчики используют в основном для измерения угла поворота.

Если нужно измерять обороты в системах с линейным перемещением, используют многооборотные энкодеры. В них есть дополнительный передаточный механизм, благодаря чему они регистрируют, помимо угла поворота, количество оборотов.

Оптические энкодеры

Диск оптического энкодера изготавливают из стекла. Отличие этого типа угловых датчиков, в наличии оптического растора, перемещающегося при вращении вала. При этом он создает поток света, который регистрирует фотодатчик.

Каждому положению энкодера соответствует определенный цифровой код, который вместе с количеством оборотов составляет единицу измерения устройства.

Оптические угловые датчики бывают фотоэлектрическими и магнитными.

В основе работающих датчиков лежит магнитный эффект Холла. Их точность и разрешение ниже, однако, и конструкция проще. Они лучше переносят сложные условия работы и занимают меньше места.

Фотоэлектрические датчики основаны на том же принципе. В них свет преобразуется в электрические сигналы.

Механические энкодеры

Также называются аналоговыми. Их диск изготавливают из диэлектрика и наносят на него выпуклые или непрозрачные области. Набор контактов и переключателей, позволяет вычислить значение абсолютного угла. Механические энкодеры также используют код Грея.

Один из недостатков этих энкодеров в том, что со временем контакты разбалтываются. В результате сигнал искажается, и прибор выдает неточные значения. А это сказывается на общей работоспособности. Оптические и магнитные энкодеры не имеют такого недостатка.

Монтаж и подключение датчиков поворота

Как правило, энкодеры устанавливают на валах, с которых нужно считывать информацию. Чтобы компенсировать различия в размерах, используют переходные муфты. Важно прочно закрепить корпус датчика при монтаже.

Чаще всего угловые энкодеры работают вместе с контроллерами. Преобразователь подключают к нужным выходам. Затем программа определяет положение объекта в текущий момент, его скорость и ускорение.

Варианты подключения

В самом простом варианте, энкодер подключают к счетчику, запрограммированному измерять скорость.

Однако чаще работа энкодера осуществляется вместе с контроллером. Примером служат датчики поворота на валах двигателей, совмещающих какие-либо детали между собой. С помощью вычислений на основе поступающих данных, система отслеживает зазор между деталями. Когда достигнуто некоторое минимальное значение, совмещение деталей останавливается, чтобы их не повредить.

Другой случай — подключение энкодеров на двигателях с частотными преобразователями, где они служат элементами обратной связи. Здесь принцип того, как подключить устройство, еще проще. Датчик угла поворота подключается к ним с помощью платы сопряжения. Это позволяет точно поддерживать скорость и момент двигателя.

При использовании самодельного энкодера, сделанного своими руками, способ подключения может быть другим. Желательно проверить оба перечисленных варианта, доведя устройство до исправной работы.

После подключения желательно проверить все мультиметром.

по теме

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.