Arduino Rotary Encoders beheersen: Een uitgebreide gids voor setup, typen en toepassingen

Arduino Rotary encoder is nuttig in CNC-machines, robotica en zelfs printers vanwege de solide bouw en fijn digitale controle.

Als je aan een Arduino rotary encoder-project werkt en hulp nodig hebt, ben je op de juiste plek.

Vandaag kijken we naar de rotary encoder, zijn configuratie, typen, werking, voorbeelden en toepassingen.

Wat is een Rotary Encoder?

Fig 1: Een Rotary Encoder

Het is een electro-mechanische positie-sensor die de hoekpositie of beweging van een as of as bepaalt.

Vervolgens converteert het de hoekpositiedata naar digitale of analoge uitgangssignalen.

Rotary Encoder Pinout

Fig 2: Rotary Encoder Pinout

• VCC - Voedingsspanning van 3,3 of 5V
• GND - Aarde
• SW - Actieve lage knop
• CLK (Uitgang A) - Uitgangspuls om de rotatie in beide richtingen te bepalen
• DT (Uitgang B) - Loopt 90 graden achter CLK en bepaalt de rotatierichting

Typen Rotary Encoder

Fig 3: Een Gray Code Absolute Rotary Encoder met 13 sporen

Bron: Wikimedia

Absoluut Encoder

Besteht uit een fotodetector, een lichtbron, een schijf en een signaalconditioner. Het behoudt positie-informatie wanneer de stroom wegvalt en hervat het wanneer deze terugkeert.

Ook is de relatie tussen de fysieke positie van de gemanipuleerde machine en de encoder-waarde ingesteld bij assemblage. Je hoeft niet terug te keren naar een kalibratiepunt om positie-nauwkeurigheid te behouden.

Inkrementele Encoder

Inkrementele encoders beginnen hun telling op nul wanneer ze worden aangedreven en rapporteren onmiddellijk positieveranderingen. Het behoudt echter niet zijn absolute positie. Je moet een monitoring-systeem naar een vast referentiepunt verplaatsen om een positie-uitlezing te starten.

Hoe werkt een Rotary Encoder？

Fig 4: Werking van een Rotary Encoder

Het heeft twee contactpinnen, A en B, en een gemeenschappelijke aardepin, C. Wanneer je de knoppen draait, maken contactpinnen A en B contact met pin C in de volgorde van rotatie, wat signalen produceert. Verder zijn de signalen 90 graden uit de fase met elkaar (kwadratuurcodering).

Wanneer je de knop met de klok mee draait, verbindt pin A eerst, gevolgd door B. Ook gebeurt het tegenovergestelde wanneer je de knop tegen de klok in draait.

We kunnen dan bijhouden wanneer de pinnen verbinden met en loskoppelen van de aarde om de rotatierichting te bepalen.

Hoe een Rotary Encoder te kiezen？

Inkrementele of Absoluut Encoder?

Kies er eentje met een betere kosten-capaciteitsverhouding of een die terugkeert naar de oorsprong of niet tijdens opstart. Kies ook een afhankelijk van ruistolerantie en topsnelheid.

Hoeveel resolutie is nodig?

Kies er eentje die overeenkomt met de vereiste precisie en de kosten van de apparatuur. Daarom moet je er eentje selecteren met een resolutie van ½ tot ¼ van de gebruikte machine's precisie.

Afmetingen

Overweeg het type rotary-as dat gebruikt moet worden met betrekking tot de montage-ruimte. Voor je informatie: de assen kunnen hol of gewoon zijn.

Toegestane asbelasting

Bij het kiezen van een encoder, overweeg hoe de montagemethoden de belasting van de as en de mechanische levensduur beïnvloeden.

Maximale toegestane snelheid

Selecteer er eentje rekening houdend met de maximale mechanische snelheid tijdens gebruik.

Maximale responsfrequentie

Selecteer er eentje gebaseerd op de maximale snelheid van de as van het apparaat wanneer samen gebruikt.

Maximale responsfrequentie = (Omwentelingen (RPM)/60) * Resolutie.

Zorg ervoor dat je er eentje selecteert wiens specificaties bepaalde marge geven ten aanzien van de maximale responsfrequentiewaarde.

Beschermingsgraad

Kies een model afhankelijk van het stof, olie en water dat in de werkomgeving aanwezig is.

• Alleen stof: IP50
• Water of olie aanwezig: IP52 (f), IP64 (f)
• Olie aanwezig: Kies olievaste

Opstartkoppel van as

In dit geval overweeg de opstartkoppel.

Uitgangsschakelingstype

Hier overweeg de signaalfrequentie, transmissieafstand, ruis en verbindingsapparaat.

Voordelen & Nadelen van Rotary Encoders

Fig 5: Stappenmotor en Tijdspulley Mechanisch Deel voor 3D-printers en CNC-machines

Voordelen

• Hoge resolutie
• Lage kosten feedback
• Hoge nauwkeurigheid en betrouwbaarheid
• Compact
• Combineert digitale en optische technologie

Nadelen

• Radio- en magnetische signalen interfereren met magnetische encoders
• Direct licht interferert met optische encoders
• Beïnvloed door olie, vuil en stof

Rotary Encoder Arduino Voorbeeld

Basissvoorbeeld

Je hebt een Arduino-bord, een LCD, een potentiometer, verbindingsdraden en een breadboard nodig. Verbind zoals hieronder getoond.

Verbind de +V-pin van de module met de 5V-pin van de Arduino en ground je opstelling. Vervolgens verbind je de CLK- en DT-pinnen met digitale pinnen 2 en 3, respectievelijk.

Een stappenmotor besturen met een Rotary Encoder

Je hebt een Arduino-bord, een stappenmotor en driverbord, een rotary encoder en een breadboard nodig.

Verbind de encoder GND met Arduino GND en de + met Arduino 5V-pin. Daarnaast verbind je DT met Arduino analoge pin 5 en CLK met Arduino analoge pin 4.

Servomotor besturen met Rotary Encoder

Rotary encoders zijn cruciaal in projecten die een nauwkeurige positie van objecten nodig hebben, zoals een robotarm.

Om te gebruiken, ground de bruine/zwarte draad van de servomotor. Verbind ook de rode draad van de servomotor met een 5V-bron. Ten slotte de oranje/gele draad naar PWM-ingeschakelde pin 9.

Conclusie

Zoals we gezien hebben, kun je een rotary encoder met Arduino gebruiken voor veel van je projecten. Ze zijn eenvoudig te gebruiken, veelzijdig en goedkoop te verkrijgen. Voor hulp bij je project, of als je grijze gebieden hebt die verduidelijking nodig hebben, neem dan contact met ons op.