Encoder là dụng cụ xác định quãng đƣờng di chuyển cho bánh xe hay dùng để xác định vị trí góc của đĩa quay, trục động cơ hay bất kỳ thiết bị nào có cơ cấu quay và cần xác định độ dịch chuyển.
Có hai loại encoder là encoder tƣơng đối (incremental encoder) và encoder tuyệt đối (absolute encoder) nhƣ hình 3.11.
Hình 3.11: Hình đĩa quay của encoder tuyệt đối (a) và encoder tương đối (b)
Từ hình 3.11 ta thấy đƣợc Encoder tuyệt đối có cấu tạo đĩa quay phức tạp hơn encoder tƣơng đối và vì thế nó cung cấp cho ta chính xác vị trí encoder mà không cần qua xử lý, vì vậy nó có giá thành khá cao.Trong khi encoder tƣơng đối có cấu tạo đơn giản hơn cũng vì thế nó đòi hỏi thêm khâu xử lý từ tín hiệu encoder trƣớc khi xác định đƣợc vị trí quay động cơ. Với giá thành rẻ hơn và việc xử lý cũng không quá phức tạp nên encoder tƣơng đối đƣợc sử dụng rông rãi với những úng dụng đòi hỏi độ chính xác không quá cao và trong đề tài này nhóm em cũng chọn encoder tƣơng đối.
Ở đây, ta tập trung nói về incremental optical encoder là loại encoder tƣơng đối sử dụng cảm biến quang. Hệ thống optical encoder bao gồm một nguồn phát quang (thƣờng là hồng ngoại – infrared), một cảm biến quang và một đĩa có chia rãnh nhƣ hình 3.12
35 Encoder thƣờng có ba kênh (ba ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh Z (Index). Trên hình 3.12, ta thấy có hai cặp phát thu hồng ngoại. Bên ngoài đĩa quay đƣợc chia thành các rãnh nhỏ và có một cặp thu – phát dành cho các rãnh này đó chính là kênh A của encoder, cứ mỗi lần động cơ quay thì tia hồng ngoại từ nguồn phát sẽ xuyên qua các lỗ nhỏ đến cảm biến quang và cảm biến lại thu đƣợc một tín hiệu do đó khi động cơ quay đƣợc 1 vòng thì sẽ có N xung xuất hiện trên kênh A, với N là số rãnh trên đĩa và còn đƣợc gọi là độ phân giải (resolution) của encoder. Bên trong ta còn một cặp thu phát hồng ngoại khác, cặp thu phát này dành cho kênh Z, kênh Z hoạt động cũng giống nhƣ kênh A nhƣng điều đặc biệt ở đây là kênh Z chỉ có một khe tƣơng ứng khi cặp thu phát nhận đƣợc tín hiệu tức là động cơ đã quay đƣợc một vòng. Hầu nhƣ tất cả động cơ đều có kênh Z giống nhau nhƣng kênh A thì khác, có khi trên mỗi đĩa kênh A chỉ có vài rãnh nhƣng cũng có trƣờng hợp có đến hàng nghìn rãnh đƣợc chia. Để điều khiển động cơ, ta phải biết đƣợc độ phân giải của encoder đang dùng. Độ phân giải ảnh hƣởng đến độ chính xác điều khiển và cả phƣơng pháp điều khiển. Ngoài ra, trên encoder còn có một cặp thu phát khác đƣợc đặt trên cùng đƣờng tròn với kênh A nhƣng lệch một chút (lệch M+0.5 rãnh), đây là kênh B của encoder. Tín hiệu xung từ kênh B có cùng tần số với kênh A nhƣng lệch pha 900. Bằng cách phối hợp kênh A và kênh B ta có thể biết chiều quay của động cơ nhƣ hình 3.13.
Hình 3.13: Hai kênh A và B lệch pha nhau trong encoder.
Khi cảm biến A bắt đầu bị che thì cảm biến B vẫn nhận đƣợc hồng ngoại xuyên qua và ngƣợc lại. Hình 3.13 là dạng xung ngõ ra trên 2 kênh. Xét trƣờng hợp động cơ quay cùng chiều kim đồng hồ, tín hiệu di chuyển từ trái sang phải. Lúc tín hiệu kênh A chuyển từ mức cao xuống thấp (cạnh xuống) thì kênh B đang ở mức thấp.
36 Ngƣợc lại, nếu động cơ quay ngƣợc chiều kim đồng hồ, tín hiệu di chuyển từ phải qua trái. Lúc này, tại cạnh xuống của kênh A thì kênh B đang ở mức cao. Nhƣ vậy, bằng cách phối hợp hai kênh A và B, ta không những xác định đƣợc góc quay (thông số xung) mà còn biết đƣợc chiều quay của động cơ (thông qua mức của kênh B ở cạnh xuống của kênh A).
Đối với động cơ DC giảm tốc Faulhaber 12V ta có thông số encoder đi kèm là: Encoder xung loại 2 kênh với độ phân giải 12 xung/vòng.
Dây cấp nguồn 5V.
Dây GND.
Dây kênh A và dây kênh B. Hai dây này ngƣợc pha nhau 90 độ.
Khi sử dụng encoder ta phải mắc thêm điện trở để hạn dòng cho hai led hồng ngoại nhƣ hình 3.14.
Hình 3.14: Cách đấu nối encoder trên động cơ vào mạch
Để kiểm tra tốc độ động cơ quay thì dùng encoder là cách dễ sử dụng nhất trong cách tìm hiểu nguyên lí hoạt động cũng nhƣ lập trình ứng dụng cho các yêu cầu đặt ra trong đề tài.
37