Gli encoder ottici o magnetici, sono utilizzati in applicazioni elettromeccaniche che necessitano di un controllo preciso della velocità e posizione di un albero ruotante o degli spostamenti e velocità lungo un asse lineare, anche in caso di movimenti lenti.
Esistono due tipi di encoder: Incrementale e Assoluto.
L’ encoder Incrementale, è detto anche Encoder Relativo o Encoder a Quadratura.
L’encoder genera sulle uscite A e B, un onda quadra con un duty Cycle del 50%; fase A e fase B, sfalzate di 90 °.
Encoder a Quadratura perchè ci sono quattro possibili stati logici (fasi) in uscita dall’encoder.
Relativo perché non indica direttamente l’angolo, per conoscerlo è necessario fissare un punto di riferimento che imposta il punto zero; l’angolo è funzione dello spostamento dal punto zero.
I dati in uscita dall’encoder sono codificati con il codice Gray a 2 bit, (sequenza di quadratini bianchi e neri).
La caratteristica tecnica, “step per revolution” (passi per giro), è indicato dal costruttore definisce la risoluzione dell’encoder; è Il numero di volte che il segnale passa dal livello logico alto a quello basso, ad ogni giro dell’albero, questo valore può cambiare da 16 a 1000.
Maggiore è il numero di passi, maggiore sarà la risoluzione e il costo.
Ruotando il perno, i due segnali passano alternativamente dal livello logico 0 a 1.
Controllando continuamente questa variazione di stato logico, possiamo sapere se l’encoder è fermo o si muove.
Per conoscere la velocità di rotazione è necessario contare quanti passi sono generati nell’unità di tempo.
senso di rotazione
senso orario
senso antiorario
Per conoscere se l’encoder gira in senso orario o antiorario, si confrontano le due fasi A e B.
Rotazione in senso orario (incrementa):
Sul fronte di discesa della fase A (quando il segnale logico passa da 1 a 0) , corrisponde un segnale logico 1 della fase B.
Rotazione in senso antiorario (decrementa):
Sul fronte di discesa della fase A, corrisponde un segnale logico 0 della fase B.
Fasi dell’encoder a Quadratura
Ci sono circuiti elettronici, che forniscono il senso e la frequenza di rotazione, inoltre permettono di raddoppiare o quadruplicare il numero di impulsi per “step”, aumentando la risoluzione permettendo di rilevare anche piccole variazioni di movimento.
Tra questi i circuiti integrati HLC2705 (Honeywell), LS7184, LS 7813,LS 7814,…
È sufficiente collegare i canali A e B in uscita dall’encoder, per avere in uscita il segnale di clock (Tach output) e il segnale di direzione (High: senso orario, Low: senso antiorario).
Esempio di Encoder incrementale
La risoluzione è determinata dalla tecnica costruttiva che prevede l’utilizzo di un trasmettitore (led), accoppiato a un ricevitore (foto transistor).
In questa immagine è visibile l’interno di un mouse PS2, le due ruote con tacche che passano tra i foto accoppiatori, acquisiscono i movimenti dell’asse X e Y; una pallina di gomma, posta al centro tra i due perni neri muovono le due ruote.
Encoder assoluto
L’encoder assoluto, utilizza un codice Gray con un maggior numero bit.
La risoluzione dipende dal numero di settori presenti sul disco.
L’alternanza di settori opachi o trasparenti in ogni circonferenza rappresenta un bit; 12 circonferenze corrisponderà a una codifica Gray con una risoluzione di 12 bit
L’encoder assoluto non ha i difetti riscontrabili negli encoder incrementali, non perde mai il proprio punto di riferimento, anche con un alta velocità di rotazione, conosce sempre, la posizione in cui si trova, sia che si tratti dello spostamento lungo un asse o attorno al un perno anche spegnendo e riaccendendo il sistema.
Riccardo Monti