توجه : روتاری رزوه جهت نصب ندارد
Rotary Encoder يا شفت انکودر (Shaft encoder) يک تجهيز نوري است که یک حرکت مکانیکی (خطی و دورانی) را به سیگنال الکتریکی تبدیل کرده تا بتوان مشخصه های متفاوتی را از آن سیگنال مورد استفاده قرار داد، یا به طور ساده تر انکودرها وسیله ای هستند که حرکت دورانی یا خطی را به سیگنال دیجیتالی ۰ یا ۱ تبدیل می کنند البته نا گفته نماند که بعضی از انکودر ها خروجی آنالوگ (۰ تا ۱۰ ولت و یا ۴ تا ۲۰میلی آمپر) دارند.مهندسان ابزار دقيق و اتوماسيون از اين تجهيز که در حقيقت ترانسديوسر زاويه است در کاربردهای فرآوانی که نياز به اندازه گيری دقيق گردش شافت ميباشد نظير روبوتيک ، دستگاه های CNC ، فيدبک کنترل دور موتور و…
انکودرها تغییرات مکان(Position)و جهت (Direction) را به سیگنال های الکتریکی ترجمه می کنند.در واقع انکودر حسگری هست که به محور چرخ ،چرخدنده و یا موتور وصل می شود و می تواند میزان چرخش را اندازه گیری کند ، با اندازه گیری میزان چرخش می توان جابجایی،سرعت،شتاب یا زاویه چرخشی را تعیین کرد.
کاربرد های ماژول روتاری انکودر KY-040 سنسور چرخش:
- اندازه گیری سرعت چرخش اشیا ، زاویه ، شتاب و اندازه گیری طول
- کنترل طول برش در ماشین های برش
- ربات های مسابقات دانش آموزی
مشخصات فنی ماژول روتاری انکودر KY-040 سنسور چرخش:
- مدل : HW-040
- تغذیه : DC 5V
- دقت : 30 پالس (12 درجه)
- ابعاد : 2.5x 1.8 x3cm
- سازگار با پایه های برد بورد
ماژول روتاری انکودر HY-040 یک کنترلکننده چرخشی دیجیتال برای دریافت فرمان از کاربر است. با چرخاندن محور این ماژول در جهت ساعتگرد یا پادساعتگرد، دو سیگنال دیجیتال با اختلاف فاز تولید میشوند و میکروکنترلر میتواند جهت و تعداد مراحل چرخش را تشخیص دهد.
علاوه بر حرکت چرخشی، محور انکودر مانند یک کلید فشاری عمل میکند. کاربر میتواند با فشردن ولوم، گزینه موردنظر را انتخاب کرده یا فرمان دیگری مانند ورود به منو، تأیید مقدار، شروع، توقف یا ریست را اجرا کند.
این ترکیب باعث میشود تنها با یک قطعه بتوان عملیات افزایش، کاهش و تأیید را در رابط کاربری دستگاه پیادهسازی کرد.
توجه به نام HY-040 و KY-040
این نوع ماژول در بازار با نامهای HY-040 و KY-040 عرضه میشود. مشخصات این متن برای نسخه متداول پنجپایه دارای اتصالات CLK، DT، SW، مثبت تغذیه و GND نوشته شده است.
از آنجا که چیدمان قطعات، مقاومتهای روی برد و کیفیت انکودر ممکن است میان تولیدکنندگان متفاوت باشد، نوشتههای روی نمونه تحویلی باید پیش از اتصال بررسی شوند.
عملکرد روتاری انکودر افزایشی
انکودر HY-040 از نوع Incremental یا افزایشی است. این ماژول موقعیت مطلق محور را اعلام نمیکند؛ بلکه با چرخش محور، پالسهایی تولید میکند که مقدار و جهت تغییر موقعیت را نشان میدهند.
میکروکنترلر با شمارش پالسها میتواند یک متغیر را افزایش یا کاهش دهد. برای مثال:
- چرخش ساعتگرد: افزایش مقدار
- چرخش پادساعتگرد: کاهش مقدار
- فشردن محور: تأیید مقدار
از آنجا که انکودر افزایشی است، پس از خاموششدن دستگاه، موقعیت قبلی تنها در صورتی حفظ میشود که نرمافزار آن را در حافظهای مانند EEPROM یا Flash ذخیره کرده باشد.
تشخیص جهت چرخش با خروجیهای CLK و DT
ماژول دارای دو خروجی دیجیتال با نامهای CLK و DT است. این دو سیگنال هنگام چرخش محور با ترتیب زمانی متفاوت تغییر میکنند.
اگر سیگنال CLK زودتر از DT تغییر کند، نرمافزار یک جهت چرخش را تشخیص میدهد. اگر DT زودتر تغییر کند، جهت مخالف شناسایی خواهد شد. این روش با نام رمزگذاری Quadrature یا دو فاز شناخته میشود.
با بررسی ترتیب تغییر این دو خروجی، میتوان علاوه بر جهت، تعداد مراحل چرخش را نیز محاسبه کرد.
مجهز به کلید فشاری داخلی
محور انکودر HY-040 علاوه بر چرخش، قابلیت فشردهشدن دارد. با فشار دادن محور، کلید داخلی بهصورت لحظهای فعال میشود و وضعیت پایه SW تغییر میکند.
در مدارهای متداول، پایه SW هنگام فشردهشدن به GND متصل شده و در وضعیت LOW قرار میگیرد. برای خواندن این پایه میتوان از مقاومت Pull-up داخلی میکروکنترلر یا مدار Pull-up مناسب استفاده کرد.
کلید فشاری را میتوان برای عملکردهای زیر برنامهریزی کرد:
- ورود به منوی تنظیمات
- انتخاب گزینه
- تأیید مقدار
- تغییر حالت کاری
- شروع یا توقف
- بازنشانی شمارنده
- بیصداکردن سیستم
- روشن و خاموشکردن یک قابلیت نرمافزاری
چرخش پیوسته 360 درجه
برخلاف پتانسیومترهای معمولی، روتاری انکودر محدودیت انتهای مسیر ندارد و میتواند بهصورت پیوسته در هر دو جهت چرخانده شود.
این ویژگی برای منوهایی که تعداد گزینههای متغیر دارند یا پارامترهایی که باید بدون محدودیت مکانیکی افزایش و کاهش پیدا کنند، بسیار کاربردی است. نسخههای رایج این خانواده معمولاً دارای موقعیتهای کلیکی یا Detent هستند که هنگام چرخش با دست احساس میشوند.
تفاوت روتاری انکودر با پتانسیومتر
اگرچه ظاهر روتاری انکودر به پتانسیومتر شباهت دارد، عملکرد آنها یکسان نیست.
پتانسیومتر با چرخش محور، یک مقاومت یا ولتاژ آنالوگ متغیر ایجاد میکند؛ اما HY-040 دو سیگنال دیجیتال پالسی تولید میکند.
تفاوتهای اصلی عبارتاند از:
- روتاری انکودر خروجی دیجیتال دارد.
- پتانسیومتر معمولاً خروجی آنالوگ ایجاد میکند.
- انکودر قابلیت تشخیص جهت چرخش دارد.
- HY-040 میتواند بدون محدودیت انتهایی بچرخد.
- پتانسیومتر دارای موقعیت فیزیکی مطلق است.
- انکودر افزایشی برای حفظ مقدار به نرمافزار نیاز دارد.
- محور HY-040 دارای کلید فشاری داخلی است.
بنابراین این ماژول برای رابط کاربری دیجیتال مناسب است و نباید بهعنوان مقاومت متغیر در مسیر آنالوگ استفاده شود.
تعداد پالسها و مراحل چرخش
نسخههای رایج این ماژول معمولاً حدود 20 موقعیت کلیکی در هر دور کامل دارند. بااینحال، تعداد شمارش ثبتشده در نرمافزار به روش رمزگشایی سیگنالها بستگی دارد.
نرمافزار میتواند تنها یک لبه، دو لبه یا تمام تغییرات CLK و DT را شمارش کند. به همین دلیل ممکن است یک دور کامل در برنامههای مختلف تعداد شمارش متفاوتی ایجاد کند.
برای ثبت مقدار صحیح، نوع ماژول و روش شمارش نرمافزار باید در شرایط واقعی آزمایش شوند.
پایههای ماژول HY-040
نسخه متداول ماژول دارای پنج پایه است:
- CLK: خروجی فاز اول انکودر
- DT: خروجی فاز دوم انکودر
- SW: خروجی کلید فشاری
- + یا VCC: ورودی تغذیه
- GND: اتصال زمین
در بعضی بردها ترتیب پایهها متفاوت است؛ بنابراین نام چاپشده کنار کانکتور باید ملاک اتصال قرار گیرد. ساختار پنجپایه CLK، DT، SW، VCC و GND در ماژولهای متداول این خانواده استفاده میشود.
ولتاژ کاری ماژول
این خانواده از ماژولهای روتاری انکودر معمولاً در مدارهای منطقی 3.3 و 5 ولت استفاده میشود. ولتاژ دقیق مناسب به مدار روی برد و میکروکنترلر متصلشده بستگی دارد.
هنگام استفاده با ESP32، ESP8266، STM32 یا سایر کنترلرهای 3.3 ولتی، بهتر است ماژول با 3.3 ولت تغذیه شود یا سطح ولتاژ خروجی بررسی گردد؛ زیرا Pull-up شدن خروجیها به 5 ولت میتواند برای بعضی ورودیهای 3.3 ولتی نامناسب باشد.
پیش از اتصال باید تحمل ولتاژ پایههای میکروکنترلر بررسی شود.
اتصال به آردوینو
برای راهاندازی ماژول با آردوینو میتوان اتصالات زیر را برقرار کرد:
- پایه VCC به 5V یا ولتاژ مناسب برد
- پایه GND به GND
- پایه CLK به یکی از ورودیهای دیجیتال
- پایه DT به یک ورودی دیجیتال دیگر
- پایه SW به یک ورودی دیجیتال
برای افزایش دقت خواندن، میتوان CLK یا هر دو خروجی چرخشی را به پایههای دارای قابلیت Interrupt متصل کرد.
در برنامههای ساده امکان Polling وجود دارد، اما در پروژههایی که پردازنده وظایف متعدد انجام میدهد یا انکودر با سرعت زیاد میچرخد، استفاده از وقفه یا یک کتابخانه مناسب میتواند از ازدسترفتن پالسها جلوگیری کند.
اتصال به ESP32 و STM32
ماژول HY-040 را میتوان به ESP32، STM32، Raspberry Pi Pico و سایر کنترلرهای دارای ورودی دیجیتال متصل کرد.
در اتصال به بردهای 3.3 ولتی باید موارد زیر رعایت شوند:
- سطح HIGH خروجی از محدوده مجاز ورودی بیشتر نباشد.
- زمین ماژول و کنترلر مشترک باشد.
- پایههای مناسب برای وقفه انتخاب شوند.
- Pull-up داخلی یا خارجی براساس مدار فعال شود.
- ورودیهای رزروشده برای Boot یا Flash با احتیاط استفاده شوند.
برای اجرای دقیق در سیستمهای Real-Time، بهتر است رمزگشایی انکودر توسط تایمر سختافزاری، وقفه یا واحد اختصاصی شمارش پالس انجام شود.
نویز و پدیده Contact Bounce
انکودر مکانیکی هنگام تغییر وضعیت ممکن است در مدت کوتاهی چند بار اتصال و قطع ایجاد کند. این پدیده Contact Bounce نام دارد و میتواند باعث ثبت چند پالس بهجای یک مرحله شود.
برای جلوگیری از خطا میتوان از روشهای زیر استفاده کرد:
- تأخیر نرمافزاری کوتاه
- الگوریتم Debounce
- ماشین حالت برای رمزگشایی Quadrature
- فیلتر RC
- استفاده از ورودی اشمیت تریگر
- کتابخانههای تخصصی روتاری انکودر
- نمونهبرداری زمانبندیشده
کلید فشاری SW نیز مانند سایر کلیدهای مکانیکی به Debounce نیاز دارد.
کاربرد در منوهای دیجیتال
HY-040 برای ساخت رابط کاربری دستگاههای الکترونیکی بسیار مناسب است. کاربر میتواند با چرخاندن محور میان گزینهها حرکت کرده و با فشار دادن آن، گزینه موردنظر را انتخاب کند.
کاربردهای متداول در منو عبارتاند از:
- تنظیم ساعت و تاریخ
- انتخاب حالت کاری
- تنظیم دما
- تعیین سرعت
- واردکردن مقدار عددی
- انتخاب کانال
- تغییر پارامترهای دستگاه
- حرکت میان صفحات نمایشگر
- تأیید یا لغو عملیات
با یک روتاری انکودر میتوان رابط کاربری ساده و کمحجمی طراحی کرد که به چندین کلید مجزا نیاز ندارد.
تنظیم صدا و پارامترهای صوتی
از این ماژول میتوان برای تنظیم دیجیتال صدا استفاده کرد. در این حالت انکودر مستقیماً در مسیر صوت قرار نمیگیرد، بلکه فرمان افزایش و کاهش را به میکروکنترلر یا پردازنده صوتی ارسال میکند.
کلید فشاری نیز میتواند برای عملکردهایی مانند Mute، تغییر ورودی یا انتخاب تنظیمات اکولایزر استفاده شود.
برای کنترل واقعی دامنه سیگنال صوتی به مدارهایی مانند ولوم دیجیتال، Codec، DSP یا تقویتکننده دارای کنترل دیجیتال نیاز است.
کنترل سرعت و موقعیت تنظیمی
روتاری انکودر میتواند برای تعیین سرعت مرجع موتور، Duty Cycle، زمان، فرکانس یا سایر پارامترهای کنترلی استفاده شود.
این ماژول توانایی راهاندازی مستقیم موتور یا بار را ندارد و تنها فرمان ورودی کاربر را تولید میکند. کنترل بار باید توسط میکروکنترلر، درایور موتور، ماسفت یا مدار قدرت مناسب انجام شود.
همچنین HY-040 برای اندازهگیری دقیق موقعیت واقعی شفت موتور طراحی نشده است. برای فیدبک حرکتی باید از انکودر صنعتی یا انکودر متصل به محور موتور استفاده شود.
کاربردهای ماژول روتاری انکودر HY-040
- ساخت منوی تنظیمات
- کنترل ولوم دیجیتال
- تنظیم سرعت موتور
- تعیین Duty Cycle
- تنظیم فرکانس
- تنظیم زمان و تایمر
- ساخت شمارنده افزایشی و کاهشی
- کنترل نمایشگر LCD و OLED
- انتخاب گزینههای دستگاه
- تنظیم دما و Set Point
- پروژههای آردوینو
- کنترل تجهیزات آزمایشگاهی
- ساخت پنلهای کنترلی
- پروژههای رباتیک
- کنترل دستگاههای CNC کوچک
- ساخت رابط کاربری سیستمهای امبدد
- تجهیزات صوتی دیجیتال
- کنترل روشنایی
- پروژههای آموزشی الکترونیک
مزایای استفاده از HY-040
- تشخیص چرخش ساعتگرد و پادساعتگرد
- دارای کلید فشاری داخلی
- امکان چرخش پیوسته در هر دو جهت
- خروجی کاملاً دیجیتال
- نیاز به تعداد کم پایههای میکروکنترلر
- مناسب منوهای کاربری
- قابلیت استفاده با وقفه
- سازگار با انواع بردهای توسعه
- نصب و راهاندازی ساده
- مناسب نمونهسازی سریع
- قابل استفاده روی بردبورد
- ابعاد کوچک
- قیمت اقتصادی
- بدون نیاز به مبدل آنالوگ به دیجیتال
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.