Di Jeff Smoot, CUI Devices
Esistono molti tipi di encoder. In questo articolo ci concentreremo sugli encoder rotativi per montaggio a pannello: in un primo momento, ne illustreremo funzionamento e specifiche, dopodiché passeremo ad alcune analisi sui loro aspetti principali. Gli encoder rotativi possono essere definiti come trasduttori progettati per trasformare uno spostamento rotazionale in un segnale elettrico che può essere letto dall’host. Un encoder invia impulsi quando viene ruotato di un certo numero di gradi, che possono essere letti da un dispositivo di controllo e utilizzati per determinare direzione, posizione, conteggio o velocità.
Cosa sono gli encoder per montaggio a pannello?
Gli encoder per montaggio a pannello sono degli encoder rotativi che, come suggerisce il nome, sono installati fisicamente su pannelli. Tali componenti assolvono principalmente al ruolo di interfaccia: basti pensare, ad esempio, alla manopola del volume di uno stereo. Gli encoder per montaggio a pannello offrono all’utente la possibilità di controllare vari parametri di sistema, fungendo da collegamento tra l’utente e il processore di sistema.
Tali dispositivi, benché simili ai potenziometri (altri componenti a pannello utilizzati per tradurre il movimento rotatorio in un segnale leggibile), tendono ad avere tolleranze di produzione più severe, il che porta a una maggiore precisione e coerenza. In secondo luogo, gli encoder per montaggio a pannello e i relativi output digitali sono maggiormente compatibili con gli attuali dispositivi e non richiedono alcun convertitore da analogico a digitale, riducendo così i costi e prevenendo gli errori. Per ulteriori informazioni sui potenziometri, ti consigliamo di dare un’occhiata al nostro articolo di blog Tutto ciò che devi sapere sui potenziometri.
Applicazioni degli encoder per montaggio a pannello
Gli encoder per montaggio a pannello trovano impiego nei settori più disparati, tra cui, a titolo esemplificativo, quello militare e aerospaziale, medico, dei beni di consumo e di test e misura. Per quanto riguarda i casi d’uso più specifici, alcuni esempi potrebbero essere rappresentati dai controlli della cabina di pilotaggio, dai mixer e dalle apparecchiature audio, dai laboratori elettronici e dalla strumentazione, dagli azionamenti dei motori e altro ancora.
Specifiche principali dell’encoder per montaggio a pannello
Quando si parla di encoder rotativi per montaggio a pannello, le specifiche fondamentali da considerare sono tra le più disparate. Il PPR (impulsi per giro) determina la risoluzione dell’encoder, definita come il numero di impulsi a onda quadra per ciascuna rotazione di 360 gradi dell’encoder. Inoltre, definiamo PPR come il numero di transizioni da basse ad alte per canale e per giro. Talvolta, la risoluzione di un encoder è indicata come CPR (conteggi per giro), che è semplicemente il numero di cambi di stato in quadratura per giro. CPR è uguale a PPR x 4. Per maggiori informazioni, leggi il nostro articolo sul blog intitolato Qual è la differenza tra PPR, CPR e LPR di un encoder incrementale?
Un impulso è una misura della forma d’onda da un punto identico all’altro
I denti di arresto, utili per fornire un feedback all’utente “scattando” in posizione quando l’albero viene ruotato, sono descritti come il numero di scatti per ogni rotazione di 360 gradi. Questi “fermi” impediscono la rotazione indesiderata e producono un “clic” ogni volta che l’albero viene ruotato di un certo numero di gradi.
La funzione di interruttore a pressione rappresenta semplicemente un altro segnale di ingresso utente. L’albero dell’encoder può essere premuto per azionare un interruttore SPST, usato di norma per selezionare la funzione di interesse ruotando la manopola dell’encoder.
Altre considerazioni sugli encoder
Gli encoder rotativi sfruttano le onde quadre con due canali sfalsati di 90 gradi elettrici per codificare la direzione, che può essere monitorata rilevando il canale principale.
Il rilevamento del segnale principale permette di monitorare la direzione di rotazione
Buona parte delle applicazioni comporta modifiche allo stato in quadratura per aumentare i conteggi per giro, con il risultato di incrementare la risoluzione effettiva dell’encoder. In questo caso, un ciclo consiste in una transizione da basso ad alto e viceversa su entrambi i canali.
Tabella di verità della quadratura
I microcontrollori utilizzano svariati metodi per il conteggio:
- Impulsi su un canale: 1 conteggio per impulso
- Impulsi su due canali: l’utilizzo di entrambi i canali raddoppia il numero di conteggi
- Cambi di stato in quadratura: 4 conteggi per ciclo
La maggior parte degli encoder per montaggio a pannello implica la creazione di un circuito attraverso il collegamento a un microcontrollore in grado di generare corrente, dove quest’ultimo fornisce un percorso verso V+, mentre l’encoder offre un percorso verso terra. Un altro termine comunemente usato per i sink è “collettore aperto”: ciò significa che il collettore del transistor di uscita è esterno all’unità.
Encoder meccanici e ottici
Gli encoder per montaggio a pannello sfruttano due tecnologie principali: meccanica e ottica. Gli encoder meccanici, contraddistinti da una serie di interruttori, presentano una ruota codificata con contatti distanziati in maniera uniforme lungo il bordo esterno. Allo stesso tempo, un altro contatto fisso è installato sul telaio dell’encoder. Quando gira, la ruota di codifica stabilisce e interrompe in sequenza il contatto con i contatti della ruota di codifica stessa. Di conseguenza, gli impulsi di tensione vengono prodotti dalla continua attivazione e disattivazione nel circuito.
Principio di funzionamento di un encoder meccanico
È importante tenere a mente che, poiché trattasi essenzialmente di una serie di interruttori meccanici, l’encoder meccanico richiede circuiti di programmazione e antirimbalzo per far sì che l’uscita possa essere utilizzata. In un mondo ideale, un interruttore è caratterizzato da due stati, on e off, ma sfortunatamente, nel mondo reale, gli interruttori sono soggetti a oscillazioni e rimbalzi tra i due stati, il che provoca la distorsione del segnale. Tale fenomeno di rimbalzo può essere erroneamente scambiato per una serie di impulsi aggiuntivi; in ogni caso, per evitarne la comparsa, i circuiti vengono utilizzati per equilibrare l’uscita.
Il circuito antirimbalzo aiuta a equilibrare l’uscita di un encoder meccanico
Gli encoder ottici sono composti da tre parti fondamentali: una sorgente luminosa, un rilevatore di luce e una ruota di codifica. La sorgente emette luce attraverso le fessure della ruota di codifica e il rilevatore rileva questa luce. La ruota di codifica è dotata di fessure equidistanti che consentono o bloccano in modo alternato il passaggio della luce. Il circuito interno attiva e disattiva un’uscita in base alla luce rilevata o bloccata.
Principio di funzionamento di un encoder ottico
Gli encoder meccanici sono meno costosi e permettono di gestire una gamma più ampia di tensioni; tuttavia, richiedono circuiti antirimbalzo per produrre un segnale affidabile e hanno un ciclo di vita più breve. Per contro, benché siano in genere più costosi, gli encoder ottici assicurano un ciclo di vita più lungo e offrono un segnale di uscita più pulito che non richiede circuiti antirimbalzo. Inoltre, nel caso delle applicazioni di precisione, gli encoder ottici possono garantire risoluzioni più elevate.
Conclusioni
Gli encoder per montaggio a pannello continueranno a trovare impiego in un’ampia gamma di applicazioni di interfaccia utente. La comprensione delle tecnologie di codifica disponibili, delle specifiche essenziali e delle considerazioni di carattere progettuale sarà fondamentale per una corretta selezione dei dispositivi. CUI Devices offre una gamma di encoder meccanici e ottici per montaggio a pannello adatta a praticamente qualsiasi esigenza di progettazione.