Enkodery to niepozorne urządzenia, które mimo to spotykamy każdego dnia. Działają w niezliczonej ilości urządzeń wykorzystywanych w różnych sektorach przemysłu, transporcie, robotyce, logistyce i wielu innych branżach. Czym jest ten sprzęt i jak działa? W jaki sposób można samodzielnie wykorzystać enkodery? Na te i inne pytania odpowiadamy poniżej.
Enkoder – co to takiego?
Chociaż pojęcia „enkoderów” i „enkodowania” nie pojawiają się w codziennym życiu zbyt często, to warto poznać ich znaczenie. Dlaczego? Chociażby po to, by zaznajomić się z tymi szeroko rozpowszechnionymi w codziennym życiu urządzeniami, nawet jeśli zwykle pozostają niezauważone. Encoding można rozumieć jako transformację jednego formatu danych w inny, dzięki czemu różne urządzenia są w stanie przyjąć i przetworzyć takie dane. W praktyce więc enkodery kodują otrzymane dane lub sygnały wejściowe w taki sposób, by dany sprzęt był w stanie je zrozumieć i z nich korzystać.
Chociaż istnieje wiele rodzajów enkoderów, to najczęściej przekazują one informacje o ruchu dokonywanym w podłączonych do nich elementach mechanicznych. Ruch ten jest niejako „tłumaczony” na sygnał elektryczny, który z kolei trafia zwykle do odpowiedniego systemu sterowania. W zależności od modelu enkoderów możliwe jest odczytanie i przekazanie do wykorzystania informacji o położeniu, szybkości czy liczbie obrotów danego urządzenia, w którym ten enkoder jest zainstalowany. W ten sposób maszyny „wiedzą” o swoim położeniu w przestrzeni i innych zależnościach fizycznych, na tej zaś podstawie mogą wydać polecenie działania adekwatne do sytuacji i tym samym wykonywać złożone zadania.
Przykładem, który dobrze obrazuje działanie enkoderów jest winda. To właśnie dzięki enkoderom jest ona w stanie precyzyjnie zatrzymywać się na danej wysokości, co umożliwia bezpieczne wchodzenie i wychodzenie. Enkodery odczytując położenie windy w przestrzeni nadają odpowiedni sygnał do sterownika, który z kolei wysyła polecenie zatrzymania się. Bez enkoderów winda zatrzymywałaby się zbyt wcześnie lub zbyt późno.
Rodzaje enkoderów i ich zastosowania
Istnieje wiele rodzajów enkoderów, które sprawdzają się przy różnorodnych zadaniach. Linii podziału jest przynajmniej kilka, lecz przyjrzyjmy się tym najczęściej spotykanym:
- enkodery inkrementalne – ten rodzaj enkodera tworzy cyfrowy sygnał wyjściowy na podstawie obrotu wału urządzenia o określone kąty lub przemieszczenia się o konkretne jednostki przemieszczenia. Liczy się więc samo przesunięcie mierzone przez enkoder, nie zaś położenie wału w konkretnym miejscu. Podczas jednego obrotu enkoder inkrementalny może przesłać konkretną liczbę impulsów – wartość ta zwana jest rozdzielczością enkodera. W tej kategorii można także podzielić enkodery ze względu na stosowany mechanizm odczytu:
- enkodery magnetyczne – wykorzystują sensor magnetyczny i magnes położony na ruchomym elemencie,
- enkodery optyczne – wykorzystują światło i fotodetektory do pomiaru ruchu;
- enkodery absolutne – stanowią w pewien sposób przeciwieństwo enkoderów inkrementalnych i to nawet mimo łudząco podobnej budowy. W ich przypadku można mówić o kodowaniu każdego położenia wału oddzielnie – z przypisaniem mu konkretnej wartości. Powstały kod analogowy jest unikalny dla każdego z położeń wału i można go zapisać np. w formie binarnej. Ten typ enkodera może zachować informację o swoim położeniu nawet po odłączeniu zasilania.
Niezależny od powyższego podział uwzględnia formę ruchu stosowaną w danym enkoderze:
- enkodery liniowe – składają się z podłużnej listwy, na której ruch głowicy jest mierzony w konkretnych jednostkach;
- enkodery obrotowe (rotacyjne) – ruch mierzy obroty wału znajdującego się w obrębie urządzenia.
Jak wykorzystuje się dane rodzaje enkoderów? Wszystko zależy od rodzaju urządzenia i zadań, jakie będziemy chcieli przed nim postawić. Ważnym aspektem jest wspomniana wcześniej rozdzielczość, czyli liczba sygnałów możliwych do przesłania podczas jednego cyklu pracy urządzenia. Przy zaawansowanych projektach obejmujących robotykę wartość ta powinna być jak najwyższa. Nieco lepszą rozdzielczość osiągają przy tym enkodery inkrementalne w porównaniu z absolutnymi oraz optyczne względem magnetycznych.
W tych dwóch ostatnich przypadkach dochodzi także kwestia zastosowań w określonych warunkach. Warianty magnetyczne znacznie lepiej od optycznych radzą sobie z zanieczyszczeniami obecnymi w niektórych środowiskach pracy. Warto mieć to na uwadze, wybierając enkodery do tworzenia samodzielnych projektów.
Do czego można wykorzystać enkodery?
Choć wydawać by się mogło, że enkodery są stosowane jedynie przez specjalistów danej branży, to również hobbyści mogą wykorzystać ich potencjał. Przede wszystkim pasjonaci elektroniki tworzący projekty z użyciem popularnych platform Raspberry Pi oraz Arduino, mogą wykorzystywać enkodery przy wyjątkowo złożonych projektach z zakresu robotyki i automatyki. Efektem ich pracy będą więc np. działające w efektowny sposób roboty lub zdalnie sterowane pojazdy. Ale również i wiele, wiele innych przedmiotów.
