التشفير البصري: العمل ، أنواعه ، التواصل وتطبيقاته

التشفير هو جهاز لاكتشاف الحركة يوفر ملاحظات داخل ملف نظام التحكم في الحلقة المغلقة . تتمثل الوظيفة الرئيسية لجهاز التشفير في تغيير الحركة الدوارة أو الحركة الخطية لجزء من الجهاز إلى إشارة كهربائية يتم توصيلها بعد ذلك إلى نظام التحكم ، باستخدام مشفر ، أو تحديد الموقع الدقيق لمكونات الجهاز ، أو سرعة الدوران أو اتجاهه والزاوية ولا. يمكن التعرف على تحولات عمود المحرك. هناك أنواع مختلفة من أجهزة التشفير المتاحة في السوق والتي يتم تصنيفها بناءً على نوع التكنولوجيا والحركة والمعلمات المختلفة وما إلى ذلك. يتم تصنيف أجهزة التشفير القائمة على الحركة إلى خطية ودوارة وزاوية. يتم تصنيف أجهزة التشفير على أساس الموضع في التشفير المطلق و ترميز تزايدي . تُصنف أجهزة التشفير التي تعتمد على تقنية الاستشعار إلى أنواع ضوئية ومغناطيسية وسعوية. يتم تصنيف أجهزة التشفير القائمة على القناة إلى قناة واحدة وتربيع. تتناول هذه المقالة نظرة عامة على أحد أنواع برامج التشفير وهي التشفير البصري - العمل وتطبيقاته.

ما هو التشفير البصري؟

جهاز كهروميكانيكي يستخدم لتغيير الموضع من الدوران أو الخطي إلى إشارة كهربائية باستخدام مصدر الضوء ، يُعرف المشفر البصري والكاشف الحساس للضوء باسم المشفر البصري. تُستخدم هذه المشفرات على نطاق واسع في أدوات الآلات المختلفة ، والمعدات المكتبية ، وكأجهزة استشعار عالية الدقة للتحكم في الموضع في الروبوتات الصناعية.

تصميم التشفير البصري

تم تصميم المشفر البصري بمصباح LED ومستشعرات للصور وقرص يعرف باسم عجلة الكود بما في ذلك الشقوق داخل الاتجاه الشعاعي ويكتشف بيانات موضع الدوران كإشارة ضوئية. بمجرد أن يتم توصيل عجلة الكود بعمود دوار مثل المحرك ، سيتم إنشاء إشارة ضوئية بناءً على ما إذا كان الضوء الناتج من عنصر دائم انبعاث للضوء يمر عبر فتحة عجلة الشفرة أم لا. يلاحظ مستشعر الصورة الإشارة الضوئية ويحولها إلى إشارة كهربائية ويخرجها.

جهاز انبعاث الضوء

في التشفير البصري ، تُستخدم مصابيح LED غير المكلفة بالأشعة تحت الحمراء على الرغم من استخدام مصابيح LED ملونة ذات أطوال موجية أقصر في بعض الأحيان لاحتواء انتشار الضوء. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام ثنائيات الليزر المكلفة عند الحاجة إلى دقة عالية وأداء عالٍ.

عدسة

ينتشر ضوء LED من خلال اتجاهية صغيرة بحيث يتم استخدام عدسة محدبة للتوازي.

عجلة الكود

تشبه عجلة الكود قرصًا يشتمل على فتحات تسمح بالضوء المنبعث من ملف الصمام الثنائي الباعث للضوء . عجلة الشفرة مصنوعة من مواد معدنية وزجاجية وراتنجية. هنا ، المواد المعدنية قوية ضد درجة الحرارة والرطوبة والاهتزاز.

مادة الراتينج ليست باهظة الثمن ولكنها مناسبة للإنتاج الضخم وتستخدم للتطبيقات المستندة إلى المستهلك. تُستخدم مادة الزجاج بشكل أساسي حيث يلزم الحد الأقصى من الدقة والدقة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم ترتيب فتحة ثابتة بالقرب من عجلة الشفرة لتوضيح مرور أو حجب الضوء من يمر عبر عجلة الكود وينتقل إلى عنصر تجميع الضوء.

مستشعر الصورة

عادةً ما يكون مستشعر الصور عبارة عن ترانزستور ضوئي / ثنائي ضوئي مصنوع من مادة شبه موصلة مثل السيليكون والجرمانيوم وفوسفيد الغاليوم الإنديوم.

كيف يعمل التشفير البصري؟

يكتشف المشفر البصري ببساطة الإشارات الضوئية التي تمر عبر الشق ويحولها إلى إشارات كهربائية. بالمقارنة مع المشفر المغناطيسي ، فإن هذا المشفر بسيط للغاية لتحسين الدقة والدقة لاستخدامه في التطبيقات التي يتم فيها إنتاج مجال مغناطيسي قوي. يسمح المشفر البصري بوحدات تحكم مختلفة لقياس أنواع مختلفة من الحركة. توفر هذه المشفرات إشارات ردود فعل دقيقة للغاية تستخدم للتحقق من موضع المحرك الفعلي أو المشغل الخطي وتسارعه وسرعته.

التشفير البصري اردوينو

هنا سوف نتعلم كيفية توصيل مشفر دوار ضوئي باستخدام اردوينو أونو . هذا جهاز ميكانيكي بعمود دوار في غلاف أسطواني. على قرص مسطح دائري ، توجد مجموعتان من الفتحات. على أي جانب من هذا القرص ، يتم توصيل المستشعرات الضوئية حيث يكون جهاز الإرسال على جانب واحد والمستقبل المرسل على جانب آخر. عندما يدور القرص المشقوق بين المستشعر ، فإنه يقطع أجهزة الاستشعار البصرية ، لذلك سيتم إنتاج الإشارة عند نهايات جهاز الاستقبال. هنا ، يتم توصيل جهاز الاستقبال بمتحكم دقيق لمعالجة الإشارة المتولدة ، وبهذه الطريقة يمكننا تحديد مقدار دوران العمود. يمكن تحديد اتجاه دوران العمود عن طريق مقارنة قطبية الإشارة لمدة 2 o / ps لأن مجموعتي الفتحات الموجودة على القرص الدائري تكونان في بعض الإزاحة.

يتم عرض واجهة التشفير البصري مع Arduino أدناه. تشتمل المكونات المطلوبة لهذه الواجهة بشكل أساسي على مشفر ضوئي ولوحة Arduino Uno وأسلاك توصيل. تتبع اتصالات هذا التفاعل على النحو التالي ؛

• سلك اللون الأحمر لجهاز التشفير هذا متصل بدبوس Arduino Uno بجهد 5 فولت.
• السلك ذو اللون الأسود الخاص بجهاز التشفير متصل بدبوس GND الخاص بـ Arduino Uno.
• يتم توصيل سلك اللون الأبيض (OUT A) لجهاز التشفير البصري بدبوس قاطع Arduino Uno مثل Pin-3.
• يتم توصيل سلك اللون الأخضر (OUT B) الخاص بجهاز التشفير هذا بدبوس قاطع آخر في Arduino Uno مثل Pin-2.

هنا يجب توصيل أسلاك الإخراج من المشفر البصري مثل أسلاك اللون الأبيض والأخضر فقط بدبوس المقاطعة بلوحة Arduino Uno ، وإلا فلن تسجل لوحة Arduino كل نبضة من هذا المشفر.

شفرة

درجة حرارة طويلة متقلبة ، عداد = 0 ؛ // سيزيد هذا المتغير أو ينقص اعتمادًا على دوران المشفر
الإعداد باطل()

{

Serial.begin (9600) ؛

pinMode (2، INPUT_PULLUP) ، // دخل سحب داخلي 2
pinMode (3 ، INPUT_PULLUP) ؛ // داخلي เป็น pullup input pin 3
// إعداد المقاطعة
// نبضة متصاعدة من الترميز المنشط ai0 (). AttachInterrupt 0 هي DigitalPin nr 2 على Arduino.
attachInterrupt (0، ai0، RISING) ؛
// B النبض المتصاعد من الترميز المنشط ai1 (). AttachInterrupt 1 هي DigitalPin nr 3 على Arduino.
attachInterrupt (1، ai1، RISING) ؛
}
حلقة فارغة() {
// أرسل قيمة العداد
إذا (عداد! = درجة الحرارة) {
Serial.println (عداد) ؛
درجة الحرارة = عداد ؛
}
}
باطل ai0 () {
// يتم تنشيط ai0 إذا كان DigitalPin nr 2 ينتقل من LOW إلى HIGH
// تحقق من الدبوس 3 لتحديد الاتجاه
إذا (قراءة رقمية (3) == منخفضة) {
عداد ++ ؛
}آخر{
عداد-؛
}
}
باطل ai1 () {
// يتم تنشيط ai0 إذا كان DigitalPin nr 3 ينتقل من LOW إلى HIGH
// تحقق من الرقم 2 لتحديد الاتجاه
إذا (قراءة رقمية (2) == منخفضة) {
عداد-؛
}آخر{
عداد ++ ؛
}
}
بمجرد تحميل الكود أعلاه في لوحة Arduino Uno ، افتح الشاشة التسلسلية وقم بتدوير عمود التشفير البصري. إذا قمت بتحويل المشفر البصري في اتجاه عقارب الساعة ، فيمكنك ملاحظة زيادة القيمة وإذا قمت بتحويل هذا المشفر في اتجاه عكس عقارب الساعة ، فسوف تنخفض القيمة. إذا كانت القيمة تظهر معكوسًا ، فهذا يعني إعطاء قيمة سالبة لحركة في اتجاه عقارب الساعة. حتى تتمكن من عكس الأسلاك البيضاء والخضراء.

أنواع التشفير البصري

تتوفر المشفرات الضوئية في نوعين من النوع الانتقالي والنوع العاكس التي تمت مناقشتها أدناه.

النوع الانتقالي

في التشفير البصري من النوع الانتقالي ، يلاحظ مستشعر الصور ما إذا كانت إشارة الضوء المنبعثة من الثنائيات الباعثة للضوء تمر أم لا عبر فتحة عجلة الشفرة. تشمل الفوائد الرئيسية لجهاز التشفير البصري من النوع الانتقالي ما يلي: إنه يحسن دقة الإشارة بسهولة ويسر التطور بسبب الممر البصري البسيط إلى حد ما.

نوع عاكس

في المشفر البصري من النوع العاكس ، يلاحظ مستشعر الصورة ما إذا كانت إشارة الضوء المنبعثة من الصمام الثنائي الباعث للضوء تنعكس أم لا من خلال عجلة الكود. تشمل مزايا التشفير البصري من النوع العاكس بشكل أساسي ؛ من السهل تصغيرها ورقيقة. حيث تم تصميمها من خلال تقنية التكديس ؛ ثم يمكن تبسيط إجراءات التجميع.

التشفير البصري مقابل التشفير المغناطيسي

يشمل الاختلاف بين المشفر البصري والمشفّر المغناطيسي ما يلي.

المميزات والعيوب

ال مزايا المشفر البصري تشمل ما يلي.

• يعمل المشفر البصري على تحسين الدقة وكذلك الدقة بسهولة عن طريق تطوير شكل الشق لأنه يحتوي على آلية لملاحظة ما إذا كان الضوء الصادر من LED يمر أم لا عبر الفتحة.
• لا يتأثر هذا المشفر بالمجال المغناطيسي القريب.
• توفر أجهزة التشفير هذه أعلى دقة.
• هذه هي أكثر مقاومة لتداخل الضوضاء الكهربائية من التيارات الدوامة.
• تحتوي أجهزة التشفير هذه على خيارات تركيب مرنة.

ال عيوب التشفير البصري تشمل ما يلي.

• العيب الرئيسي لهذا المشفر هو: أنه ليس قويًا ميكانيكيًا.
• تحتوي أجهزة التشفير هذه على قرص زجاجي رقيق يمكن أن يتلف بسبب الصدمة الشديدة أو الاهتزاز الشديد.
• تعتمد أجهزة التشفير هذه على 'خط الرؤية' ، لذا فهي عرضة بشكل أساسي للأوساخ والزيوت والغبار.
• عادةً ما يتم تصميم الأقراص الضوئية في جهاز التشفير هذا إما بالبلاستيك أو الزجاج ، لذلك هناك فرصة أكبر للتلف من درجة الحرارة الشديدة والاهتزازات والتلوث.

التطبيقات

ال تطبيقات التشفير البصري تشمل ما يلي.

• تعتبر أجهزة التشفير هذه مثالية للتطبيقات التي تحتاج إلى مستوى عالٍ من الدقة والدقة.
• يتم استخدام هذه حيث يتم إنتاج مجال مغناطيسي قوي.
• إنها قابلة للتطبيق في الأجهزة التي تستخدم محركات ذات قطر كبير.
• تساعد هذه المشفرات في اكتشاف الإشارات الضوئية التي تمر عبر الشق وتحويلها إلى إشارات كهربائية.
• تعتبر أجهزة التشفير هذه مفيدة جدًا في قياس والتحكم في الحركة الدورانية عبر مجموعة واسعة من التطبيقات مثل أجهزة قياس الطيف ، ومعدات المختبرات ، وأجهزة الطرد المركزي ، والأجهزة الطبية ، وأنظمة التصوير المقطعي المحوسب ، وما إلى ذلك.
• تُستخدم هذه المشفرات في التطبيقات المرتكزة على عزم الدوران في المناطق شديدة التقييد.
• تستخدم هذه في أجهزة الفحص القابلة للبرمجة.
• هذه تستخدم في المعدات التجارية أو الصناعية.
• تستخدم هذه في معدات الجرعات الكيميائية.

1). لماذا يتم استخدام التشفير البصري؟

تعمل المشفرات الضوئية على تحسين الدقة وكذلك الدقة بسهولة مقارنة بالمشفرة المغناطيسية. لذلك يمكن استخدامها في أي مكان يتم فيه إنشاء مجال مغناطيسي قوي.

2). ما هو خرج جهاز التشفير البصري؟

ناتج المشفر البصري هو نبضة إلكترونية تُستخدم 'كساعة' لأخذ عينات البيانات.

3). ما هو قرار التشفير البصري؟

تبلغ دقة جهاز التشفير البصري 20 كيلو نبضة لكل ثورة عجلة تُستخدم في حسابات قياس المسافات.

4). لماذا تعتبر أجهزة التشفير أفضل من أجهزة قياس الجهد؟

يمكن أن تدور أجهزة التشفير في اتجاه مماثل لفترة غير محددة بينما يقوم مقياس الجهد عادةً بتحويل دورة واحدة.

5). ما نوع التشفير المستخدم على نطاق واسع في الروبوتات؟

تُستخدم الترميزات الضوئية في الروبوتات لتسجيل القياسات المطلقة أو المتزايدة.

هذه نظرة عامة على ملف بصري التشفير - أنواع والتفاعل والعمل والتطبيقات. تستخدم أجهزة التشفير الضوئية الضوء الذي يتم تمريره عبر الزجاج ويتم التعرف عليه من خلال جهاز استقبال. تعد هذه الأنواع من أجهزة التشفير مكونات دقيقة للغاية وضرورية للغاية في مختلف الأنظمة الميكانيكية للعديد من الصناعات لتوفير معلومات دقيقة عن التغذية الراجعة. إليك سؤال لك ، ما هو المشفر الخطي؟