Энкодеры - датчики угла поворота, их сигналы и подключение

Об энкодерах

Накапливающие угловые датчики поворота(инкрементальные энкодеры) генерируют сигнал на выходе каждый раз, когда вал, на который они установлены, поворачивается на определенный угол. Число сигналов(импульсов) за оборот определяет разрешение энкодера. Инкрементные энкодеры не сообщают абсолютный угол поворота вала, что позволяет делать их намного проще и дешевле абсолютных энкодеров.
Помимо слежения за позицией, инкрементальные энкодеры часто применяются для определения угловой скорости вращения.

Basic Principle Incremental Encoder

Инкрементные датчики угла поворота выдают последовательную серию импульсов по 1 линии передачи. Один датчик должен соединяться с одним приемником. Энкодер, как правило, имеет минимум 2 канала передачи, называемых "А" и "В". Эти 2 сигнала сдвинуты на четверть фазы, для того, чтобы их фронты, появляющиеся со сдвигом по фазе, давали возможность определить направления вращения вала - при вращении по часовой стрелке восходящий фронт сигнала А появляется перед фронтом В, при вращении против часовой - наоборот. Также некоторые датчики выдают сигнал Z - его фронт появляется всегда в одном и том же месте, и используется как высокоточная базовая точка.

Также некоторые энкодеры имеют дополнительные дифференциальные сигналы(часто называемые "/А","/В","/Z") - инвертированные сигналы А, В и Z. Контроллер может сравнить данные соответствующих каналов("А" должен соответствовать инвертированному "/А"), для устранения ошибок передачи и помех. Дополнительно стабильность передачи дифф. сигналов повышается при использовании витой пары.

Incremental pulse diagram — Типичная диаграмма импульсов

Характеристики энкодеров

Число импульсов на оборот (pulses per revolution, PPR):

инкрементальный энкодер выдает определенное число импульсов на оборот. чем больше PPR, тем меньший угол между соседними импульсами. Обычно PPR - фиксированная характеристика для энкодера, но существуют программируемые модели, где её можно подстроить под требования контроллера или управляющего ПО

Output drivers:

На сегодня в большей части инкрементальных энкодеров используются драйверы выходных сигналов Push-Pull(HTL) или RS422(TTL), они заменили более старые варианты выходов типа "открытый коллектор" и аналоговые.A) Push-Pull (HTL)
1) Push-Pull (HTL) выдает сигнал уровня, соответствующему питающему напряжению, которое обычно колеблется в пределах 8-30 В.

При правильном подключении интерфейс Push-Pull может быть использован как замена открытому коллектору, с применением внешнего диода

B) RS422 (TTL)

RS422 (TTL) используется постоянное напряжение 5 В, вне зависимости от питающего напряжения. Существует 2 диапазона питающего напряжения: 4.75..5.5 В или 8..30 В. Использование дифференциальных сигналов полностью соответствует стандарту RS422

Дифференциальные выходы обладают большей помехоустойчивостью и максимальной частотой передачи, но для использования данных преимуществ приемник тоже должен быть дифференциальным.

Замена старых вариантов

1) Замена "открытого коллектора" типа PNP

2) Замена открытого коллектора типа NPN