Drehimpulsgeber Ky-040
Autoren: Marc Ebmeyer
Einleitung
Einstellräder sind ein wichtiges haptisches Benutzer Interface, sie ermöglichen schnelle intuitive Bedingung von Geräten. Dieses wurde früher mit Ein- und Mehrgangs-Potentiometern gelöst, welche aber einem Verschleiß unterliegen und nur eine (in Ausnahme fällen bis zu 10) Umdrehungen zulassen, zudem sind sie kostenintensiv in der Herstellung. Um diese Probleme zu umgehen, wurden sogenannte Drehimpulsgeber (auch bekannt als Inkrementalgeber, Quadraturencoder, Drehencoder) konstruiert. Welche Kostengünstiger in der Fertigung, unendliche Umdrehungen bieten und mit integrierten Tastern daher kommen. Dieses wurde erst möglich durch die Einführung kostengünstiger Mikrocontroller, welche die Aufgabe der anfallenden Software Auswertung übernehmen. Bei der Drehimpulsmessung gibt es verschiedene verfahren, am häufigsten sind optische, magnetische und mechanische Verfahren. Das Grundprinzip sind aber immer eine oder mehre runde Lochscheiben, wobei die Löcher der einzelnen Scheiben gegeneinander versetzt angeordnet sind. Dreht sich die Scheibe so, triff das Licht (beim optischen Verfahren), welches durch die erste Scheibe abwechselnd durchgelassen und geblockt wird auf einen Sensor, der den Lichtwechsel detektiert und in ein elektrisches Signal umwandelt. Dadurch kann man bei Verwendung nur einer Scheibe, schon mal die Drehzahl und den Drehwinkel detektieren unter dem wissen der Anzahl an Schlitzen in der Lochscheibe. Da man die Anzahl an Unterbrechungen messen kann und die Zeitspanne in der sie ausgeführt wurden. Durch hinzufügen einer weiteren Scheibe deren Löcher leicht versetzt zu ersten Scheibe sind, lässt sich nun auch die Drehrichtung der Achse erkennen. Fügt man eine weitere Scheibe ein, bekommt man die Möglichkeit absolute Positionen zu bekommen. Dieses kann durch einen einzelnen Schlitz sein, der bei jeder Umdrehung die absolute Position bestätigt, oder auch mehrere mit unterschiedlichen Breiten, sodass man mehrere Referenz Positionen bekommt. Der hier verwendete Drehimpulsgeber ist ein einfacher mechanischer, bei ihm finden kleine Phasen versetzte Micro Schleifkontakte ihre Anwendung, welche über eine leitfähige Lochscheibe schleifen und so zwei Phasen versetzte Signale erzeugen, als wenn man zwei Lochscheiben hätte.
Technische Übersicht
| Eigenschaft | Daten |
|---|---|
| Spannungsversorgung |
VCC 3-5 V |
| Rastungen |
20 |
| Abmessungen |
32*20*30 mm |
| Gewicht |
8 g |
- Was ist ein Impunlskreis?
Pinbelegung
| Pin | Belegung | Signal |
|---|---|---|
| 1 | Masse GND | 0 V |
| 2 | Betriebsspannung Vcc | 3-5 V |
| 3 | Taster Ausgang SW | Wird intern auf Masse gezogen beim betätigen des Tasters. |
| 4 | Signalausgang_B DT | An einem Interrupt fähigem Pin des Arduino Uno anschließen z.B. D2 |
| 5 | Signalausgang_A CLK | An einem Interrupt fähigem Pin des Arduino Uno anschließen z.B. D3 |
Prinziperklärung
Die unter der Platine befindlichen drei Widerstände sind Pullup Widerstände für die zwei Encoder und den Taster. Der KY-040 ist ein Inkrementalgeber. Je nach dem ob man rechts oder links herum dreht, wird erst der Pin A oder der Pin B high, da beide versetzt auf der Drehencoderscheibe sitzen. Damit bekommt man einen Gray-Code am Ausgang vom Signalausgang A und B. Gray-code ähneld dem Binär-Code nur wird bei ihm bei jedem Sprung nach oben oder unten jeweils nur ein Wert verändert. Damit bekommen wir die Drehrichtung, den Drehwinkel und die Drehgeschwindigkeit.
Geht zum Beispiel erst CLK auf high und dann DT, dann drehen wir rechts rum. Geht erst der DT Pin auf high und dann der CLK Pin, dann drehen wir links rum.
Teilen wir die Anzahl an CLK durch die vorhandene Inkremente und durch die Zeitspanne der Messung, bekommen wir die Drehzahl.
Bezug zur Prinzipskizze?
| Zahlenwert | Binär-Code | Gray-Code |
|---|---|---|
| 0 | 00 | 00 |
| 1 | 01 | 01 |
| 2 | 10 | 11 |
| 3 | 11 | 10 |
Messschaltung
???
Messung
???
Demo
???
Hardwareaufbau
Datenblätter
Literatur
Weiterführende Artikel
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