Codeurs à montage sur panneau – Comprendre les principes de base

Cet article s'intéresse au domaine de l'ingénierie électrique des codeurs rotatifs à montage sur panneau. Ces dispositifs sont essentiellement des transducteurs qui convertissent le mouvement rotationnel en signaux électriques pour le système hôte. Le mécanisme du codeur consiste à générer des impulsions pendant la rotation, ce qui permet à un dispositif de contrôle de détecter des informations cruciales telles que la direction, la position, le nombre de points ou la vitesse.

Les codeurs à montage sur panneau sont essentiels pour une grande variété d'industries. On les trouve dans des secteurs tels que la défense et l'aérospatiale, la médecine, les biens de consommation, les tests/mesures, etc. Grâce à leur polyvalence, les codeurs à montage sur panneau peuvent être utilisés dans de nombreuses applications telles que les commandes de cockpit, les tables de mixage de studio et les équipements audio, les équipements électroniques de laboratoire et d'instrumentation, les entraînements de moteur, etc. En raison de leur polyvalence, les codeurs à montage sur panneau constituent le premier choix pour la création d'interfaces de contrôle précises. Cet article explore le fonctionnement de base des codeurs rotatifs à montage sur panneau, et met en lumière les spécifications et considérations clés.

Principes de base des codeurs à montage sur panneau

Lorsqu'il s'agit de codeurs rotatifs, les codeurs à montage sur panneau doivent simplement leur nom au fait qu'ils sont physiquement fixés sur des panneaux. Ces dispositifs remplissent principalement des fonctions d'interface humaine, comme par exemple le bouton de volume d'une chaîne stéréo. Leur rôle est de permettre aux utilisateurs de manipuler divers paramètres du système, agissant comme intermédiaire entre l'utilisateur et le processeur système.

Si l'on compare les codeurs rotatifs à montage sur panneau aux potentiomètres, un autre composant à montage sur panneau doté d'une fonction similaire de traduction rotation-signal, on constate des avantages distincts. Les codeurs à montage sur panneau présentent des tolérances de fabrication plus strictes, ce qui se traduit par une précision et une cohérence accrues. De plus, leurs sorties numériques s'alignent parfaitement avec les dispositifs numériques modernes, éliminant le recours à des convertisseurs analogique-numérique et réduisant ainsi les coûts et les erreurs potentielles. Cependant, pour les curieux des potentiomètres, l'article Guide complet sur les potentiomètres de Same Sky propose une exploration complète de ces composants à la fois similaires et différents.

Spécifications et considérations des codeurs à montage sur panneau

Plusieurs spécifications et considérations clés méritent une attention particulière lorsque l'on s'intéresse aux spécificités des codeurs rotatifs à montage sur panneau. La valeur d'impulsions par tour, ou PPR (Pulses Per Revolution), est une mesure déterminante, qui quantifie la résolution du codeur en indiquant le nombre d'impulsions carrées générées par rotation de 360 degrés (Figure 1). La résolution peut également être fournie en nombres de points par tour ou CPR (Counts Per Revolution), calculée comme PPR multiplié par 4, représentant le nombre de changements d'état en quadrature par tour. Pour une compréhension complète de ces mesures, l'article What's the Difference Between an Incremental Encoder's PPR, CPR, and LPR? de Same Sky est une ressource précieuse.

Figure 1 : Les impulsions sont mesurées comme formes d'ondes d'un point identique au suivant. (Source de l'image : Same Sky)

Les crans, une caractéristique intégrée, contribuent au retour utilisateur en émettant un clic audible pendant la rotation de l'arbre. Spécifiés en termes de clics par rotation de 360 degrés, les crans servent à empêcher les rotations involontaires et fournissent une indication tactile à des degrés spécifiques de mouvement de l'arbre.

Améliorant les fonctionnalités du codeur, la fonction de poussoir introduit un signal d'entrée utilisateur supplémentaire. En appuyant sur l'arbre du codeur, un commutateur SPST simple est actionné. Cette fonctionnalité est généralement utilisée pour sélectionner les fonctions à manipuler en tournant le bouton du codeur.

Les codeurs rotatifs exploitent des ondes carrées avec deux canaux décalés de 90 degrés électriques pour discerner la direction. Le déphasage relatif entre ces canaux permet la détection du canal principal, fournissant ainsi un indicateur fiable du sens de rotation (Figure 2).

Figure 2 : La détection du signal principal permet de surveiller la rotation à droite ou à gauche. (Source de l'image : Same Sky)

Dans un souci d'amélioration de la résolution, de nombreuses applications optent pour des changements d'état en quadrature, où un cycle englobe une transition bas-haut avant de revenir à bas sur les deux canaux. Cette approche augmente efficacement le nombre de points par tour, augmentant ainsi la résolution et la précision du codeur dans le suivi des mouvements rotationnels. Il s'agit d'une stratégie intelligente permettant d'extraire des informations plus détaillées de chaque tour, optimisant ainsi les performances du codeur dans diverses applications.

Figure 3 : Table de vérité en quadrature. (Source de l'image : Same Sky)

La connexion des codeurs à montage sur panneau à des microcontrôleurs implique la création d'un circuit dans lequel le microcontrôleur génère du courant, offrant un chemin vers V+, tandis que le codeur fournit un chemin vers la terre. Cette collaboration forme un circuit complet, permettant une communication transparente entre le codeur et le microcontrôleur. Le terme « collecteur ouvert » est également utilisé de manière interchangeable avec « récepteur », indiquant que le collecteur du transistor de sortie est externe à l'unité. Il s'agit d'établir des voies électriques efficaces pour l'échange de données.

Il est également important de noter que les microcontrôleurs utilisent différentes méthodes de comptage :

1. Impulsions sur un canal : Cette méthode simple attribue 1 point de comptage par impulsion, simplifiant le processus de comptage pour les applications où un point de base est suffisant.
2. Impulsions sur deux canaux : L'exploitation des deux canaux double efficacement le nombre de points de comptage, offrant une représentation plus détaillée et plus précise du mouvement du codeur.
3. Changements d'état en quadrature : Opter pour les changements d'état en quadrature tire parti des quatre points de comptage par cycle, fournissant une résolution et une précision encore plus élevées dans le suivi des décalages rotationnels.

Mécanique ou optique

En général, les codeurs à montage sur panneau fonctionnent à l'aide de deux technologies principales : mécanique et optique.

Fonctionnant comme un ensemble de commutateurs, les codeurs mécaniques s'appuient sur une roue codeuse avec des contacts régulièrement espacés le long de son bord extérieur. En même temps, un contact fixe est placé sur le châssis du codeur (Figure 4). Lorsque la roue codeuse tourne, elle établit et interrompt séquentiellement le contact avec les contacts de la roue codeuse, un à la fois. Cet engagement et ce désengagement cycliques dans le circuit produisent des impulsions de tension, un mécanisme fondamental pour la conversion du mouvement rotationnel en signaux électriques.

Figure 4 : Fonctionnement interne d'un codeur mécanique. (Source de l'image : Same Sky)

Il est crucial de souligner que les codeurs mécaniques, fonctionnant essentiellement comme un ensemble de commutateurs mécaniques, nécessitent des circuits antirebonds et une programmation pour garantir une sortie utilisable. Alors que dans un scénario idéal, un commutateur présenterait des états marche-arrêt clairs, le monde réel introduit des complications. Les commutateurs peuvent osciller entre ces états, ce qui entraîne une distorsion du signal. Ce phénomène de rebond, connu sous le nom de rebond de commutateur, peut être interprété à tort comme des impulsions supplémentaires, introduisant des imprécisions dans le système.

Pour atténuer le rebond de commutateur, un circuit antirebond est utilisé (Figure 5). Ce circuit est conçu pour « équilibrer » la sortie, garantissant que le signal représente avec précision les états marche/arrêt prévus sans l'interférence des effets de rebond ou d'oscillation. Cette attention portée à l'intégrité du signal est essentielle pour des performances fiables et précises dans le contexte des codeurs mécaniques.

Figure 5 : Le circuit antirebond aide à « équilibrer » la sortie d'un codeur mécanique. (Source de l'image : Same Sky)

Les codeurs optiques, quant à eux, se composent de trois éléments fondamentaux : une source de lumière, un détecteur de lumière et une roue codeuse. Voici un aperçu de leur fonctionnement :

1. Source de lumière : Ce composant émet de la lumière.
2. Détecteur de lumière : Placé face à la source lumineuse, le détecteur détecte la lumière émise.
3. Roue codeuse : Placée entre la source lumineuse et le détecteur, la roue codeuse présente des fentes régulièrement espacées. Ces fentes laissent alternativement passer la lumière ou la bloquent.

Le cycle opérationnel implique que la source de lumière brille à travers les fentes de la roue codeuse. Le détecteur enregistre les changements d'intensité lumineuse selon que les fentes laissent passer ou bloquent la lumière. Les circuits internes répondent en activant ou en désactivant la sortie, en fonction de la détection ou du blocage de la lumière. Ce mécanisme permet aux codeurs optiques de traduire efficacement les informations de position en signaux électriques.

Figure 6 : Fonctionnement interne d'un codeur optique. (Source de l'image : Same Sky)

Pour conclure cette comparaison, les codeurs mécaniques sont économiques et polyvalents avec une large plage de tensions. Toutefois, ils ont besoin de circuits antirebonds pour un signal fiable et ont un cycle de vie plus court. Les codeurs optiques sont généralement plus chers mais ont un cycle de vie plus long. Ils fournissent un signal de sortie plus net sans nécessiter de circuit antirebond. De plus, dans les applications de précision, les codeurs optiques peuvent offrir des résolutions plus élevées.

Conclusion

Les codeurs à montage sur panneau continueront de trouver leur place dans diverses applications d'interface utilisateur dans de nombreux secteurs. Une compréhension approfondie des technologies de codeurs disponibles, des spécifications clés et des considérations de conception est essentielle pour une sélection optimale des dispositifs. Same Sky fournit une gamme de codeurs à montage sur panneau mécaniques et optiques, répondant à pratiquement toutes les exigences de conception. Outre les codeurs à montage sur panneau, les codeurs rotatifs AMT capacitifs de Same Sky offrent une précision et une durabilité que l'on ne retrouve pas dans les autres technologies de codeurs.