Basitçe ifade etmek gerekirse enkoder (kodlayıcı) geri bildirim sağlayan algılama aygıtlarına denilmektedir. Enkoder, bir hareket kontrol sisteminde doğrusal veya dairesel hareketi elektrik sinyallerine dönüştürür.
- Dairesel bir enkoder dairesel konumu analog veya dijital bir elektrik sinyaline,
- Lineer bir enkoder benzer şekilde doğrusal hareketi elektrik sinyaline çevirir.
Bu enkoderler mutlak (absolute) veya artımlı (incremental) olabilir. Dairesel bir sistemde arttırımlı enkoderler puls sayısı (A ve B kanallarındaki), tur sayısı (indeks kanalı ile) ve dönüş yönü bilgisini verirler. Ancak bir enerji kesintisi durumunda nerede kaldığı, hangi konumda olduğunu bilemezsiniz. Enerji geri geldiğinde sıfırdan saymaya başlar. Kaldığı yerden saymaya devam edecek ve konum bilgisini daima vermesini istiyorsak mutlak enkoderi tercih etmemiz gereklidir. Bu sebeple mutlak enkoderler artımlı modellere göre daha pahalı olmaktadır. Endüstriyel kullanımda enkoder, enkoder kabloları -metraj olarak- ve sürücüler (servo sürücü, kontrolcü vb.) artımlı ve mutlak modellere göre fiyatları ciddi oranda değiştiğinden dolayı enkoder tipinin seçimi önemli bir kriter durumundadır.
Artımlı Enkoder (Incremental Encoder)
Kolayca tedarik edebileceğimiz ürünler ile detaylandırmaya çalışalım. Aşağıdaki örnekte tek yarıklı fotoelektrik sensörlü bir dairesel artımlı enkoder yer almaktadır. Işık yarıktan geçerek alıcıya gelir; bunu mavi kartımızın sinyal A pininde 1 puls kare dalga çıkışı olarak gözlemleriz. Diskte 20 adet yarık bulunmaktadır, bu da enkoderin çözünürlüğünü 20 puls/tur olarak bize verir. 20 puls aynı zamanda 3600 olduğundan 1 puls okunduğunda diskin 360/20=180 yaptığını anlarız. Yarık sayısı arttıkça hassasiyetin veya çözünürlüğünde artacağına dikkat ediniz.
Ancak tek yarıklı artımlı enkoderlerde diskin dönüş yönü ile alakalı herhangi bir bilgi okuyamadık. Buna karşın puls sayısını kullanarak diskin dönü hızını matematiksel olarak hesaplamamız mümkündür. Size sadece motor devri, hızı gerekliyse bu tip modeli kullanmanız yeterli olacaktır. Ancak dönüş yönüne de ihtiyacım var diyorsanız çift yarıklı modeli kullanmanız gereklidir.
Diğer tipte yalnızca A kanalı bulunurken çift yarıklı disklerde altta bir de B kanalı bulunmaktadır. B kanalı A kanalına göre 900 kaçıklığa sahiptir. Böylece aradaki faz farkına bakarak yönü tayin edebiliriz. Saat yönünde dönen bir disk için algoritmayı kurarsak; ilk okuduğumuz A sinyali olduğunda saat yönünde döndüğü, B sinyali alındığında ise saatin yönünün tersinde hareketin olduğunu anlarız. Enkoderlerin çoğunda tur sayısını veya başlangıç konumuna gelmek için kullanacağımız bir referans Z kanalı daha bulunur.
En basit tipteki enkoderler artımsal olduğundan 1$’a bile kolayca temin edebilirsiniz. Yukarıdaki görselde hobi amaçlı kullanılan rotary encoder devresini çok amaçlı projelerinizde kullanabilirsiniz. Aşağıdaki videoda güzel bir uygulama yer almaktadır.
Mutlak Enkoder (Absolute Encoder)
Artımsal enkoderlerde tur sayısını, dönme yönünü ve puls sayısını okuyabiliyorduk ancak endüstriyel kullanımlarda her hangi bir enerji kesintisinden sonra bile bulunduğu pozisyonun bilgisini okumak isteyebiliriz. Özellikle robot kollar için her bir mafsalın anlık mutlak konumu bilinmesi gereklidir. RC servo motor uygulaması yapmışsanız bu mantığı çok rahatlık anlayabilirsiniz. Bilmeyenler için basit bir örnek ile konuyu aydınlatalım. Enerji kesintisi anında robot kolumuzun bir mafsalı 470 açıda kalmış olsun. Enerji geldikten sonra siz eğer 600 açı yaptığı konuma git dediğimizde bunu sıfırdan değil enerji kesintisinin oldu anki 470 açıdan itibaren yapmasını istersiniz. Uygulamalarda karşılaşılan zorluklardan birisi ise montaj konumudur. Yerinden sökülen enkoder tekrar yerine takılmak istendiğinde mutlaka aynı pozisyona getirilerek yerleştirilmelidir. Aksi durumda kaymalar meydana gelmektedir.
Mutlak enkoder her konum için benzersiz bir kod üretir. İkilik düzendeki bu sayısal desendeki bit sayısı, çözünürlüğü verir. Disk üzerindeki her bir dairesel sıra sayısal deseni oluşturur. Disk üzerinde 8 iz varsa enkoder 28=256 farklı konumu yani 8360/256=1.4060 açıyı bildirebilir.
Sayısal desen çıkışı ikili düzende olmasına karşın pratikte hatalara neden olduğundan dolayı gray koduna çevrilmektedir. Gray kodunda ise sadece 1 bit değişir. Mutlak tipin çözünürlüğü artımsal tipe göre daha iyidir ve daha büyük değerlerde çıkış verebilir. Mutlak enkoderlerin faydaları daha çok olmasına karşın artımsal enkoderlerden daha pahalıdır.