3.2.3 Codificadores de posición.
son dispositivos utilizados para determinar la posición angular o lineal de un eje o un objeto. Estos sensores se usan ampliamente en aplicaciones de control de motores, robótica, sistemas CNC, y otros sistemas embebidos que requieren precisión en el monitoreo del movimiento.
Los microcontroladores pueden leer los datos de los codificadores para realizar ajustes en la velocidad, posición y dirección del movimiento.
Codificadores rotativos:
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Estos dispositivos convierten la rotación de un eje en una señal eléctrica que un microcontrolador puede interpretar.
Codificadores incrementales:
Funcionamiento: Generan una serie de pulsos a medida que el eje gira. El microcontrolador cuenta los pulsos para determinar el movimiento relativo, es decir, la cantidad de rotación desde un punto inicial. La dirección del giro se determina mediante la lectura de dos señales desfasadas (A y B).
Componentes: Constan de un disco con ranuras o marcas, y un sensor óptico o magnético que detecta el paso de cada marca.
Aplicaciones: Control de velocidad en motores, medición de ángulos relativos y control de desplazamiento en impresoras 3D o robots.
Ventajas: Simplicidad y bajo costo.
Desventajas: No proporcionan información absoluta de la posición; solo miden desplazamientos relativos.
Codificadores absolutos:
Funcionamiento: Proporcionan un valor único de salida para cada posición angular, lo que permite conocer la posición exacta del eje en cualquier momento. Utilizan un disco codificado con diferentes patrones para cada posición angular.
Componentes: Un disco con múltiples pistas que representan los diferentes valores binarios para la posición absoluta.
Aplicaciones: Sistemas donde es crucial conocer la posición exacta en todo momento, incluso tras un reinicio del sistema, como en robótica avanzada o maquinaria CNC.
Ventajas: Precisión absoluta; no es necesario recalibrar la posición tras una pérdida de energía.
Desventajas: Más costosos y complejos en comparación con los incrementales.
1.2 Codificadores lineales:
Funcionamiento: Miden la posición lineal de un objeto. Funcionan de manera similar a los codificadores rotativos, pero con movimiento lineal en lugar de rotacional.
Aplicaciones: Sistemas de medición lineal, control de posición en máquinas industriales, y en algunos casos, robótica donde se requiere monitoreo preciso del desplazamiento en línea recta.
Señales de salida
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Los codificadores generan distintos tipos de señales que el microcontrolador debe interpretar.
Salida digital (Incremental): Consiste en dos señales desfasadas (A y B), llamadas cuadratura. El microcontrolador puede determinar:
Número de pulsos: La cantidad de pulsos se cuenta para medir la distancia o ángulo rotado.
Dirección de rotación: La secuencia en la que las señales A y B cambian indica si el movimiento es en sentido horario o antihorario.
Detección de velocidad: La frecuencia de los pulsos puede usarse para calcular la velocidad de rotación o desplazamiento.
Salida paralela (Absoluto): Proporciona un código binario que representa directamente la posición angular o lineal en un instante dado. La cantidad de bits depende de la resolución del codificador.
Salida analógica: Algunos codificadores proporcionan una señal de voltaje proporcional a la posición o velocidad, pero es menos común en sistemas modernos.
Interfacing con microcontroladores
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Para utilizar un codificador de posición con un microcontrolador, es fundamental tener en cuenta las características de la señal y la capacidad de lectura del microcontrolador:
Lectura de señales de cuadratura (Incrementales):
El microcontrolador debe leer las señales A y B para contar los pulsos y determinar la dirección.
Muchos microcontroladores modernos (como los de la familia STM32 o ESP32) incluyen periféricos especializados para decodificar señales de cuadratura directamente, eliminando la necesidad de implementar esta lógica en software.
Si no se cuenta con un decodificador de cuadratura integrado, se pueden utilizar interrupciones para detectar cambios en las señales A y B y contar los pulsos manualmente en el código.
Lectura de codificadores absolutos:
En este caso, los codificadores suelen tener varias líneas de salida que representan el valor binario de la posición. Esto puede requerir múltiples pines del microcontrolador o una interfaz serial (como SPI).
También es común usar interfaces como SSI (Serial Synchronous Interface) para leer la información de codificadores absolutos.
Aplicaciones
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Robótica: Para el control de la posición y velocidad de las articulaciones o ruedas.
Control de motores: En servomotores o motores paso a paso para ajustar el movimiento con precisión.
Sistemas de navegación: Para medir el desplazamiento en robots móviles, vehículos autónomos, o drones.
CNC y maquinaria industrial: Para controlar la posición de herramientas de corte o dispositivos de precisión.