Bibliografías

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[2] Ceiisa. Fotoceldas. Consulta realizada el 06 de Mayo del 2008 en www.ceiisa.com.

[3] Eltra. Encoder Absoluto.descripción General. Consulta realizada el 06 de Mayo del 2008 en www.silge.com.ar.

[4] Fernando. (2005). Prácticas de Electrónica Industrial. Consulta realizada el 10 de Mayo del 2008 en www.ate.uniovi.es.

Datasheet

Conclusiónes

- Se observó que el código gray es el más adecuado para ser utilizado en los codificadores ópticos de posición, dado que solo cambia un bit en cada paso.

-El codificador absoluto tiene una resolución de 6 bit, lo que permite una apreciación de la mediada hasta 5º37’30”.

- La medida generada por el sensor diseñado es mostrada en un display de tres dígitos, la cual se logra a través del PIC16F877 de 16 bit.

-La incertidumbre total del sensor es de 6º31’12"

Diseño del Sensor

2.1. Diseño Básico.

El sensor que se propone diseñar tiene una configuración como la ilustrada en la Fig. 3, donde el disco en código Gray que se utiliza tiene 6 bits de resolución; por tanto, los pulsos de salida de cada bit son los representados en la Fig. 4.

Fig. 3. Esquema de construcción del codificador absoluto

Fig. 4. Tren de pulso en código Gray.

Como el codificador tiene 6 bit de resolución, un giro completo del eje queda dividido en 2⁶ = 64. En ese sentido, la apreciación del dispositivo será:

2.2. Circuito Acondicionador.

Las minifotoceldas utilizadas son el modelo GSZ3SN de la serie G de la empresa DC Power Supply cuyo circuito acondicionador de salida es el presentado en la figura 5. El circuito está alimentado con una tesión de Vs = 5VDC que proviene de la fotocelda cuando sobre esta incide la luz roja emitida por el LED, y está formado por el un transistor NPN que conmuta entre dos valores de tensión 0,5 V y 4,5 V. La salida del transmisor (colector) se conecta a un diodo zener que fija el voltaje a 4,5 V.

Fig. 5. Circuito acondicionador NPN para las minifotoceldas.

2.4. Convertidor de Código Gray a Binario.

Dado que la señal de salida del codificador esta en código Gray se instala un circuito lógico que convierte dicha señal en binaria. El circuito lógico del conversor es el que se presenta en la Fig. 6.

Fig. 6. Circuito lógico conversor Gray-Binario.

2.5. Procesamiento y Visualización de la Señal Digital.

La señal de salida del convertidor Gray-Binario se lleva a un microprocesador PIC16F877 el cual se muestra en la Fig. 7, tiene una resolución de 16 bit y consta de cuarenta (40) pines.

Fig. 7. Microprocesador PIC16F877.

El microprocesador toma la señal digital y la procesa para convertirla en un número entero decimal que representa la posición del sensor (número de pasos recorridos por el disco desde la posición 0) en ese instante; luego éste número se multiplica po

r la apreciación del dispositivo para obtener el valor del ángulo medido. Éste ángulo se convierte, nuevamente, en señal digital para ser mostrada en un display de tres dígitos enteros. El algoritmo de programación del chip es el presentado en la Fig. 8.

Fig. 8. Diagrama de flujo de la programación del microprocesador

Finalmente, en la Fig.9 se muestra el diagra de bloque de los componentes del codificador óptico absoluto diseñado

Fig. 9. Diagrama de bloque del codificador.

Fig. 10. Conexionado del codificador.

2.6. Dimensiones del Sensor.

La Fig.10 muestra las dimensiones del sensor cuyo peso es de 1 20 g. Como se puede obversar el tamaño de 40 mm de longitud y diámetro de 42 mm.

Fig. 11. Dimensiones del sensor.

2.8. Errores de Sensor.

Los errores presentes son debido a la resolución del codificador y del diplay. El error del codificador es:

Por Otra parte, el error del display es:

La desviación de todo el sensor es:

La incertidumbre es:

2.7. Características del Sensor.

Las características principales del sistema sensor IEECOA 332D, representado por la Fig. 11 son las mostradas a continuación:

Tabla. 1. Tabla de especificaciones técnicas del sistema

Introducción

Los COA son más adecuados para rotaciones lentas y/o poco frecuente, tales como la codificación del ángulo de dirección, en contraste con la medición de rotación continua a altas velocidades, como sería requerido para el cálculo del desplazamiento a lo largo de una trayectoria. Aunque no son tan robustos como los revolvedores, se pueden utilizar en aplicaciones de alta temperatura y de alto impacto. Éstos COA pueden operar sobre los 125ºC y resolución media (1024 conteos por revolución que es equivalente a 10 bit) usando discos de metal o de Mylar.

La Fig. 1 muestra el esquema de un COA, donde el rayo de luz emitido por el LED es transformado mediante una lente cilíndrica en un conjunto de rayos paralelos; los cuales son cortados por un disco rotatorio codificado, donde cada pista del disco le corresponde un bit de resolución. Claro, por cada bit (o pista) de resolución adicional se cuadruplica el costo del sensor. Como se puede observar, éstos codificadores pueden reproducir una palabra en código binario.

Fig. 1. Esquema de funcionamiento de un codificador óptico absoluto.

El esquema de codificación más usado es el código de Gray, binario natural y codificado en binario decimal. El código Gray se caracterizan por el hecho de que sólo un bit cambia a la vez, lo cual es una ventaja importante para evitar las ambigüedades asincrónicas causada por las tolerancias de los componentes electrónicos y mecánicos (ver Fig. 3.a). Por otra parte, el código binario implica múltiples cambios de bits cuando incrementa o decrece el conteo en una unidad. Por ejemplo, cuando la cuenta cambia de 255 a 0, los 8 bits deben cambiar de 1 a 0 (Fig. 3.b).

Fig. 2. Disco giratorio de 8 bit en código Gray. (a) En sentido contrario a las agujas del reloj un incremento en la posición causa un solo cambio de bit y (b) la misma rotación de un código binario causa el cambio de todos los bits para el caso particular de 255 a 0.

Resumen

Basanta Ingrid, Pérez Edar y Urdaneta Elizabeth
dergrid@hotmail.com; edarperez@hotmail.com; eliurdaneta@gmail.com

Universidad Nacional Experimental Politécnica
“Antonio José de Sucre”
Vicerrectorado Puerto Ordaz
Departamento de Ingeniería Electrónica Maestría de Ingeniería Electrónica, Cátedra: Mediciones Industriales

Resumen:

En este trabajo se presenta el diseño de un sensor de posición basado en el principio de los codificadores (encoder) ópticos absoluto (COA). En el mismo se presentan los cálculos para obtener las características de dicho sensor, así como también se muestra el circuito de acondicionamiento utilizando un transistor NPN. Los resultados obtenidos arrojaron que el sensor tendrá una apreciación de 5º37’30”, generando un tren de pulsos a la salida de 0,5V a 4,5 V. El sensor puede ser utilizado para aplicaciones robóticas de poca precisión; aunque, si se implementa en un brazo robot cuyo ángulo de giro máximo sea 90º, la apreciación se puede reducir a 1º24’22,5” con la implementación de un tren de engranaje con una relación de transmisión de1:4, es decir que por cada cuarto de vuelta del brazo robot se produciría una vuelta del codificador. La salida digital en código Gray del sensor se pasa a código binario mediante un circuito lógico, cuya salida se lleva a un microprocesador que se encarga de procesar la señal para calcular el ángulo medido y presentarlo en un display. La incertidumbre del sensor diseñado modelo IEECOA 332D es 6º31’12”.

Palabras Claves: Sensor, Codificador Absoluto, PIC, display.