Incremental and Absolute Position Encoder

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Video

6. Link Download

Penggunaan Incremental Encoder untuk Posisi Motor Analog

1. Tujuan [back]
1.  Mengetahui pengertian rotary encoder, incremental dan absolute encoder.
2.   Mengetahui prinsip kerja rotary encoder.
3.    Membuat rangkaian encoder. 

2. Alat dan Bahan [back]

 A. IC 555

 B. Capacitor

 C. Motor

 D. Resistor

 E. Potentiometer

 A. IC NE555

| IC 555 atau biasa disebut pewaktu 555 merupakan sebuah sirkuit atau rangkaian terpadu yang digunakan untuk menghasilkan pewaktuan, gelombang kotak atau multivibrator (sinyal penggetar). IC ini didesain oleh Hans R. Camenzind pada tahun 1970 dan baru diperkenalkan setelah setahun kemudian yakni 1971 oleh Signetics.

Cara Kerja :

·  Bagian trigger, berfungsi untuk memberikan triger atau perintah ke IC 555 sebagai tanda prosestimer dimulai

·  Bagian THReshold, biasanya diberi kapasitor dan resistor variable untuk kecepatan waktu On Off agar dapat diatur sesuai keinginan.

Susunan Dan Fungsi Pin :

1. GND : Ground (0 V)

2.TR : Pulsa negatif pendek pada pin ini akan memberi perintah awal IC bekerja

3. Q : output, keluaran yang akan dihubungkan pada beban. Bernilai positif (+)

4. R : Reset, interval pewaktuan yang dapat disela dengan memberikan pulsa reset 0 V

5.CV : Control Voltage, memungkinkan untuk mengakses pembagi tegangan internal (2/3 Vcc)

6. THR : Threshold menentukan lama pewaktuan

7. DIS : DIscharge, disambungkan ke kapasitor, dan waktu pengosongan  muatan kapasitor menentukan lama inteval pewaktuan

8. V+ : tegangan input positif (+ V) besarnya harus diantara 3-15 V

B. Capacitor

Kapasitor (C = Capacitor) atau juga disebut Kondensator (Condensator) merupakan Komponen Elektronika Pasif yang bisa menyimpan muatan listrik dalam waktu yang sementara dengan satuan kapasitansinya yakni Farad

C. Motor

  Motor servo adalah sebuah perangkat atau aktuator putar (motor) yang dirancang dengan sistem kontrol umpan balik loop tertutup (servo),Sehingga dapat di set-up atau di atur untuk menentukan dan memastikan posisi sudut dan poros output motor

D. Resistor

   Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika. Sebagaimana fungsi resistoryang sesuai namanya bersifat resistif dan termasuk salah satu komponen elektronika dalam kategori komponen pasif. Satuan atau nilai resistansi suatu resistor di sebut Ohm dan dilambangkan dengan simbol Omega (Ω 

E.    Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya

Pada dasarnya bagian-bagian penting dalam Komponen Potensiometer adalah :

1.                  Penyapu atau disebut juga dengan Wiper

2.                  Element Resistif

3.                  Terminal

Grafik Respon

3.Dasar Teori [back]

Sekilas Rotary Encoder

       Rotary encoder adalah divais elektromekanik yang dapat memonitor gerakan dan posisi. Rotary encoder umumnya menggunakan sensor optik untuk menghasilkan serial pulsa yang dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan arah. Sehingga posisi sudut suatu poros benda berputar dapat diolah menjadi informasi berupa kode digital oleh rotary encoder untuk diteruskan oleh rangkaian kendali. Rotary encoder umumnya digunakan pada pengendalian robot, motor drive, dsb.

      Rotary encoder tersusun dari suatu piringan tipis yang memiliki lubang-lubang padabagian lingkaran piringan. LED ditempatkan pada salah satu sisi piringan sehingga cahaya akan menuju ke piringan. Di sisi yang lain suatu photo-transistor diletakkan sehingga photo-transistor ini dapat mendeteksi cahaya dari LED yang berseberangan. Piringan tipis tadi dikopel dengan poros motor, atau divais berputar lainnya yang ingin kita ketahui posisinya, sehingga ketika motor berputar piringan juga akan ikut berputar. Apabila posisi piringan mengakibatkan cahaya dari LED dapat mencapai photo-transistor melalui lubang-lubang yang ada, maka photo-transistor akan mengalami saturasi dan akan menghasilkan suatu pulsa gelombang persegi. Gambar 1 menunjukkan bagan skematik sederhana dari rotary encoder. Semakin banyak deretan pulsa yang dihasilkan pada satu putaran menentukan akurasi rotary encoder tersebut, akibatnya semakin banyak jumlah lubang yang dapat dibuat pada piringan menentukan akurasi rotary encoder tersebut.

Rangkaian penghasil pulsa yang digunakan umumnya memiliki output yang berubah dari +5V menjadi 0.5V ketika cahaya diblok oleh piringan dan ketika diteruskan ke photo-transistor. Karena divais ini umumnya bekerja dekat dengan motor DC maka banyak noise yang timbul sehingga biasanya output akan dimasukkan ke low-pass filter dahulu. Apabila low-pass filter digunakan, frekuensi cut-off yang dipakai umumnya ditentukan oleh jumlah slot yang ada pada piringan dan seberapa cepat piringan tersebut berputar, dinyatakan dengan:

 Dimana f_c adalah frekuensi cut-off filter, s_w adalah kecepatan piringan dan n adalah jumlah slot pada piringan.

Incremental Encoder

   Incremental encoder terdiri dari dua track atau single track dan dua sensor yang disebut channel A dan B (Gambar 7). Ketika poros berputar, deretan pulsa akan muncul di masing-masing channel pada frekuensi yang proporsional dengan kecepatan putar sedangkan hubungan fasa antara channel A dan B menghasilkan arah putaran. Dengan menghitung jumlah pulsa yang terjadi terhadap resolusi piringan maka putaran dapat diukur. Untuk mengetahui arah putaran, dengan mengetahui channel mana yang leading terhadap channel satunya dapat kita tentukan arah putaran yang terjadi karena kedua channel tersebut akan selalu berbeda fasa seperempat putaran (quadrature signal). Seringkali terdapat output channel ketiga, disebut INDEX, yang menghasilkan satu pulsa per putaran berguna untuk menghitung jumlah putaran yang terjadi.

Gambar 1. susunan piringan untuk incremental encoder

 Contoh pola diagram keluaran dari suatu incremental encoder ditunjukkan pada Gambar 8. Resolusi keluaran dari sinyal quadrature A dan B dapat dibuat beberapa macam, yaitu 1X, 2X dan 4X. Resolusi 1X hanya memberikan pulsa tunggal untuk setiap siklus salah satu sinya A atau B, sedangkan resolusi 4X memberikan pulsa setiap transisi pada kedua sinyal A dan B menjadi empat kali resolusi 1X. Arah putaran dapat ditentukan melalui level salah satu sinyal selama transisi terhadap sinyal yang kedua. Pada contoh resolusi 1X, A = arah bawah dengan B = 1 menunjukkan arah putaran searah jarum jam, sebaliknya B = arah bawah dengan A = 1 menunjukkan arah berlawanan jarum jam.

Gambar 2. Contoh pola keluaran incremental encoder

Gambar 3. output dan arah putaran pada resolusi yang berbeda-beda

Pada incremental encoder, beberapa cara dapat digunakan untuk menentukan kecepatan yang diamati dari sinyal pulsa yang dihasilkan. Diantaranya adalah menggunakan frequencymeter dan periodimeter.

(1)

Cara yang sederhana untuk menentukan kecepatan dapat dengan frequencymeter, yakni menghitung jumlah pulsa dari encoder, n, pada selang waktu yang tetap, T, yang merupakan periode loop kecepatan (Gambar 10). Apabila α adalah sudut antara pulsa encoder, maka sudut putaran pada suatu periode adalah:

2

(2)

Sehingga kecepatan putar akan kita dapatkan sebagai:

(3)

 Kelemahan yang muncul pada cara ini adalah pada setiap periode sudut α_f yang didapat merupakan kelipatan integer dari α. Ini akan dapat menghasilkan quantification error pada kecepatan yang ingin diukur.

Gambar 4. Sinyal keluaran encoder untuk pengukuran kecepatan dengan frequencymeter

Cara yang lain adalah dengan menggunakan periodimeter. Dengan cara ini kita akan mengukur kecepatan tidak lagi dengan menghitung jumlah pulsa encoder tetapi dengan menghitung clock frekuensi tinggi (HF Clock) untuk sebuah pulsa dari encoder yaitu mengukur periode pulsa dari encoder (Gambar 11). Apabila α_p adalah sudut dari pulsa encoder, t adalah periode dari HF clock, dan n adalah jumlah pulsa HF yang terhitung pada counter. Maka waktu untuk sebuah pulsa encoder, T_p,  adalah:

(4)

Sehingga kecepatan yang akan kita ukur dapat kita peroleh dengan:

(5)

Seperti halnya pada frequencymeter, disini juga muncul quantification error karena waktu T_p akan selalu merupakan perkalian integer dengan t.

Gambar 5. Pengukuran kecepatan dengan menggunakan Periodimeter

Keuntungan Incremental Encoder

1. Baik untuk penghitungan pulsa sederhana atau aplikasi pemantauan frekuensi seperti               kecepatan, arah, dan pemantauan posisi

2. Lebih hemat biaya dan lebih kompleks daripada enkoder mutlak

3.  A, B, Z, dan sinyal terbalik sebagai HTL (Dorong-Tarik) atau TTL (RS422).

4. Setiap pulsa menghitung hingga 16384 PPR yang tersedia 

5. Fungsionalitas penskalaan yang fleksibel.

6. Prinsipnya menggunakan pengukuran magnetik.

            7. Pembuat enkode tambahan memiliki resolusi hingga 50.000 PPR.

Absolute Encoder

ABSOLUTE ROTARY ENCODER

Absolute encoder menggunakan piringan dan sinyal optik yang diatur sedemikian sehingga dapat menghasilkan kode digital untuk menyatakan sejumlah posisi tertentu dari poros yang dihubungkan padanya. Piringan yang digunakan untuk absolut encoder tersusun dari segmen-segmen cincin konsentris yang dimulai dari bagian tengah piringan ke arah tepi luar piringan yang jumlah segmennya selalu dua kali jumlah segmen cincin sebelumnya. Cincin pertama di bagian paling dalam memiliki satu segmen transparan dan satu segmen gelap, cincin kedua memiliki dua segmen transparan dan dua segmen gelap, dan seterusnya hingga cincin terluar. Sebagai contoh apabila absolut encoder memiliki 16 cincin konsentris maka cincin terluarnya akan memiliki 32767 segmen. Gambar 3 menunjukkan pola cincin pada piringan absolut encoder yang memiliki 16 cincin.

 Contoh susunan pola 16 cincin konsentris pada absolut encoder

 Karena setiap cincin pada piringan absolute encoder memiliki jumlah segmen kelipatan dua dari cincin sebelumnya, maka susunan ini akan membentuk suatu sistem biner. Untuk menghasilkan sistem biner pada susunan cincin maka diperlukan pasangan LED dan photo-transistor sebanyak jumlah cincin yang ada pada absolut encoder tersebut.

Contoh piringan dengan 10 cincin dan 10 LED – photo-transistor untuk membentuk sistem biner 10 bit.

 Sistem biner yang untuk menginterpretasi posisi yang diberikan oleh absolute encoder dapat menggunakan kode gray atau kode biner biasa, tergantung dari pola cincin yang digunakan. Untuk lebih jelas, kita lihat contoh absolut encoder yang hanya tersusun dari 4 buah cincin untuk membentuk kode 4 bit. Apabila encoder ini dihubungkan pada poros, maka photo-transistor akan mengeluarkan sinyal persegi sesuai dengan susunan cincin yang digunakan. Gambar 5 dan 6 menunjukkan contoh perbedaan diagram keluaran untuk absolute encoder tipe gray code dan tipe binary code.

Contoh diagram keluaran absolut encoder 4-bit tipe gray code

Dengan absolute encoder 4-bit ini maka kita akan mendapatkan 16 informasi posisi yang berbeda yang masing-masing dinyatakan dengan kode biner atau kode gray tertentu. Tabel 1 menyatakan posisi dan output biner yang bersesuaian untuk absolut encoder 4-bit. Dengan membaca output biner yang dihasilkan maka posisi dari poros yang kita ukur dapat kita ketahui untuk diteruskan ke rangkaian pengendali. Semakin banyak bit yang kita pakai maka posisi yang dapat kita peroleh akan semakin banyak.

Contoh diagram keluaran absolut encoder 4-bit tipe binary code

Output biner dan posisi yang bersesuaian pada absolute encoder 4-bit

Kelebihan Absolute Encoder

1. Mengingat posisinya setelah pemadaman listrik dan menawarkan pemantauan posisi  berkelanjutan.

2. Biasanya memiliki fungsi speed, scaling, preset, dan fieldbus.

3. Memungkinkan Anda untuk menentukan posisi yang tepat dari suatu mesin dan     mengendalikan penyimpanan data elektronik.

4. Beberapa opsi antarmuka: Analog, Ethernet, Fieldbus, Paralel, Serial.

5. Single-turn dan opsi revolusi multi-turn tersedia.

6. Prinsip pengukuran magnetik.

7. Encoder absolut memiliki resolusi hingga 16 bit, atau 65.536 pulsa per revolusi (PPR). 

4.Percobaan [back]

Prinsip Kerja:

Bagian trigger pada IC 555 memberikan trigger atau perintah dimulai ke ic 555, Vcc pada IC 555 menginputkan tegangan sebesar 5 volt. Terjadi pembagian arus ke R1, C1, dan Motor.

C1 paralel dengan Vcc IC 555 sehingga tegangan di C1 adalah 5 volt, dan diteruskan ke ground. Arus yang masuk ke R1 diteruskan ke potensiometer dan pembagi arus ke R2 dan D1, dan masuk ke C2 yang selanjutnya diteruskan ke ground. Tegangan pada Control Voltage masuk ke C3 yang nilainya  3.33 V karena nilai control voltage biasanya 2/3 V dan arus pada C3 masuk ke motor dan ground.

pin Q yang merupakan output dihubungkan ke R3 dan D2 yang nilainya positif. Tegangan masuk ke motor dari Vcc dan tegangan dari C3 sehingga motor Aktif dan tegangan di motor sama dengan tegangan di Vcc dan C1.

5.Video [back]

6.Link Download [back]
Datasheet IC NE555 - download
Rangkaian Proteus - download
Video Simulasi - download
File Html - download