Encoders e Sensores de Velocidade

O que são encoders e sensores de velocidade?

Encoders e sensores de velocidade são dispositivos que transformam movimento mecânico em sinais elétricos que podem ser contados e interpretados por um sistema eletrônico. Esses sinais permitem identificar rotação, velocidade, deslocamento ou passagem de objetos.

A categoria reúne encoders incrementais, chaves ópticas para leitura de discos encoder e discos utilizados em projetos de robótica. Embora estejam relacionados, esses produtos cumprem funções diferentes dentro do sistema de medição.

O encoder completo possui um mecanismo próprio para gerar pulsos durante o movimento. A chave óptica precisa trabalhar em conjunto com um disco, roda ou elemento mecânico que interrompa seu feixe. Já o disco encoder é um componente mecânico e depende de um sensor para realizar a leitura.

Para que servem os encoders?

Encoders são utilizados quando um sistema precisa transformar movimento em pulsos elétricos. O controlador conta esses pulsos e, com a lógica adequada, pode determinar informações sobre o movimento.

Entre as aplicações possíveis estão:

• contagem de rotações;
• medição de velocidade;
• detecção da passagem de objetos;
• monitoramento de eixos e motores;
• controle de deslocamento;
• identificação de posição relativa;
• acompanhamento do movimento de rodas;
• projetos de carrinhos robóticos;
• sistemas eletrônicos de contagem.

A função disponível depende da construção do sensor e do processamento realizado pelo controlador. O componente fornece os pulsos, mas o cálculo de velocidade ou deslocamento geralmente é feito pelo circuito ou software do projeto.

Como funciona um encoder incremental?

Um encoder incremental gera uma sequência de pulsos conforme ocorre o movimento. Cada pulso representa uma fração da rotação ou do deslocamento monitorado.

A quantidade de pulsos por volta influencia a resolução da leitura. Quanto maior a quantidade de pulsos gerados durante uma rotação, maior pode ser o detalhamento disponível para o sistema de controle.

O encoder incremental normalmente informa a variação de posição, e não uma posição absoluta armazenada. Por isso, o equipamento controlador deve acompanhar e contar os pulsos produzidos durante o funcionamento.

Na categoria há um encoder incremental rotativo de 600 pulsos, além de soluções ópticas destinadas à construção de sistemas de contagem e velocidade. As características elétricas e mecânicas devem ser verificadas individualmente.

Como funcionam as chaves ópticas para encoder?

A chave óptica possui um emissor e um receptor posicionados um de frente para o outro, separados por uma abertura. Quando um disco encoder ou outro objeto interrompe o feixe, o estado do sensor é alterado.

Ao girar, as áreas abertas e fechadas do disco passam pela chave óptica e geram uma sequência de pulsos. O controlador pode contar esses pulsos e relacioná-los ao movimento do sistema.

A categoria possui chaves ópticas com aberturas diferentes, incluindo modelos indicados para discos ou elementos de 5 mm, 6 mm e 10 mm. A dimensão da abertura deve ser compatível com a peça que passará pelo sensor.

Para que serve um disco encoder?

O disco encoder é utilizado para criar interrupções regulares durante a rotação. Ele normalmente apresenta áreas que permitem ou bloqueiam a passagem de luz na chave óptica.

O disco não realiza a medição sozinho. Para formar o sistema de leitura, ele precisa ser utilizado com um sensor óptico compatível, além de um circuito ou controlador capaz de contar os pulsos.

Em projetos de carrinhos robóticos, o disco pode ser instalado junto à roda ou ao eixo. Com a leitura dos pulsos, o sistema pode estimar a quantidade de voltas, o deslocamento e a velocidade, desde que o software esteja corretamente configurado.

Para outros componentes de movimentação, consulte também Robótica e Motores.

Encoder completo ou chave óptica: qual escolher?

O encoder incremental completo pode ser mais apropriado quando o projeto precisa de um dispositivo pronto para ser acoplado a um eixo. Antes da escolha, devem ser verificadas as dimensões do eixo, a alimentação, a quantidade de pulsos e a interface elétrica.

A chave óptica é indicada para projetos nos quais o usuário desenvolverá o próprio sistema mecânico de leitura. Ela exige um disco ou elemento que interrompa o feixe e pode oferecer maior liberdade para a montagem.

O disco encoder é um acessório para esse segundo tipo de solução. Sua compatibilidade depende do sensor óptico, das dimensões e da instalação mecânica. Uma alternativa não é universalmente melhor que a outra: a decisão depende do nível de montagem desejado, da resolução necessária e da estrutura mecânica do projeto.

Como calcular velocidade usando os pulsos?

A velocidade pode ser calculada observando quantos pulsos são recebidos durante determinado intervalo de tempo. Para isso, o sistema precisa conhecer a relação entre os pulsos e o movimento realizado.

Em um movimento rotativo, o cálculo normalmente considera a quantidade de pulsos por volta. Em um carrinho robótico, também pode ser necessário conhecer o diâmetro ou a circunferência da roda.

O sensor fornece o sinal, enquanto o Arduino, microcontrolador ou circuito de controle realiza a contagem e o cálculo. A programação precisa considerar a frequência dos pulsos e a resolução necessária.

Compatibilidade com Arduino e outros controladores

As chaves ópticas e os encoders podem ser utilizados com Arduino e outros controladores quando seus sinais e níveis elétricos forem compatíveis.

Antes da integração, verifique:

• tensão de alimentação;
• tipo e tensão da saída;
• quantidade de canais;
• frequência máxima dos pulsos;
• necessidade de resistores ou circuitos auxiliares;
• quantidade de pulsos por rotação;
• capacidade do controlador de acompanhar os pulsos.

Em aplicações com pulsos rápidos, pode ser necessário utilizar entradas capazes de trabalhar com interrupções. A implementação depende do controlador e do encoder selecionados.

Placas para o desenvolvimento desses projetos podem ser encontradas em Arduino, ESP e Plataformas.

Como escolher um encoder ou sensor de velocidade?

A escolha deve começar pelo tipo de movimento que será monitorado. Para um eixo rotativo, um encoder completo pode facilitar a instalação. Para rodas de robôs ou mecanismos personalizados, uma chave óptica combinada com disco encoder pode ser mais adequada.

Observe principalmente:

• tipo de produto: encoder, chave óptica ou disco;
• dimensões do eixo ou abertura do sensor;
• quantidade de pulsos;
• tensão de alimentação;
• características do sinal de saída;
• velocidade máxima do movimento;
• resolução necessária;
• condições da instalação mecânica;
• compatibilidade com o controlador.

Também é importante verificar se o produto é um sensor completo ou apenas parte do sistema de leitura. Um disco encoder, por exemplo, precisa de um sensor e de um controlador para produzir uma medição utilizável.

Dúvidas frequentes sobre encoders e sensores de velocidade

Qual é a diferença entre encoder e sensor de velocidade?

O encoder gera pulsos relacionados ao movimento. A velocidade é obtida quando o controlador conta esses pulsos durante um intervalo de tempo. Por isso, um encoder pode fazer parte de um sistema de medição de velocidade.

Um disco encoder funciona sozinho?

Não. O disco precisa ser utilizado com uma chave óptica ou outro sensor compatível, além de um circuito capaz de processar os pulsos.

Para que serve a quantidade de pulsos do encoder?

A quantidade de pulsos indica quantas transições podem ser geradas durante o movimento. Esse valor influencia a resolução disponível para medir rotação ou deslocamento.

Encoder funciona com Arduino?

Pode funcionar, desde que a alimentação, os níveis do sinal e a frequência dos pulsos sejam compatíveis com a placa e com o circuito utilizado.

Como medir a velocidade de uma roda robótica?

É necessário contar os pulsos produzidos pelo encoder durante um intervalo de tempo e relacioná-los à quantidade de pulsos por volta e às dimensões da roda.

Qual abertura de chave óptica escolher?

A abertura precisa ser compatível com a espessura e as dimensões do disco ou elemento que passará pelo sensor. Nesta categoria existem modelos relacionados a medidas de 5 mm, 6 mm e 10 mm.