Сигнал с фотодиодов усиливается операционными усилителями (обычно) и подается в логическое устройство.
Логика определения направления вращения ручки проста, достаточно при перепаде логического "1" в логический "0" на выходе оптопары 1 следить за уровнем сигнала на оптопаре 2. Если там "1" - ручку крутят по часовой стрелке (шаг вверх), если там "0" - ручку крутят против часовой стрелки (шаг вниз).
Сложность изготовления заключается в большом количестве токарных и фрезерных работ, изготовлении диска с количеством секторов более 20, и в подстройке положения оптопар. Многие берут оптический механизм от компьютерных "мышей". В этом случае единственная сложность - разобрать мышку, пометить цоколевку диодов и смонтировать в своем устройстве механику.
Количество шагов моего экземпляра было 34, что даст при шаге в 25 Кгц 850 Кгц на оборот или 425 Кгц при шаге в 12,5 Кгц. Так же выяснилось, что уровней с "мышиных" фотодиодов достаточно, чтобы переключать логические элементы КМОП без усилителей на ОУ.
Мыши бывают с обычными фотодиодами и сдвоенными. Сдвоенные фотодиоды имеют общий анод и не подойдут для нашей цели (хотя можно извратиться).
В таком виде валкодер можно использовать для управления каким-либо устройством. В моем случае я не захотел усложнять программу и поставил небольшой дешифратор на 561ЛА7 (который придумал Игорь, RA9UWD, за бутылкой пива):
На вход подаем импульсы с оптопар, на выходе: при вращении ручки на одном из выходов присутствует последовательность импульсов, на другом выходе стоит логическая "1". При вращении ручки в другую сторону выходы меняются местами. В таком виде валкодер может управлять последовательно включенными счетчиками на 155ИЕ6 (ИЕ7) или моим блоком управления "маяком". Выходы валкодера подключаются на место (или вместе) кнопок "вверх" и "вниз". Диоды остаются как и в исходном варианте.
Гетеродины и задающие генераторы современных приемников и радиолюбительских трансиверов сегодня все чаще делают на основе синтезаторов частоты с микроконтроллерным управлением. Однако настраивать такой приемник на станцию, набирая значение частоты на клавиатуре, очень неудобно, а для плавной перестройки (точнее, дискретной с очень мелким шагом, имитирующей обычную аналоговую) необходим точный преобразователь угла поворота ручки настройки в цифровой код - так называемый валкодер.
Стоимость этого прецизионного устройства нередко превосходит цену всех остальных деталей синтезатора вместе взятых. Тем не менее, радиолюбителю из Германии Steffen Braun, DJ5AM удалось из деталей неисправной компьютерной "мыши" изготовить простой и дешевый, но вполне подходящий для любительского применения валкодер .
Вращательное движение шара компьютерной мыши внутри нее воспринимают два оптоэлектронных датчика угла поворота. Генерируемые ими импульсы поступают в компьютер, обрабатываются им и управляют перемещением курсора относительно осей X и Y экрана монитора. Основной принцип - преобразование угла поворота в число импульсов вполне подходит для валкодера, к тому же каждый из датчиков "мыши" снабжен двумя соответствующим образом расположенными чувствительными элементами, что позволяет определить не только угол, но и направление поворота.
Приступая к работе, необходимо вскрыть корпус "мыши" и убедиться, что пластмассовый подшипник, в котором вращается вал датчика, находится между контактирующей с обрезиненным шаром утолщенной частью вала и диском с прорезями. У многих "мышей" это не так - вал укреплен в двух подшипниках, расположенных по его концам. Такая конструкция для наших целей непригодна. Утолщенная часть (головка) вала диаметром приблизительно 4 мм должна быть достаточно длинной для установки ручки настройки. Расстояние от головки до диска должно быть не менее 15 мм.
Из "мыши" извлекают детали одного из двух имеющихся в ней датчиков: диск с прорезями и его вал вместе с пластмассовой втулкой-подшипником, выпиливают лобзиком часть печатной платы с двумя оптопарами (каждая из них - находящиеся друг против друга излучающий диод ИК-диапазона и воспринимающий его излучение фототранзистор). Нужные детали показаны на рис. 1, о сохранности остальных можно не беспокоиться.
Для крепления валкодера к передней панели приемника или трансивера потребуется еще одна деталь - алюминиевая втулка с наружной резьбой и гайкой от переменного резистора. В отверстие втулки пропускают вал датчика. Возможно для этой операции пластмассовый подшибник в котором крепится вал, придется обточить напильником, а алюминиевую втулку - укоротить, чтобы на выступающую из нее головку вала можно было насадить ручку настройки.
Выпаивать оптопары из печатной платы "мыши" не следует, чтобы не повредить их. Отделенную от платы часть с оптопарами крепят эпоксидным клеем или другим способом к втулке-подшипнику таким образом, чтобы оптопары заняли прежнее положение относительно диска. До окончательного затвердевания клея следует убедиться, что диск легко вращается.
Излучающие диоды и фототранзисторы "мыши" внешне очень схожи. Различить их можно, проследив печатные проводники на плате. Излучатели обычно соединены последовательно. Эту цепь необходимо сохранить и подключить ее через гасящий резистор к источнику питания. Номинал резистора выбирают исходя из тока через диоды не более 5 мА. Чаще всего подходит 1 кОм.
Далее выводы омметра, установленного на предел измерения 100 кОм, подключают к коллектору и эмиттеру одного из фототранзисторов и, медленно вращая диск, убеждаются, что показания прибора резко уменьшаются при каждом освещении фототранзистора излучающим диодом через прорезь в диске.
Если это не так, возможно, выводы коллектора и эмиттера определены неправильно и полярность подключения к ним омметра нужно изменить.
На результат может повлиять и слишком яркое внешнее освещение, поэтому работу следует выполнять в тени. Таким же образом проверяют фототранзистор второй оптопары.
Схема электронной части валкодера показана на рис. 2. Микросхемы DD1 и DD2 имеют отечественные аналоги: 4093 - К561ТЛ1, 4013 - К561ТМ2.
Импульсы с коллекторов фототранзисторов BL1, BL2 поступают на входы формирователей - триггеров Шмитта DD1.1 и DD1.2 и далее - на входы С и D триггера DD2.1.
Так как в зависимости от направления вращения вала изменяется очередность прихода импульсов на входы триггера, последний устанавливается в одно из двух устойчивых состояний.
Соответствие между логическим уровнем на выходе триггера и направлением вращения определяют экспериментально. Импульсы с выхода элемента DD1.1 служат счетными - их число пропорционально углу поворота вала.
Микросхемы DD1, DD2 и прочие элементы соединяют согласно схеме жесткими проводами и выводами, всю сборку приклеивают к механическим узлам валкодера.
Внешний вид этой конструкции показан на рис. 3. Если валкодер послужит частью более сложного изделия, микросхемы DD1 и DD2 могут быть установлены на его печатной плате.
Steffen Braun (DJ5AM)
Литература: 1. Braun S. "Aus die Maus": Inkrementale Drehgeber - einfach realisiert. - Funkamateur, 2002, № 4, S. 362, 363. 2. Долгий А. "Мышь": Что внутри и чем питается. - Радио, 1996, № 9, с. 28-30.
Сигнал с фотодиодов усиливается операционными усилителями (обычно) и подается в логическое устройство.
Логика определения направления вращения ручки проста, достаточно при перепаде логического "1" в логический "0" на выходе оптопары 1 следить за уровнем сигнала на оптопаре 2. Если там "1" - ручку крутят по часовой стрелке (шаг вверх), если там "0" - ручку крутят против часовой стрелки (шаг вниз).
Сложность изготовления заключается в большом количестве токарных и фрезерных работ, изготовлении диска с количеством секторов более 20, и в подстройке положения оптопар. Многие берут оптический механизм от компьютерных "мышей". В этом случае единственная сложность - разобрать мышку, пометить цоколевку диодов и смонтировать в своем устройстве механику.
Количество шагов моего экземпляра было 34, что даст при шаге в 25 кГц 850 кГц на оборот или 425 кГц при шаге в 12,5 кГц. Так же выяснилось, что уровней с "мышиных" фотодиодов достаточно, чтобы переключать логические элементы КМОП без усилителей на ОУ.
Мыши бывают с обычными фотодиодами и сдвоенными. Сдвоенные фотодиоды имеют общий анод и не подойдут для нашей цели (хотя можно извратиться).
В таком виде валкодер можно использовать для управления каким-либо устройством. В моем случае я не захотел усложнять программу и поставил небольшой дешифратор на 561ЛА7 (который придумал Игорь, RA9UWD, за бутылкой пива):
На вход подаем импульсы с оптопар, на выходе: при вращении ручки на одном из выходов присутствует последовательность импульсов, на другом выходе стоит логическая "1". При вращении ручки в другую сторону выходы меняются местами. В таком виде валкодер может управлять последовательно включенными счетчиками на 155ИЕ6 (ИЕ7) или моим блоком управления "маяком". Выходы валкодера подключаются на место (или вместе) кнопок "вверх" и "вниз". Диоды остаются как и в исходном варианте.
Гетеродины и задающие генераторы современных приемников и радиолюбительских трансиверов сегодня все чаще делают на основе синтезаторов частоты с микроконтроллерным управлением. Однако настраивать такой приемник на станцию, набирая значение частоты на клавиатуре очень неудобно, а для плавкой перестройки (точнее, дискретной с очень мелким шагом, имитирующей обычную аналоговую) необходим точный преобразователь угла поворота ручки настройки в цифровой код - так называемый валкодер. Стоимость этого прецизионного устройства нередко превосходит цену всех остальных деталей синтезатора вместе взятых. Тем не менее радиолюбителю из Германии (Steffen Braun, DJ5AM) удалось из деталей неисправной компьютерной "мыши" изготовить простой и дешевый, но вполне подходящий для любительского применения валкодер.
Вращательное движение шара компьютерной мыши внутри нее воспринимают два оптоэлектронных датчика угла поворота. Генерируемые ими импульсы поступают в компьютер, обрабатываются им и управляют перемещением курсора относительно осей X и Y экрана монитора. Основной принцип - преобразование угла поворота в число импульсов вполне подходит для валкодера, к тому же каждый из датчиков "мыши" снабжен двумя соответствующим образом расположенными чувствительными элементами, что позволяет определить не только угол, но и направление поворота. Подробнее прочитать об устройстве и работе этих датчиков можно в (в оригинале - ссылка на статью в малодоступном отечественному читателю немецком журнале Мы заменили ее статьей из нашего журнала. - Ред.).
Приступая к работе, необходимо вскрыть корпус "мыши" и убедиться, что пластмассовый подшипник, в котором вращается вал датчика, находится между контактирующей с обрезиненным шаром утолщенной частью вала и диском с прорезями. У многих "мышей" это не так - вал укреплен в двух подшипниках, расположенных по его концам. Такая конструкция для наших целей непригодна. Утолщенная часть (головка) вала диаметром приблизительно 4 мм должна быть достаточно длинной для установки ручки настройки. Расстояние от головки до диска должно быть не менее 15 мм.
Из "мыши" извлекают детали одного из двух имеющихся в ней датчиков: диск с прорезями и его вал вместе с пластмассовой втулкой-подшипником, выпиливают лобзиком часть печатной платы с двумя оптопарами (каждая из них - находящиеся друг против друга излучающий диод ИК-диапаэона и воспринимающий его излучение фототранзистор) Нужные детали показаны на рис. 1, о сохранности остальных можно не беспокоиться.
Для крепления валкодера к передней панели приемника или трансивера потребуется еще одна деталь - алюминиевая втулка с наружной резьбой и гайкой от переменного резистора. В отверстие втулки пропускают вал датчика. Возможно для выполнения этой операции пластмассовый подшипник, в котором вращается вал. придется обточить напильником, а алюминиевую втулку - укоротить, чтобы на выступающую из нее головку вала можно было насадить ручку настройки.
Выпаивать оптопары из печатной платы "мыши" не следует, чтобы не повредить их. Отделенную от платы часть с оптопарами крепят эпоксидным клеем или другим способом к втулке-подшипнику таким образом, чтобы оптопары заняли прежнее положение относительно диска. До окончательного затвердевания клея следует убедиться, что диск легко вращается.
Излучающие диоды и фоготранзисторы "мыши" внешне очень схожи. Различить их можно, проследив печатные проводники на плате. Излучатели обычно соединены последовательно. Эту цепь необходимо сохранить и подключить ее через гасящий резистор к источнику питания. Номинал резистора выбирают исходя из тока через диоды не более 5 мА. Чаще всего подходит 1 кОм.
Далее выводы омметра, установленного на предел измерения 100 кОм, подключают к коллектору и эмиттеру одного из фототранзисторов и, медленно вращая диск, убеждаются, что показания прибора резко уменьшаются при каждом освещении фототранзистора излучающим диодом через прорезь в диске. Если это не так. возможно, выводы коллектора и эмиттера определены неправильно и полярность подключения к ним омметра нужно изменить. На результат может повлиять и слишком яркое внешнее освещение, поэтому работу следует выполнять а тени. Таким же образом проверяют фото транзистор второй оптопары.
Схема электронной части валкодера показана на рис. 2. Микросхемы DD1 и DD2 имеют отечественные аналоги: 4093-К561ТЛ1, 4013-К561ТМ2. Импульсы с коллекторов фототранзисторов BL1, BL2 поступают на входы формирователей - триггеров Шмитта DD1.1 и DD1.2 и далее - на входы С и D триггера DD2.1. Так как в зависимости от направления вращения вала изменяется очередность прихода импульсов на входы триггера, последний устанавливается в одно из двух устойчивых состояний. Соответствие между логическим уровнем на выходе триггера и направлением вращения определяют экспериментально. Импульсы с выхода элемента DD1.1 служат счетными - их число пропорционально углу поворота вала.
Микросхемы DD1, DD2 и прочие элементы соединяют согласна схеме жесткими проводами и выводами, всю сборку приклеивают к механическим узлам валкодера. Внешний вид этой конструкции показан на рис. 3. Если ваякодер послужит частью более сложного изделия, микросхемы DD1 и DD2 могут быть установлены на его печатной плате.
ЛИТЕРАТУРА
- Braun S. "Aus die Maus": Inkrementale Drehgeber - einfash realisiert. - Funkamateur, 2002, № 4, S. 362, 363.
- Долгий А. "Мышь": Что внутри и чем питается. - Радио. 1996. № 9. с. 28-30.
Приветик!
Ща я вам как расскажу, как устроен валкодер. Да проще некуда.
В самом простом механическом валкодере есть три контакта, один общий и два сигнальных.
Валкодеры сейчас можно встретить почти повсеместно, в музыкальных центрах, автомагнитолах, и прочей бытовой мишуре.
Проще можно пояснить действие валкодера таблицей истинности:
На всякий случай приклею график:
Сигналы с валкодера поступают со сдвигом фазы в 90 градусов.
То есть за один щелчок валкодер проходит все пять пунктов согласно таблице. Обычно один из сигналов (VAL0,VAL1) используется для счёта импульсов, а второй для определения направления. Например, при вращении ручки валкодера вправо, в момент появления напряжения на VAL0, на VAL1 его ещё нет. А при вращении ручки влево, в момент появления напряжения на VAL0, на VAL1 оно уже присутствует. То есть можно определить направление вращения, и сосчитать количество импульсов во время поворота ручки валкодера. Отсюда можно предложить следующую схему валкодера:
Здесь может быть использовано два щелевых оптрона, например АОТ147Б, можно использовать светодиод и сдвоенный фототранзистор из старой шариковой мышки. Оттуда же можно взять колесо со «щёлками».
А теперь о схеме подробнее. На транзисторах VT1 и VT2 собрана схема, укорачивающая импульсы VAL0, потому как самодельный оптический валкодер, как правило, не имеет фиксации в нейтральном положении, и что будет, если будет открыт верхний оптрон, программа в МК или будет бесконечно считать, или попросту зависнет, ожидая снятия напряжения с VAL0. Для этого и была введена данная укорачивающая схема, длина импульса выбирается, подборкой C1 и R5, достаточная для того, чтобы МК смог зафиксировать импульс.
В принципе данную схему можно собрать и на цифровой микросхеме, что, по-моему, даже лучше:
На элементах DD1.1 и DD1.4 собран аналог транзисторной схемы, а свободные элементы DD1.2 и DD1.3 применены в качестве буферных элементов. Это, конечно же, не универсальная схема, так что пробуйте, экспериментируйте.
Желаю удачи всем!!!
