Arduino Drehgeber meistern: Umfassender Leitfaden zu Setup, Typen & Anwendungen

Arduino-Drehgeber (Rotary Encoder) finden sich in CNC-Maschinen, Robotik und Druckern aufgrund ihrer robusten Bauweise und feinen digitalen Steuerung.

Arbeiten Sie an einem Arduino-Drehgeber-Projekt und benötigen Hilfe? Sie sind hier richtig.

Heute betrachten wir den Drehgeber: Konfiguration, Typen, Funktionsweise, Beispiele und Anwendungen.

Was ist ein Drehgeber?

Abb. 1: Ein Drehgeber

Ein elektromechanischer Positionssensor, der die Winkelposition oder Bewegung einer Welle oder Achse erfasst. Er wandelt die Winkeldaten in digitale oder analoge Ausgangssignale um.

Drehgeber Pinbelegung

Abb. 2: Drehgeber Pinout

• VCC – Versorgungsspannung 3,3 V oder 5 V
• GND – Masse
• SW – Aktiver Low-Taster
• CLK (Output A) – Ausgangsimpuls zur Drehrichtungserkennung
• DT (Output B) – Hinkt CLK um 90° hinterher, bestimmt Drehrichtung

Typen von Drehgebern

Abb. 3: Gray-Code-Absoluter Drehgeber mit 13 Spuren

Quelle: Wikimedia

Absoluter Encoder

Besteht aus Fotodetektor, Lichtquelle, Scheibe und Signalaufbereiter. Behält Positionsinformationen bei Stromausfall und setzt sie bei Wiederkehr fort. Die Beziehung zwischen physischer Position der Maschine und Encoder-Wert wird bei Montage festgelegt. Kein Rückfahren zum Kalibrierpunkt nötig.

Inkrementeller Encoder

Beginnt bei Null beim Einschalten und meldet sofort Positionsänderungen. Behält aber keine absolute Position. Sie müssen ein Messsystem auf einen festen Referenzpunkt bewegen, um die Positionsmessung zu starten.

Wie funktioniert ein Drehgeber?

Abb. 4: Funktionsweise eines Drehgebers

Er hat zwei Kontaktstifte A und B sowie einen gemeinsamen Masse-Pin C. Dreht man den Knopf, berühren A und B in Drehreihenfolge Pin C und erzeugen Signale. Diese sind um 90° phasenverschoben (Quadraturcodierung).

Im Uhrzeigersinn verbindet sich zuerst A, dann B mit Masse. Gegen den Uhrzeigersinn umgekehrt. Durch Erfassen der Anschluss-/Trennvorgänge an Masse lässt sich die Drehrichtung bestimmen.

Wie wählt man einen Drehgeber?

Inkrementell oder Absolut?

Wählen Sie nach besserem Kosten-Kapazitäts-Verhältnis oder ob der Encoder beim Start zum Nullpunkt zurückkehrt. Auch Rauschtoleranz und Höchstgeschwindigkeit sind Kriterien.

Welche Auflösung wird benötigt?

Passend zur geforderten Präzision und Gerätekosten. Wählen Sie eine Auflösung von ½ bis ¼ der Maschinenpräzision.

Abmessungen

Berücksichtigen Sie den Wellentyp (hohl oder massiv) bezüglich Montageplatz.

Zulässige Wellenbelastung

Montagemethoden beeinflussen Wellenlast und mechanische Lebensdauer.

Maximale Drehzahl

Wählen Sie unter Berücksichtigung der maximalen mechanischen Drehzahl im Einsatz.

Maximale Ansprechfrequenz

Basierend auf der maximalen Wellendrehzahl im Verbund. Formel: Max. Ansprechfrequenz = (Umdrehungen RPM / 60) × Auflösung. Wählen Sie mit Sicherheitsmarge.

Schutzart

Modellwahl je nach Staub, Öl, Wasser in der Arbeitsumgebung:

• Nur Staub: IP50
• Wasser/Öl: IP52 (f), IP64 (f)
• Öl: Öldichte Modelle wählen

Anlaufmoment der Welle

Anlaufmoment berücksichtigen.

Ausgangsschaltungstyp

Signal-Frequenz, Übertragungsdistanz, Störungen, Anschlussgerät beachten.

Vor- & Nachteile von Drehgebern

Abb. 5: Schrittmotor & Timing-Riemenscheibe für 3D-Drucker & CNC

Vorteile

• Hohe Auflösung
• Kostengünstiges Feedback
• Hohe Genauigkeit & Zuverlässigkeit
• Kompakt
• Kombiniert digitale & optische Technologie

Nachteile

• Funk- & Magnetfelder stören magnetische Encoder
• Direktes Licht stört optische Encoder
• Empfindlich gegen Öl, Schmutz, Staub

Arduino Drehgeber Beispiele

Grundlegendes Beispiel

Benötigt: Arduino Board, LCD, Potentiometer, Verbindungsdrähte, Breadboard. Verdrahtung wie folgt:

Modul +V an Arduino 5V, Masse anschließen. CLK an Digitalpin 2, DT an Digitalpin 3.

Schrittmotor per Drehgeber steuern

Benötigt: Arduino Board, Schrittmotor + Treiberboard, Drehgeber, Breadboard.

Encoder GND an Arduino GND, + an Arduino 5V. DT an Analogpin 5, CLK an Analogpin 4.

Servomotor per Drehgeber steuern

Drehgeber sind entscheidend für Projekte, die präzise Objektpositionen benötigen (z. B. Roboterarm).

Braun/Schwarz (Servo) an Masse. Rot an 5V. Orange/Gelb an PWM-Pin 9.

Fazit

Wie gezeigt, lassen sich Drehgeber mit Arduino für viele Projekte nutzen. Sie sind einfach, vielseitig und günstig. Für Projektunterstützung oder Klärungsbedarf kontaktieren Sie uns.