Схема тахометр электроника цат 01 схема
Обновлено: 30.06.2024
Добрый день.
Выношу на Ваше рассмотрение схему простенького цифрового тахометра на AVR ATtiny2313, КР514ИД2, и оптопаре спроектированного мною.
Сразу оговорюсь: аналогичных схем в интернете много. У каждой реализации свои плюсы и минусы. Возможно, кому-то мой вариант подойдет больше.
Начну, пожалуй, с тех. задания.
Задача: нужно сделать цифровой тахометр для контроля оборотов электрического двигателя станка.
Вводные условия: Есть готовый реперный диск на 20 отверстий от лазерного принтера. В наличии много оптопар от сломанных принтеров. Средние (рабочие) обороты 4 000-5 000 оборотов/минуту. Погрешность отображаемых результатов не должна превышать ± 100 оборотов.
Ограничение: питание для блока управление составляет 36В (тахометр будет установлен в один корпус с блоком управления – об этом ниже).
Маленькое лирическое отступление. Это станок моего друга. На станке установлен электромотор PIK-8, обороты которого контролируются согласно найденной в интернете и модифицированной схеме. По просьбе друга и был разработан простенький тахометр для станка.
Изначально в схеме планировалось применить ATMega16, но рассмотрев условия, решено было ограничиться ATtiny2313, работающего от внутреннего (RC) генератора на частоте 4 Мгц.
Общая схема выглядит следующим образом:
При необходимости внесения изменений в прошивку тахометра на плате предусмотрен разъем ISP.
На схеме подтягивающий резистор R12, номиналом 30 кОм, подобран опытным путём для конкретной оптопары. Как показывает практика – для разных оптопар он может отличаться, но среднее значение в 30 кОм должно обеспечить устойчивую работу для большинства принтерных оптопар. Согласно документации к ATtiny2313, величина внутреннего подтягивающего резистора составляет от 20 до 50 кОм в зависимости от реализации конкретной партии микроконтроллеров, (стр. 177 паспорта к ATtiny2313), что не совсем подходит. Если кто захочет повторить схему, может для начала включать внутренний подтягивающий резистор, возможно у Вас, для Вашей оптопары и вашего МК работать будет. У меня, для моего набора не заработало.
Так выглядит типичная оптопара от принтера.
Светодиод оптопары запитан через ограничивающий резистор на 1К, который я разместил непосредственно на плате с оптопарой.
Для фильтрации пульсаций напряжения на схеме два конденсатора, электролитический на 220 мкФ х 25В (что было под рукой) и керамический на 0,1 мкФ, (общая схема включения микроконтроллера взята из паспорта ATtiny2313).
Для защиты от пыли и грязи плата тахометра покрыта толстым слоем автомобильного лака.
Замена компонентов.
Можно применить любой светодиодный индикатор на четыре цифры, либо два сдвоенных, либо четыре поодиночных. На худой конец, собрать индикатор на отдельных светодиодах.
Вместо КР514ИД2 можно применить КР514ИД1 (которая содержит внутри токоограничивающие резисторы), либо 564ИД5, К155ПП5, К155ИД9 (при параллельном соединении между собой ножек одного сегмента), или любой другой преобразователь двоичного в семисегментный (при соответствующих изменениях подключения выводов микросхем).
Транзисторы VT1-VT4 – любые слаботочные, работающие в режиме ключа.
Принцип работы основан на подсчете количества импульсов полученных от оптопары за одну секунду и пересчет их для отображения количества оборотов в минуту. Для этого использован внутренний счетчик Timer/Counter1 работающий в режиме подсчета импульсов поступающих на вход Т1 (вывод PD5 ножка 9 МК). Для обеспечения стабильности работы, включен режим программного подавления дребезга. Отсчет секунд выполняет Timer/Counter0 плюс одна переменная.
Расчет оборотов, на чем хотелось бы остановиться, происходит по следующей формуле:
M = (N / 20) *60,
где M – расчетные обороты в минуту (60 секунд), N – количество импульсов от оптопары за одну секунду, 20 – число отверстий в реперном диске.
Итого, упростив формулу получаем:
M = N*3.
Но! В микроконтроллере ATtiny2313 отсутствует функция аппаратного умножения. Поэтому, было применено суммирование со смещением.
Для тех, кто не знает суть метода:
Число 3 можно разложить как
3 = 2+1 = 2 1 + 2 0 .
Если мы возьмем наше число N сдвинем его влево на 1 байт и приплюсуем еще одно N сдвинутое влево на 0 байт – получим наше число N умноженное на 3.
В прошивке код на AVR ASM для двухбайтной операции умножения выглядит следующим образом:
Mul2bytes3:
CLR LoCalcByte //очищаем рабочие регистры
CLR HiCalcByte
mov LoCalcByte,LoInByte //грузим значения полученные из Timer/Counter1
mov HiCalcByte,HiInByte
CLC //чистим быт переноса
ROL LoCalcByte //сдвигаем через бит переноса
ROL HiCalcByte
CLC
ADD LoCalcByte,LoInByte //суммируем с учетом бита переноса
ADC HiCalcByte,HiInByte
ret
Проверка работоспособности и замер точности проводился следующим образом. К вентилятору компьютерного куллера был приклеен картонный диск с двадцатью отверстиями. Обороты куллера мониторились через BIOS материнской платы и сравнивались с показателями тахометра. Отклонение составило порядка 20 оборотов на частоте 3200 оборотов/минуту, что составляет 0,6%.
Вполне возможно, что реальное расхождение составляет меньше 20 оборотов, т.к. измерения материнской платы округляются в пределах 5 оборотов (по личным наблюдениям для одной конкретной платы).
Верхний предел измерения 9 999 оборотов в минуту. Нижний предел измерения, теоретически от ±10 оборотов, но на практике не замерялся (один импульс от оптопары в секунду дает 3 оборота в минуту, что, учитывая погрешность, теоретически должно правильно измерять скорость от 4 оборотов в минуту и выше, но на практике данный показатель необходимо завысить как минимум вдвое).
Отдельно остановлюсь на вопросе питания.
Вся схема питается от источника 5В, расчетное потребление всего устройства не превышает 300 мА. Но, по условиям ТЗ, тахометр конструктивно должен находится внутри блока управления оборотами двигателя, а к блоку от ЛАТРа поступает постоянное напряжение 36В., чтобы не тянуть отдельный провод питания, внутри блока установлена LM317 в паспортном включении, в режиме понижения питания до 5В (с ограничивающим резистором и стабилитроном для защиты от случайного перенапряжения). Логичнее было бы использовать ШИМ-контроллер в режиме step-down конвертера, на подобии МС34063, но у нас в городе купить такие вещи проблематично, поэтому, применяли то, что смогли найти.
Фотографии платы тахометра и готового устройства.
К сожалению, сейчас нет возможности сфотографировать на станке.
После компоновки плат и первой пробной сборки, коробка с устройством отправилась на покраску.
В случае, если у Вас тахометр не заработал сразу после включения, при заведомо верном монтаже:
1) Проверить работу микроконтроллера, убедится, что он работает от внутреннего генератора. Если схема собранна правильно – на циферблате должно отображаться четыре нуля.
2) Проверить уровень импульсов от оптопары, при необходимости подобрать номинал резистора R12 или заменить схему подключения оптопары. Возможен вариант обратного подключения оптотранзистора с подтяжкой к минусу, с включенным или нет внутренним подтягивающим резистором МК. Также возможно применить транзистор в ключевом (инвертирующем) режиме работы.
напряжение бортовой сети автомобиля; импульсное напряжение первичной цепи катушки зажигания; сигнал включения приборов наружного освещения. Соединение автоиндикатора с цепями электрооборудования автомобиля осуществляется посредством четырехпроводного разъема РШ2Н, расположенного на задней поверхности прибора. Автоиндикатор предназначен для эксплуатации на автомобилях, с классической контактной системой зажигания. Предприятие-изготовитель не гарантирует достоверность показаний при подключении индикатора к различным электронным (контактным и безконтактным) системам зажигания.
Основные технические характеристики
Автоиндикатор обеспечивает отображение в цифровом виде частоты вращения коленчатого вала четырехцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания в пределах от 100 до 900 об/мин с погрешностью не более +20 об/мин и от 1,0 до 6,0 тыс. об/мин с погрешностью не более +0,1 тыс. об/мин. Автоиндикатор обеспечивает отображение в цифровом виде значения напряжения бортовой сети автомобиля в пределах от 10,8 до 15,0 В с погрешностью не более +0,2 В при температуре от 0 до +35 «Си не более +0,3 В — во всем диапазоне рабочих температур. Автоиндикатор обеспечивает отображение в цифровом виде угла замкнутого состояния контактов прерывателя системы зажигания двигателя в пределах от 20 до 70° с погрешностью не более +2°, при частоте вращения коленчатого вала не более 1,0 тыс. об/мин. Угол замкнутого состояния контактов может измеряться либо для каждого цилиндра в отдельности либо в усредненном для четырех цилиндров виде. Автоиндикатор обеспечивает подачу звуковых сигналов различной тональности в следующих случаях: при частоте вращения коленчатого вала двигателя от 1,0 до 1,9 тыс. об/мин; при частоте вращения коленчатого вала двигателя 4,0 тыс. об/мин и более; при частоте вращения коленчатого вала, превышающей заданную величину; в случае, когда измеренная величина напряжения бортовой сети менее 13,2 или более 15,1 В. Звуковая сигнализация, при необходимости, может быть выключена. Автоиндикатор, при пользовании им в темное время суток, позволяет снижать яркость свечения индикатора автоматически при включении приборов наружного освещения автомобиля или вручную — с помощью клавиш управления. Питание автоиндикатора осуществляется от бортовой сети автомобиля напряжением 12 +\-2 В. Мощность, потребляемая автоиндикатором от бортовой сети, не превышает 2,0 Вт. В аварийном режиме автоиндикатор выдерживает напряжение до 18 В в течение трех часов. Габаритные размеры автоиндикатора 117,5 x 86 x 46,5 мм. Масса индикатора не более 0,2 кг.
В последнее время стала очень актуальна проблема контроля оборотов двигателя автомобиля. Ранее предложенные схемы [1, 2] имеют ряд недостатков, связанных с большим количеством элементов, большим потребляемым током и возможностью контроля оборотов двигателя только в цифровой форме.
Предлагается еще один вариант тахометра, обеспечивающего:
- контроль оборотов как в цифровой, так и в визуальной форме;
- минимальный потребляемый ток, зависящий исключительно от применяемых светодиодов;
- приемлемую точность и простоту наладки при использовании пяти ИМС серий 176 и 561.
Принципиальная схема устройства изображена на рис.1. Сигнал с датчика оборотов В1 попадает на формирователь импульсов, собранный на элементах DD6.1; DD6.2, R2, R3. Элементы С4. Rl. VD14, VD15 ограничивают сигнал датчика на уровне 9 В.
Сформированный сигнал поступает на вход счетчика, собранного на элементах DD1, DD2. Дешифраторы на ИМС DD3, DD4 преобразуют двоично-десятичный код счетчиков в код семисегментного индикатора, а также обеспечивают промежуточную память, исключая тем самым мерцание цифр во время счета. Работой устройства управляет генератор на элементах DD6.3, R5. R7, С7, VD16. Форма выходных импульсов генератора изображена на рис.2.
После подачи питания короткий импульс "записи" осуществляет запись в ИМС DD3. DD4 случайной информации. Дальше производится сброс счетчиков DD1, DD2 коротким импульсом "сброса" длительностью около 1 мкс, образованным цепочкой С8, R8, и подсчет импульсов с датчика оборотов за период 0,3 с.
За 0,03 с до истечения этого времени происходит запись в DD3, DD4 содержимого счетчиков DD1, DD2 с одновременной индикацией на индикаторе HG1 текущего числа оборотов двигателя. Операция обеспечивается коротким импульсом (=1 мкс), образованным цепочкой С9, R9.
Визуальное восприятие числа оборотов дает устройство, выполненное на ИМС DD5. Чем выше обороты, тем выше столбик горящих светодиодов. Зеленая зона — нормальное число оборотов, желтая — критическое, красная — предел. В качестве DD5 применена поликомпараторная ИМС К1003ПП1. Схема его включения и принцип работы подробно описаны в литературе [З]. Высота столбика светящихся светодиодов зависит от напряжения на выводе 17 DD5, которое зависит от частоты оборотов.
Преобразование частота-напряжение обеспечивают элементы VT1, R10. R13,C5,C6.
Конструкция и детали.
Возможная замена указанных на схеме элементов: HG1 — на любые два светодиодных индикатора с общим катодом типа АЛС324А; DD3, DD4 — на К176ИДЗ; DD1, DD2 — на К561ИЕ11 (но придется немного переделать схему и плату); VT1 — КТ315А. Г, КТ3102; КТ503; КТ645; К.Т634. Датчик оборотов представляет собой 50. 70 витков провода ПЭВ-1 00.5. 1,0 мм, уложенных виток к витку на высоковольтном проводе от бобины к распределителю.
Один конец датчика подключается к схеме, другой изолируют и никуда не подключают. Все электролитические конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение не ниже 16 В. DD6 серии К561ТЛ1 заменять не рекомендуется. DA1 лучше установить на небольшой ребристый радиатор. VD2. VD13 — любые светодиоды (прямоугольные или круглые) соответствующего цвета. Лицевая панель тахометра изображена на рис.3.
Настройка.
В точку А подается сигнал частотой 100Гц. Подстраивая резистор R3, добиваются на выходе DD6.2 появления устойчивого сигнала. Подстройкой резистора R5 добиваются показания индикатора 3.0, что соответствует 3000 об/мин. Далее по нижеприведенной формуле определяют минимальные и максимальные обороты, т.е. их эквивалентные частоты.
N=2n/60,
где N — частота импульсов зажигания (точка А); n — частота оборотов вала двигателя.
Тахометр предназначен для измерения оборотов практически любого двигателя. Начиная от мопедного 1-целиндрового двухтактного и заканчивая 16-ти целиндровым 4-х тактным двигателем. Индикация на 4-х разрядном цифровом индикаторе, точность имерения 50
оборотов в минуту.
После включения питания - тахометр сразу начинает измерять обороты. Первое нажатие кнопки - вызовет индикацию установленных количества импульсов на 1 оборот (по умолчанию 2 имп на 1 оборот, что соответствует 4-х тактному 4-х целиндровому двигателю). На дислее будет Р-2,0. Повторное нажатие кнопки, вызовет перебор всех допустимых значений - от 0,5 до 8 импульсов на 1 оборот. Пусть кажется немного странно - 0,5 импулсов, но это всего лишь означает что 1 имульс будет за 2 оборота. После установки нужного количества импульсов, через примерно 5 секунд - прибор запишит изменения в энергонезависимой памяти EEPROM (т.е. при повторном включении питания, не требуе вновь устанавливать количество импульсов), и перейдет в режим измерения оборотов с вновь установленными количеством импульсов.
печатная плата с двух частей
По сути это частотомер измеряющий частоту размыкания контактов прерывателя. Вывод и информации производится на семисегментные светодиодные индикаторы. Для упрощения конструкции автором были применены всего два индикатора- они показывают сотни и тысячи оборотов.
В ходе эксплуатации тахометра выявился один недостаток- небольшое мигание светодиодов. Устранить его удалось переделав схему введя регистр К533ИР22, схема доработки показана на рисунке 2
Подробное описание схемы Вы можете узнать в журнале- первоисточнике, скачав его в нашей бесплатной библиотеке (ссылка в начале страницы)
Читайте также: