Оптический тахометр принцип работы

Опубликовано: 16.05.2024

измерения частоты вращения частей механизмов и машин.

Область применения

газовая,
нефтяная,
нефтехимическая,
пищевая промышленность,
машиностроение,
металлургия,
энергетика,
железнодорожный транспорт,
коммунальное хозяйство,
медицина.

Конструкция и принцип действия

В тахометрах использован бесконтактный принцип измерения частоты — излучение и прием светового луча, отраженного от светоотражающей метки, прикрепленной к видимой части вращающихся механизмов.

Тахометр представляет собой компактный прибор, работающий по принципу облучения светоотражающей метки с последующим приемом отраженного сигнала от движущегося или вращающегося объекта. Принимаемая последовательность отраженных сигналов преобразуется в последовательность импульсов уровня 3 В TTL-логики. Полученная последовательность импульсов пересчитывается программой микроконтроллера в значения «об/мин», которые отображаются на шестизначном сегментном дисплее тахометра. Тахометр имеет также светодиодный индикатор для контроля приема луча, отраженного от светоотражающей метки.

Тахометр ДО-03 имеет четыре модификации

ДО-03-01 — тахометр оптический
ДО-03-02 — тахометр оптический с цифровым выходом
ДО-03-03 — тахометр оптический дистанционный
ДО-03-04 — тахометр оптический дистанционный с цифровым выходом

Конструктивно тахометры ДО-03-01, ДО-03-02 выполнены в виде единого измерительного блока, а тахометры ДО-03-03, ДО-03-04 в виде блока измерительного и выносного тахометрического преобразователя.

Программное обеспечение «ДО-03» для работы с тахометром модификаций ДО-03-03, ДО-03-04 разработано инженерной фирмой «ИНКОТЕС» и предназначено для регистрации и последующего анализа измерительной информации, поступившей от тахометра. Используется совместно с операционной системой Windows NT/2000/XP/Vista.

Электронный тахометр — это цифровое устройство, изготовленное из электронных компонентов и используемое для измерения скорости электродвигателя или любого другого вращающегося объекта в оборотах/ минуту. Он расположен в приборной панели автомобиля имеет хороший обзор и точность измерения.

Простой метроном скорости

Тахометр происходит от двух греческих слов: «тахо» означает «скорость», а «метроном» — «измерять». Он работает по принципу генератора и определяет напряжение, соответствующее скорости вала. Он также известен как счётчик оборотов. Принцип работы:

индукционный;
электромагнитный;
электронный;
оптический.

Исторически сложилось так, что первый механический тахометр был разработан на основе измерения центробежной силы. В 1817 году они были использованы для измерения скорости тяговых машин, но после 1840 года применялись преимущественно для измерения скорости транспортных средств. Цифровой тахометр — оптический датчик, предназначенный для определения угловой скорости вращающегося элемента. Области применения:

Автомобили, самолёты, тракторы, поезда, лёгкие рельсовые транспортные средства и их ремонт.
Лазерные инструменты.
Медицинское применение. Гематахометр — устройство, установленное в артерию или вену, оценивает скорость движения крови по вращающейся турбине. Показания используются для диагностики проблем кровообращения, таких как тромбофлебит.
Аналоговая запись звука, измеряющая скорость аудиокассеты.
Оценка скорости и объёма трафика.

Типы современных тахометров

Важным параметром, который учитывают при выборе устройства, является рабочий диапазон скорости. Он устанавливает границу измерения, который способен контролировать прибор. Ещё один параметр — точность, которая задаётся в единицах, таких как ± RPM. Используемая технология датчиков: контактные, фотоэлектрические, индуктивные и с эффектом Холла.

В приборе контактного типа он входит в контакт с вращающейся частью. В фотоэлектрическом устройстве для измерения скорости используются световые лучи, видимые или инфракрасные. Частота разрыва, которого применяется для расчёта скорости. Индуктивные инструменты используют магнитные элементы для индукции магнитных полей, а частота активации — для измерения скорости. Конструктивные особенности:

счётчики;
таймеры;
стробоскоп.

Конфигурации дисплея включают аналоговые визуальные индикаторы, цифровые или графические видеодисплеи. Пользовательские интерфейсы и типы управления имеют аналоговые лицевые или цифровые панели и компьютерные программируемые интерфейсы. Современные тахометры оснащаются программным обеспечением для работы на ПК. У многих есть сетевые или коммуникационные интерфейсы. Доступные электрические выходы:

аналоговое напряжение;
аналоговый ток;
аналоговая модулированная частота;
переключатель или сигнализация;
светодиодный экран.

Тахометры классифицируются на основе технологии сбора данных. Типы применяемых устройств:

Аналоговые. Состоят из измерителя и интерфейса набора номера. Они не имеют возможности хранить базу данных, а также не вычисляют средние показания и их отклонения. Скорость движения преобразовывается в напряжение с использованием внешнего преобразователя частоты. Затем это измерение отображается аналоговым вольтметром.
Цифровые — состоят из ЖК-дисплея или светодиодного индикатора и памяти для хранения информации. Они осуществляют статистические операции и подходят для точного измерения и мониторинга любых видов времени. Цифровые тахометры чаще встречаются в наши дни, они дают числовые показания вместо использования циферблатов.
Контактный тип, контактируют с вращающимся валом, прикрепляется к дизелю или электродвигателю. Например, оптический кодер или магнитный датчик измеряет обороты. Они способны измерять скорость вращения в пределах от 0, 5 об / мин до 10 тыс. об / мин, имеют ЖК-дисплей, работает с диапазоном рабочих температур от 0 до + 40 C.
Бесконтактный тип не нуждается в физическом контакте с вращающимся элементом. В этом типе лазерный или оптический диск соединён с валом, результат считывается инфракрасным лучом или лазером. Этот тип замеряет скорость от 1 до 99,999 об/мин (токарный станок), угол обмера составляет меньше 120 градусов. Оборудованы ЖК-дисплеем, эффективны, долговечны, точны и компактны, а также видны с большого расстояния.
Временной, который вычисляет скорость по интервалу между входящими импульсами. Разрешение этого тахометра не ограничено, поэтому он более точен при измерениях низкой скорости.
Частотный, который вычисляет скорость по частоте импульсов. Этот тип работает с использованием красного светодиода, а оборот его зависит от вращающегося элемента. Он используется для высокоскоростных измерений. На рынке продаётся недорогой и высокоэффективный китайский вариант.

Микроэлектрическая машина генерированного напряжения

Генератор тахометра преобразует показатель вращения вала в электрический сигнал. Работа его использует свойства угловой скорости ротора, поток возбуждения, которого пропорциональный генерируемой ЭДС. Большинство современных тахогенераторов — это тип постоянного магнита. Эти устройства используют вращающееся соединение, один конец которого подключён к валу машины, индуцирует электродвижущую силу (напряжение), пропорциональную скорости вала. Контакты якоря соединены к цепи вольтметра, преобразуя напряжение в значение скорости.

Эти тахометры отличаются точностью, максимально допустимыми показателями и рабочей температурой. Используются в качестве датчиков в различных автомобильных и электромеханических компьютерных устройствах. Действуют в сетях переменного или постоянного тока.

Принцип работы автомобильного счётчика

Тахометр используется для проверки производительности двигателя и помогает автомеханику понять его состояние для оптимизации функционирования с допустимыми параметрами. Принцип работы автомобильного электронного тахометра прост. Система зажигания запускает импульс напряжения электромеханической части тахометра, которая реагирует на среднее напряжение импульсов пропорционально частоте вращения двигателя. Сигнал передаётся двойным экранированным кабелем к индикатору. Тахометры имеют температурную компенсацию для обработки измерений в диапазоне -20 до + 70 C окружающей среды.

Он позволяет водителю выбирать подходящие настройки дроссельной заслонки и шестерни во время движения, поскольку длительное использование на высоких скоростях вызывает недостаточную смазку, влияющую на двигатель, создаёт перегрев и приводит к ненужному износу трущихся деталей и к отказу машины.

Проверка оборотов двигателя

В процессе эксплуатации автомобиля нужно знать, как проверить тахометр в домашних условиях. Большинство машин оборудованы спидометром, манометром, датчиком температуры охлаждающей жидкости и тахометром. Они установлены по-разному в зависимости от марки и модели авто. Последовательность действий:

Проверить тахометр перед поездкой, внимательно осмотреть датчики. Циферблат обычно показывает одно- или двузначные числа, которые ограничены красной полосой разрешённого предела работы.
Запустить автомобиль. Нажать педаль тормоза правой ногой и включить ключ зажигания. Показания тахометра должны расти, прежде чем остановиться на количестве оборотов двигателя на холостом ходу.
Нажать педаль газа и обратить внимание на поведение тахометра.
Контролировать показания во время движения на каждой передаче и при переключении на следующую.
Избегать чрезмерного перегруза двигателя. Красная линия на шкале представляет наибольшее количество оборотов, которые двигатель способен безопасно выдерживать.
Если нужно дополнительно измерить RPM автомобиля, чтобы помочь диагностировать проблему, используют ручной тахометр, измеряющий число оборотов во время работы.

Электронный тахометр своими руками

С широкими возможностями рынка электроники сделать схему тахометра дома своими руками с использованием мультиметра не сложно. Более того, результаты, полученные в таких схемах, точны в оценке общего рабочего состояния измеряемой системы.

Принципиальная схема с использованием IC 555:

Импульс выводится из свечи зажигания скутера и подаётся до конца R6.
Транзистор реагирует на импульсы в соответствии с триггерами.
Транзистор активирует моностабильность с каждым входящим импульсом.
Моностабильный остаётся включённым в течение определённого момента, а при срабатывании генерирует среднее время включения на выходе прямо пропорционально средней скорости запуска.
Конденсатор и резистор на выходе IC объединяют результат так, что он напрямую считывается вольтметром с напряжением 10 В.
R3 отрегулирован таким образом, чтобы выход генерировал точную интерпретацию скорости подачи RPM.

Вышеуказанная настройка выполнена с помощью обычного тахометра. Детали для изготовления широкодоступны и их можно приобрести в любом магазине радиотоваров. Список деталей для самодельного варианта:

R1 = 4K7.
R2 = 47E.
R3 = 100 КБ, может быть переменный.
R4 = 3K3.
R5 = 10K.
R6 = 470 К.
R7 = 1K.
R8 = 10K.
R9 = 100K.
C1 = 47n.
C2 = 100n.
C3 = 100n.
C4 = 33uF / 25V.
T1 = BC547.
IC1 = 555.
M1 = измеритель FSD 10 В.
D2 = 1N4148.
C5 с любым значением между 3, 3uF и 4, 7uF.

Перед тем как сделать тахометр своими руками, нужно выполнить монтажную документацию. Простая схема, разработанная с использованием легкодоступных элементов с прорезиненным оптоизоляционным модулем MOC7811 и двумя семи сегментными дисплеями, измеряет скорость диска в RPS. Эта схема рассчитывает RPS от 00 до 99, если нужны большие значения, добавляют ещё один счётчик декады.

Принципиальная электрическая схема содержит IC555, MOC 7811, IC CD4081, IC CD4069 и IC 4033 и семисегментный дисплейный блок LTS 543. На первом таймере IC 555, сконфигурированном как моностабильный мультивибратор, он генерирует импульс синхронизации при нажатии переключателя S2, зелёный светодиод 1 указывает время обнаружения.

MOC 7811 IC2 содержит ИК-передатчик и фотодиод для создания изменяющихся логических уровней, зависит от блокирующего или прерывающего ИК-луча. Логический вентиль N1 включает счётчик детектора Johnson (CD 4033), он управляет семисегментным дисплеем LTS 543. Есть два десятичных счётчика и два семисегментных дисплея для отображения RPS от 00 до 99.

По этой схеме можно сделать тахометр для бензопилы своими руками с вращающим прерывателем. Одно прерывание инфракрасного луча будет приниматься за один счёт, а общий отсчёт вращения — RPS, умножают 60 на RPS, чтобы узнать Revolution Per Minute (RPM).

Онлайн-приложение для iPhone

Возможности современных смартфонов позволяют отображать на дисплее тахометр любого двигателя авто или мотоцикла в реальном времени на основе издаваемого звука. Диапазон RPM составляет 400 — 90 000 об/мин. Найти приложение можно в App Store. После установки его в верхней части дисплея появится циферблат тахометра в больших цифрах, с обновлением значения каждые ¾ секунды. RPM рассчитывается по пикам в графике автокорреляции.

В программе приведены элементы управления подсказки, определяющие диапазон RPM. Имеется коррекция фонового шума для истинного определения звука двигателя. Подсказка определяется значением центра и допуска в процентах. Прокручивая левую или правую область в синих полосах ниже подсказки, регулируют значение центрального RPM и допуск. Вместо фиксированного диапазона используется режим отслеживания, работающий во всём диапазоне измерений.

В этом режиме элементы управления подсказки заменяются, что позволяет начать истинное отслеживание. Ниже контрольных данных — график функции автокорреляции, для проверки надёжности отображаемого RPM. Имеется руководство по настройке диапазона RPM. Вертикальные жёлтые линии на графике соответствуют периодам звука, производимого двигателем. Если они хорошо совпадают с пиками на графике — значение RPM точное. Преобразование звука в тональное видео в RPM зависит от конфигурации двигателя.

Можно выбрать из нескольких встроенных конфигураций, включая 4-тактные и 2-тактные двигатели и указать общий коэффициент, который может компенсировать любое передаточное отношение между двигателем и валом. Помимо этого представления, есть две страницы настройки конфигурации. На каждой есть своя контекстная справка, которая даёт больше информации о том, как использовать приложение. Существует также подробное руководство по эксплуатации.

Ранние модели тахометров зависели от механических приводов, таких как маховик, распределительный вал, шкив вентилятора и т. д. Они вращают магнит, тем самым вызывая вихревые токи на алюминиевом диске (спидометр) в оборотах/минуту. Тахометр современного типа является электронным, управляемым импульсом, способным измерять как самую малую, так и меганагрузку.

— это измерительный прибор, который предназначен для измерения количества оборотов коленчатого вала двигателя в минуту (об/мин). Раньше в автомобили устанавливались механические тахометры. В современных автомобилях устанавливаются электрические или электронные тахометры.

Во время работы двигателя автомобиля тахометр позволяет контролировать стабильность его оборотов на холостом ходу и при движении автомобиля. По стабильности оборотов на холостом ходу можно судить о состоянии системы подачи топлива, системы зажигания и самого двигателя.

При установке оборотов холостого хода и регулировки угла опережения зажигания двигателя с помощью стробоскопа без тахометра не обойтись. Необходимо одновременно производить регулировку и наблюдать за оборотами двигателя. После каждого подкручивания винта регулировки смотреть показания тахометра, установленного в салоне автомобиля неудобно. Может выручить установленное в салоне зеркало, но это тоже не лучшее решение. Гораздо удобнее иметь тахометр, вмонтированный в стробоскоп.

При изготовлении стробоскопа своими руками я вмонтировал, тахометр в его корпус. При проверке и настройке УОЗ двигателя такое техническое решение показало удобство в работе.

Опубликованные в Интернете аналоговые схемы тахометров отличаются большей погрешностью показаний, выполненные на цифровых микросхемах не каждому автолюбителю под силу повторить.

Предлагаемое Вашему вниманию схемное решение тахометра отличается простотой и высокой точностью показаний в независимости от изменения температуры окружающей среды и питающего напряжения. Имеет растянутую шкалу, что позволяет при применении малогабаритного стрелочного индикатора измерять частоту оборотов двигателя с высокой точностью.

Простой метроном скорости

индукционный;
электромагнитный;
электронный;
оптический.

Автомобили, самолёты, тракторы, поезда, лёгкие рельсовые транспортные средства и их ремонт.
Лазерные инструменты.
Медицинское применение. Гематахометр — устройство, установленное в артерию или вену, оценивает скорость движения крови по вращающейся турбине. Показания используются для диагностики проблем кровообращения, таких как тромбофлебит.
Аналоговая запись звука, измеряющая скорость аудиокассеты.
Оценка скорости и объёма трафика.

Конструкция и детали

Так как схема простая, то печатную плату я не разрабатывал. Монтаж всех деталей, кроме миллиамперметра, выполнил на универсальной макетной плате размером 30 мм×50 мм. На фотографии видно как размещены элементы схемы.

Для подвода питающего напряжения и входного сигнала применен трехконтактный разъем. Шкала миллиамперметра напечатана на принтере и приклеена сверху на его штатную шкалу.

Плата с деталями закреплена в крышке корпуса стробоскопа на винтах. Миллиамперметр установлен в вырезанном в крышке корпуса прямоугольном окне и закреплен с помощью силикона.

Такая конструкция размещения тахометра обеспечивает удобство доступа к плате стробоскопа, достаточно снять крышку, отсоединить разъем.

Типы современных тахометров

счётчики;
таймеры;
стробоскоп.

аналоговое напряжение;
аналоговый ток;
аналоговая модулированная частота;
переключатель или сигнализация;
светодиодный экран.

Тахометры классифицируются на основе технологии сбора данных. Типы применяемых устройств:

Аналоговые. Состоят из измерителя и интерфейса набора номера. Они не имеют возможности хранить базу данных, а также не вычисляют средние показания и их отклонения. Скорость движения преобразовывается в напряжение с использованием внешнего преобразователя частоты. Затем это измерение отображается аналоговым вольтметром.
Цифровые — состоят из ЖК-дисплея или светодиодного индикатора и памяти для хранения информации. Они осуществляют статистические операции и подходят для точного измерения и мониторинга любых видов времени. Цифровые тахометры чаще встречаются в наши дни, они дают числовые показания вместо использования циферблатов.
Контактный тип, контактируют с вращающимся валом, прикрепляется к дизелю или электродвигателю. Например, оптический кодер или магнитный датчик измеряет обороты. Они способны измерять скорость вращения в пределах от 0, 5 об / мин до 10 тыс. об / мин, имеют ЖК-дисплей, работает с диапазоном рабочих температур от 0 до + 40 C.
Бесконтактный тип не нуждается в физическом контакте с вращающимся элементом. В этом типе лазерный или оптический диск соединён с валом, результат считывается инфракрасным лучом или лазером. Этот тип замеряет скорость от 1 до 99,999 об/мин (токарный станок), угол обмера составляет меньше 120 градусов. Оборудованы ЖК-дисплеем, эффективны, долговечны, точны и компактны, а также видны с большого расстояния.
Временной, который вычисляет скорость по интервалу между входящими импульсами. Разрешение этого тахометра не ограничено, поэтому он более точен при измерениях низкой скорости.
Частотный, который вычисляет скорость по частоте импульсов. Этот тип работает с использованием красного светодиода, а оборот его зависит от вращающегося элемента. Он используется для высокоскоростных измерений. На рынке продаётся недорогой и высокоэффективный китайский вариант.

Онлайн-приложение для iPhone

Ранние модели тахометров зависели от механических приводов, таких как маховик, распределительный вал, шкив вентилятора и т. д. Они вращают магнит, тем самым вызывая вихревые токи на алюминиевом диске (спидометр) в оборотах/минуту. Тахометр современного типа является электронным, управляемым импульсом, способным измерять как самую малую, так и меганагрузку.

Автомобильный тахометр

Микроэлектрическая машина генерированного напряжения

Эти тахометры отличаются точностью, максимально допустимыми показателями и рабочей температурой. Используются в качестве датчиков в различных автомобильных и электромеханических компьютерных устройствах. Действуют в сетях переменного или постоянного тока.

Электрическая принципиальная схема

Представленная схема тахометра отличается простотой и доступностью деталей для повторения благодаря применению интегрального таймера — микросхемы КР1006ВИ1 (аналог NE555).

Схема состоит следующих функциональных узлов. Формирователя импульсов, выполненного на VT1-VT2, широтно-импульсного модулятора на микросхеме DA1 типа КР1006ВИ1 и резисторного моста на резисторах R8-R13. Для снятия показаний применен электродинамический стрелочный микроамперметр. К недостаткам схемы тахометра можно отнести необходимость балансировки моста для каждого типа миллиамперметра при повторении схемы. Но это не сложная операция.

Питающее напряжение на схему тахометра подается непосредственно с клемм автомобильного аккумулятора.

Принцип работы автомобильного счётчика

Проверка оборотов двигателя

Проверить тахометр перед поездкой, внимательно осмотреть датчики. Циферблат обычно показывает одно- или двузначные числа, которые ограничены красной полосой разрешённого предела работы.
Запустить автомобиль. Нажать педаль тормоза правой ногой и включить ключ зажигания. Показания тахометра должны расти, прежде чем остановиться на количестве оборотов двигателя на холостом ходу.
Нажать педаль газа и обратить внимание на поведение тахометра.
Контролировать показания во время движения на каждой передаче и при переключении на следующую.
Избегать чрезмерного перегруза двигателя. Красная линия на шкале представляет наибольшее количество оборотов, которые двигатель способен безопасно выдерживать.
Если нужно дополнительно измерить RPM автомобиля, чтобы помочь диагностировать проблему, используют ручной тахометр, измеряющий число оборотов во время работы.

Самодельное устройство на микроконтроллере

Чтобы сделать самодельный тахометр на микроконтроллере в свой автомобиль для замера оборотов двигателя, вам потребуются такие запчасти:

В данном случае будет использовать оптически регулятор вместо щелевого. Благодаря этому вам не придется переживать по поводу толщины ротора, число лопастей не будет менять показания. Кроме того, оптический контроллер позволяет считывать обороты барабана, в отличие от щелевого.

Чтобы приступить к выполнению задачи, подготовьте все элементы и можете начинать:

Электронный тахометр своими руками

Принципиальная схема с использованием IC 555:

Импульс выводится из свечи зажигания скутера и подаётся до конца R6.
Транзистор реагирует на импульсы в соответствии с триггерами.
Транзистор активирует моностабильность с каждым входящим импульсом.
Моностабильный остаётся включённым в течение определённого момента, а при срабатывании генерирует среднее время включения на выходе прямо пропорционально средней скорости запуска.
Конденсатор и резистор на выходе IC объединяют результат так, что он напрямую считывается вольтметром с напряжением 10 В.
R3 отрегулирован таким образом, чтобы выход генерировал точную интерпретацию скорости подачи RPM.

R1 = 4K7.
R2 = 47E.
R3 = 100 КБ, может быть переменный.
R4 = 3K3.
R5 = 10K.
R6 = 470 К.
R7 = 1K.
R8 = 10K.
R9 = 100K.
C1 = 47n.
C2 = 100n.
C3 = 100n.
C4 = 33uF / 25V.
T1 = BC547.
IC1 = 555.
M1 = измеритель FSD 10 В.
D2 = 1N4148.
C5 с любым значением между 3, 3uF и 4, 7uF.

Тахометр оптический предназначен для определения бесконтактным методом частоты вращения подвижных частей механизмов и деталей машин в процессе их работы.
В принцип работы оптического тахометра заложен бесконтактный метод измерения частоты вращения подвижных механизмов, который заключается в излучении светового луча и приеме отраженного луча от светоотражающей метки, прикрепленной к вращающейся части механизма.
Пришел в коробочке довольно аккуратной.

Дополнительно в сумочке из кожзама.

Комплектация.

Внешний вид.

Питается от батарейки 9 вольт.(идет в комплекте)

Это в режиме измерения.

Лазерное пятно.

Кому интересно-инструкция.

Последовательность отраженных световых импульсов преобразуется в серию электрических сигналов, которые транслируются программой контроллера в значения «об/мин» и отображаются в количественном значении на дисплее тахометра.
Тахометр конструктивно выполнен в виде единого блока с цифровым дисплеем для индикации полученных значений.
В общем отличный тахометр.
Устройство имеет достаточно широкий диапазон измерения от 2,5об/мин до 99999об/мин.
2,1-дюймовый ЖК-экран. Цифровой дисплей обеспечивает точное определение оборотов. Широкий диапазон измерений и высокое разрешение. Три значения об / мин будет автоматически сохранятся в памяти и могут быть показаны по очереди в любое время. В памяти сохраняются максимальные обороты UP, минимальные обороты dn и последнее измерение LA.
Измеряет скорость вращения с красным видимым лучом света от мощного лазера.
Это отличный инструмент для измерения частоты вращения двигателя автомобиля и деталей машин.
Был проверен ориентировочно, на асинхронном двигателе на холостом ходу 3000 об/мин.

Показал 2970 об/мин.Вполне правильно.
Также на точность были проверены обороты на высокоточном станке с ЧПУ, с системой управления BOSCH и шпиндельным датчиком 2500 импульсов на оборот.
Обороты на станке.

Показание тахометра.

Измерения совпадают.
Пробовал измерять на расстоянии до полутора метров. Показывает точно. Свыше, трудно удержать перпендикулярность к отражающей поверхности, и соответственно показания плавают.
Пригодится автомобилистам, особенно дизелистам.
Для дома и для работы рекомендую.
P.S.
Многие обижаются, что я не вступаю в диалог. Я пенсионер и не часто выхожу в интернет. Сеть чаще перехватывают дочка, зять и внук.А когда пройдет время отвечать уже не имеет смысла.
Покупаю я в основном на Tinydeal.com. Причина понятна. У них очень неплохие партнерские программы. За счет TD баллов можно сэкономить до 50 процентов стоймости заказа.
Так что не судите строго.

Рассматриваемый бесконтактный тахометр – это компактное устройство на микроконтроллере ATMega48 производства компании Atmel, позволяющее измерять высокие скорости вращения бесконтактным способом. Для измерения используется ИК сенсор (оптопара, ИК светодиод и ИК фотодиод в одном корпусе). Вывод данных осуществляется на двухстрочный символьный ЖК дисплей на базе контроллера HD44780.

Принцип работы

ИК сенсор (оптопара), представляющий собой миниатюрный компонент с ИК светодиодом и фотодиодом в одном корпусе, посылает ИК излучение на вращающийся механизм (вал, ротор двигателя), на котором должна быть небольшая отражающая наклейка.

Благодаря этой наклейке, каждый оборот вала вызывает появление отраженного импульса ИК излучения. Используемый сенсор производства компании Vishay Semiconductor имеет маркировку TCND-5000.

Данный сенсор был выбран после тестирования эквивалентных продуктов, так как его корпус обеспечивал оптическую изоляцию передающей и приемной части, а ИК светодиод выдерживает большие токи, что позволяет проводить измерения на больших расстояниях.

Таким образом, используя оптопару мы можем подсчитать время полного оборота вала, а далее, зная время (обозначим это время T в секундах), мы можем вычислит количество оборотов в минуту, используя простое выражение 60/T.

Получение данных от сенсора

Для снижения стоимости устройства и сложности сборки, а также для повышения гибкости системы, мы непосредственно подключим ИК сенсор к микроконтроллеру и программно реализуем всю обработку получаемого сигнала. Сразу стоит заметить, что это не так просто, так как получаемый с ИК фотодиода сигнал содержит шумы, а внешнее освещение постоянно оказывает на него влияние. Таким образом, проблема состоит в том, чтобы разработать устройство с автоматической адаптацией к внешней освещенности и расстоянию до объекта измерения.

На рисунке ниже изображена диаграмма аналогового сигнала от ИК сенсора (фотодиода)

Так как сигнал имеет шумы, при каждом определении наличия и отсутствия импульса (наличие импульса говорит о том, что вал вращается и сенсор «видит» отражающую наклейку), большое количество колебаний «вводит в заблуждение» микроконтроллер. Кроме того, эти факторы не позволяют использовать встроенный в микроконтроллер аналоговый компаратор, и нам необходимо ввести обработку аналогового сигнала перед каждой процедурой подсчета циклов.

Решение было найдено в оценке средней интенсивности, основанную на максимальном и минимальном значении интенсивности сигнала от сенсора, и включением гистерезиса в районе средней интенсивности. Гистерезис используется для предотвращения многократного счета циклов зашумленных импульсов. Рисунок ниже поясняет работу такого алгоритма.

Когда сигнал нарастает от низкого состояния (отсутствует отражение от наклейки на валу) к высокому (отражение ИК импульса), алгоритм возьмет в расчет этот импульс высокого уровня лишь после того, как он пересечет «возрастающий уровень» гистерезиса, и примет в расчет низкий уровень лишь после того, как сигнал пересечет «спадающий уровень» гистерезиса. Такой алгоритм позволяет избежать ошибок вычислений, вызываемых шумным сигналом.

Принципиальная схема устройства

Схемотехническое решение очень простое и компактное (благодаря использованию миниатюрного сенсора), не содержит дорогостоящих компонентов. Питание устройства осуществляется от трех батарей типа AAA.

Как вы, наверное, заметили, отсутствует потенциометр регулировки контрастности дисплея (что также позволяет уменьшить размер устройства). Это возможно благодаря программной реализации алгоритма автоматической подстройки контрастности в зависимости от уровня напряжения питания с применением ШИМ и фильтра низких частот на элементах R3, R4 и C2. Пользователи могут ознакомиться с текстом алгоритма в исходном коде ПО микроконтроллера во второй части статьи.

Разъем JP1 предназначен для внутрисхемного программирования микроконтроллера. Разъем JP2 предназначен для подключения дополнительного пользовательского датчика.

Список примененных компонентов

Обозначение в схеме	Наименование, номинал
IC1	Микроконтроллер ATmega48
Q1, Q2	Транзистор BCW66G
C1, C2	10 нФ
C4, C5	33 пФ
X1	Кварцевый резонатор 20 МГц
R1, R2, R7	470 Ом
R3	1 кОм
R4	1.5 кОм
R5	1 МОм
R6	110 Ом
R8	70 Ом
LED3	Светодиод
IR1	Оптопара TCND-5000
B1	Кнопка
B2	Выключатель питания
JP1	Разъем внутрисхемного программирования
JP2	Разъем расширения

Демонстрация работы бесконтактного тахометра на микроконтроллере AVR

Во второй части статьи рассмотрим конструкцию прибора и основные моменты в программном обеспечении микроконтроллера, включая аналого-цифровое преобразование и организацию обмена данными с ЖК дисплеем.

Читайте также: