Тахометр – это устройство позволяющее измерять частоту вращения (скорость вращения) механизма (вал, ротор, диск двигателя). Единица измерения частоты вращения, обычно, – количество оборотов в минуту. Традиционный метод измерения частоты вращения основан на реализации обратной связи по скорости: используeтся генератор постоянного тока, который подключен к вращающемуся механизму таким образом, чтобы напряжение, индуцированное на клеммах генератора, было пропорционально скорости вращения вала.
В этой статье мы рассмотрим конструкцию тахометра на базе PIC микроконтроллера, не имеющего физического контакта с вращающейся частью механизма для измерения его скорости вращения. Эта техника основана на оптическом методе определения скорости вращения, который требует применения инфракрасного светодиода совместно с фотодиодом.
| Надписи на рисунке | |
| Motor and gear shaft assembly from an old printer |
Двигатель и передаточная шестерня от старого принтера |
| Piece of a white paper as a reflector | Кусочек белой бумаги в качестве отражателя |
Основой прибора в нашем случае служит компактная отладочная плата StartUSB for PIC производства компании mikroElektronika.
Тахометр позволяет измерять скорость вращения до 99960 оборотов в минуту с разрешением 60 оборотов в минуту. Результат отображается на двухстрочном ЖК индикаторе.
Отладочная плата StartUSB for PIC выполнена на базе микроконтроллера PIC18F2550 компании Microchip с поддержкой интерфейса USB 2.0. Кроме того, плата имеет контактные площадки с сигналами линий ввода/вывода микроконтроллера, а также область для макетирования и подключения дополнительных устройств. На базе данной платы могут быть разработаны USB устройства сбора данных, коммуникационные устройства и USB mp3 плееры.
Отличительной особенностью платы StartUSB for PIC является то, что установленный на плату микроконтроллер имеет предустановленный USB загрузчик, что исключает необходимость в использовании дополнительного программатора. Кроме того, компания предоставляет бесплатную программу USB загрузчика для персонального компьютера, с помощью которой пользователь сможет без труда запрограммировать микроконтроллер. USB загрузчик для микроконтроллера (firmware) также предоставляется.
При оптическом методе определения скорости вращения инфракрасный светодиод передает ИК импульсы, а фотодиод улавливает отраженный сигнал. Если поверхность вращающейся детали будет темной и грубой, то отраженный сигнал будет незначительным, поэтому мы используем кусочек белой бумаги, наклеенной на вращающуюся деталь. Если же вся поверхность детали является яркой и отражающей, то нужно использовать кусочек темной бумаги, чтобы часть ИК излучения поглощалась за время полного оборота. В любом случае, мы получим импульс на выходе схемы преобразования и согласования сигналов для каждого полного оборота вращающейся детали.
Принципиальная схема ИК датчика и схема согласования сигнала с фотодиода
По схеме видно, что если на выводе IR Tx появится высокий уровень, то откроется транзистор BC547 (npn), управляющий ИК светодиодом. Отраженный сигнал поступает на фотодиод в схеме преобразования и согласования сигнала, нормализованные импульсы для подсчета микроконтроллером берутся с коллектора транзитора BC557 (pnp). При нормальных условиях, сопротивление фотодиода велико и транзистор всегда закрыт. Выход схемы (коллектор транзистора) подтянут к «земле». Если на фотодиод падает отраженный ИК сигнал, его сопротивление снижается и транзистор открывается, следовательно на выходе появляется высокий уровень.
В следующей части мы рассмотрим подключение датчика и ЖК индикатора к микроконтроллеру, основные моменты в конфигурации встроенного таймера микроконтроллера для решения нашей задачи, а также конструкцию тахометра.
