Бесконтактный тахометр на микроконтроллере PIC. Часть 1. Теория

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.

Бесконтактный тахометр на PIC

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.

Отладочная плата StartUSB компании mikroElektronika

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 

Схема ИК сенсора для тахометра на PIC микроконтроллере

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.

Перевод: Vadim по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: How to make a contact-less digital tachometer using IR-light reflection technique. Part 1. Theory

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя