Схема для измерения скорости вращения двигателя с использованием недорогих компонентов

Схема на базе микроконтроллера обеспечивает считывание значения скорости в цифровом виде с датчика и вывод соответствующего значения на ЖКИ.

В данной идее конструкции используется микроконтроллер, 16x2 ЖКИ и вращающийся датчик положения для измерения и визуализации скорости вращения мотора (рис.1). При измерении скорости вращения ротора мотора, используется инкрементальный датчик положения, подключенный к валу электродвигателя, который вырабатывает квадратурные импульсы с частотой пропорциональной скорости вращения. В данном случае, использован вращающийся датчик положения RS-32-0/1024ER,11K B компании HENGSTLER, вырабатывающий 1024 импульса за один оборот. Возможно вычислить скорость вращения мотора, , подсчитывая количество оборотов оси датчика, n_V, сделанных за заданный период времени, t_P. Определяется n_V, подсчитывая количество импульсов, n_P, которые сгенерировал датчик положения за этот фиксированный промежуток времени, t_P: n_V=n_P/1024 для данного датчика положения. И скорость вращения составляет = 60xxn_P, где =60/(t_Px1024) об/мин представляет разрешение измерения скорости. Для получения разрешения 1об/мин, в данном приложении, величина периода, который используется как опорное время, составляет 60/1024=58,59 мс. В настоящей идее конструкции, недорогой микроконтроллер PIC16F873, IC₁, компании MICROCHIP выполняет поставленную задачу. Этот же микроконтроллер управляет ЖКИ, IC₂, которое отображает скорость вращения в виде числа оборотов за минуту.

Подобно схеме, приведенной в ссылке 1, подаются квадратурные импульсы с датчика положения на вход RB0/INT микросхемы IC₁, который генерирует прерывание с высоким приоритетом на положительный фронт каждого импульса. Эти прерывания позволяют определить величину n_P, увеличивая каждый раз значение счетчика, которое инициализируется по истечении заданного периода времени t_P. Более того, встроенный 8-битный таймер микроконтроллера, Timer 0, позволяет задавать t_P, вырабатывая прерывания по времени t_M каждые 286мкс при тактовой частоте, f_CLK,  равной 14,3 МГц: t_M=4 x 28/f_CLK/4=286 мкс. В соответствии с этими вычислениями, для формирования заданного периода времени требуется 205 прерываний от таймера (t_P/t_M). Как только счетчик прерываний достигнет этого значения, подсчитанное количество импульсов, n_P, определяет скорость вращения в соответствии с приведенной выше формулой. Заканчивая цикл работы, настоящая величина отображается на экране ЖКИ. Кроме того, если система управления должна измерять скорость вращения, необходимо осуществлять цифро-аналоговое преобразование.

Возможно реализовать подобное преобразование без использования дорогостоящего ЦАП, подавая выходной ШИМ (широтно-импульсная модуляция) сигнал, соответствующий частоте вращения, с микроконтроллера на фильтр нижних частот, состоящий из R₂, R₃, C₄, C₆, и IC₃. Частота ШИМ-сигнала составляет 20 кГц, а частота среза фильтра нижних частот составляет 160 Гц, что значительно ниже частоты ШИМ-сигнала. В данном примере, максимальная скважность ШИМ-сигнала соответствует скорости вращения 1500 об/мин. Можно загрузить исходный код программы для IC₁ и ассемблировать его с помощью программного обеспечения MPLab компании MICROCHIP. Можно изменить константы в исходном коде, в соответствии с параметрами имеющегося датчика положения и требуемого разрешения, в соответствии с приведенными выше формулами.