AVT5260 - Obrotomierz.pdf
(
2235 KB
)
Pobierz
Elektronika Praktyczna
PROJEKTY
AVT
5260
Dodatkowe materiały
na CD i FTP
Obrotomierz
Prezentowany obrotomierz jest wyposażony w czujnik releksyjny,
co pozwala na bezdotykowy pomiar prędkości wirowania obiektów
oraz wyświetlacz cyfrowy, umożliwiający łatwy i precyzyjny odczyt
zmierzonej wartości.
Rekomendacje: przyrząd przyda się zarówno w warsztacie
elektronika jak i mechanika.
AVT-5260 w ofercie AVT:
AVT-5260A – płytka drukowana
AVT-5260B – płytka drukowana + elementy
Podstawowe informacje:
• Napięcie zasilania: 8...12 VDC
• Średni prąd obciążenia: 40 mA
• Czas pomiaru: 1 sekunda
• Zakres pomiarowy: 0...9999 obr/min
• Ustawienia ważniejszych FUSE BIT’ów:
CKSEL3...0=1101, SUT1...0=11, EESAVE=1,
CKDIV8=1
Pomiar prędkości obrotowej najłatwiej
jest zrealizować z użyciem czujnika relek-
syjnego, złożonego ze źródła światła i foto-
tranzystora. Wybrano czujnik releksyjny
QRD1114 produkowany przez
Fairchild Semi-
conductor
. Należy go umieścić możliwie naj-
bliżej wirującego wału, a ten okleić paskiem
papieru z naniesionymi na przemian czar-
nymi i jasnymi polami. Podczas obracania
się wału do fototranzystora, zintegrowanego
w układzie czujnika QRD1114, traia modulo-
wana w amplitudzie wiązka światła odbitego
od białych a pochłoniętego przez czarne pola
naniesione na wspomniany pasek papieru.
Zasadę tej metody pomiaru pręd-
kości obrotowej zilustrowano na
rysunku 1
. Należy zauważyć, że
liczba czarnych pól naniesionych
na pasek białego papieru, którym
jest oklejany wał napędowy, ma
podstawowe znaczenie dla osiąg-
nięcia odpowiedniej rozdzielczości
pomiaru. Jest oczywiste, że przy
niewielkich prędkościach obroto-
wych powinno ich być dużo. Dla
ilustracji załóżmy, iż wał obraca
się z rzeczywistą prędkością równą
50 obrotów na minutę, a okres po-
miaru prędkości wynosi 1 sekun-
da. W tym czasie wał ten wykona
obrót o kąt równy 300° (5/6 obrotu
na sekundę). W zależności od licz-
by czarnych pól naniesionych na
wał napędowy, otrzymamy różną
liczbę wygenerowanych impulsów,
która przełoży się na obliczoną
wartość obrotów zgodni z wzorem:
Dodatkowe materiały na CD i FTP:
ftp://ep.com.pl
, user:
16719
, pass:
8b13241g
• wzory płytek PCB
• karty katalogowe i noty aplikacyjne
elementów oznaczonych w
wykazie
elementów
kolorem czerwonym
Projekty pokrewne na CD i FTP:
(wymienione artykuły są w całości dostępne na CD)
AVT-2799 Mikroprocesorowy obrotomierz
stroboskopowy (EdW 9/2006)
AVT-434 Komputer samochodowy
(EP 9-10/2005)
AVT-2711 Obrotomierz (EdW 2/2004)
AVT-482 Obrotomierz z czujnikiem
optycznym (EP 1/1999)
Projekt 117 Wskaźnik optymalnych obrotów
silnika samochodowego
(EP 3/2004)
Projekt 116 Cyfrowy obrotomierz/
prędkościomierz samochodowy
(EP 2/2004)
--- Obrotomierz cyfrowo-analogowy
(EdW 6/2010)
Rysunek 1. Zasada pomiaru prędkości obrotowej
z użyciem czujnika odbiciowego QRD1114
gdzie:
–
l
imp
: zliczona liczba impulsów w czasie
1 sekundy,
–
n
: liczba czarnych pasków na wale napę-
dowym
Zestawienie wyników pomiarów zależ-
nie od liczby ciemnych pól na wale napędo-
wym, pokazano w
tabeli 1
.
Z drugiej strony, zbyt duża liczba czar-
nych pasków naniesionych na obwodzie
42
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2010
Obrotomierz
Rysunek 2. Schemat ideowy obrotomierza
wału może uniemożliwić generowanie pra-
widłowego przebiegu prostokątnego na wyj-
ściu czujnika QRD1114 zwłaszcza wtedy,
gdy ma on małą średnicę i trudno jest opty-
malnie ustawić czujnik.
zuje niewiele zdań. Poza tym nie ma innego
wyjścia, gdyż zastosowany mikrokontroler
ATtiny2313 dysponuje jedynie dwoma ukła-
dami czasowo-licznikowymi, które są nie-
zbędne do realizacji innych zadań. Wspólne
anody poszczególnych wyświetlaczy stero-
wane są za pomocą kluczy tranzystorowych
T1...T4, załączanych po podaniu logicznego
„0”. Katody przyłączone są do portu PORTB
mikrokontrolera przez rezystory R6...R13
ograniczające prąd segmentów.
Do taktowania mikrokontrolera zastoso-
wano oscylator z rezonatorem kwarcowym
o częstotliwości 4,194304 MHz, co wynika
przede wszystkim z potrzeby odmierzania
dokładnie 1-sekundowych odcinków, w któ-
rych są zliczane impulsy z fototranzystora
za pomocą 8-bitowego układu czasowo-licz-
nikowego Timer1. Mikrokontroler jest takto-
wany sygnałem o częstotliwości 16-krotnie
niższej (262144 Hz), otrzymanym w wyniku
podziału częstotliwości oscylatora kwarco-
wego przez wewnętrzny preskaler (wartość
nastawy zawiera rejestr CLKPR).
Zmiana wartości preskalera jest możliwa
po wcześniejszym ustawieniu bitu CLKPCE
(bit 7) w CLKPR, po czym w ciągu najbliż-
szych 4 cykli zegarowych należy wpisać
nową wartość preskalera. Powyższe opera-
cje wykonywane są na początku programu
obsługi. Zmniejszenie częstotliwości sygna-
łu taktującego mikrokontroler ma na celu
przede wszystkim umożliwienie generowa-
nia przerwania po przepełnieniu układu Ti-
mer0 dokładnie co 1 sekundę.
Licznik 8-bitowy układu Timer0 zlicza
impulsy przebiegu prostokątnego o częstotli-
wości 256 Hz, w związku z czym dokładnie
co 1 sekundę następuje jego przepełnienie
i zostaje wygenerowane żądania obsługi
przerwania (w programie obrotomierza pro-
cedura obsługi nosi nazwę
Sample
), które
jest również odpowiedzialne za przechwy-
tywanie zawartości licznika układu Timer1,
pracującego w trybie licznika impulsów
zewnętrznych na wyprowadzeniu T1 mi-
krokontrolera. Na tym wyprowadzeniu wy-
stępuje przebieg generowany przez czujnik
odbiciowy QRD1114. W ten sposób otrzy-
mujemy układ umożliwiający zmierzenie
Budowa obrotomierza
Na
rysunku 2
pokazano schemat ide-
owy obrotomierza. Jest to stosunkowo prosty
system mikroprocesorowy zbudowany przy
użyciu taniego mikrokontrolera ATtiny2313,
zintegrowanego 4-cyfrowego wyświetlacza
LED ze wspólną anodą, tranzystorów PNP
sterujących jego pracą i czujnika odbiciowe-
go QRD1114. Zastosowanie zintegrowanego
wyświetlacza LED podyktowane było chęcią
uproszczenia obwodu drukowanego, ponie-
waż ma on mniejszą liczbę wyprowadzeń niż
cztery pojedyncze wyświetlacze. Sterowanie
pracą wyświetlacza odbywa się z wykorzy-
staniem multipleksowania realizowanego
w pętli głównej programu obsługi obroto-
mierza – bez użycia Timera, gdyż nie jest wy-
magana duża precyzja czasów przełączania,
a poza tym program główny aplikacji reali-
R E K L A M A
Tabela 1. Zależność wyniku pomiaru
prędkości obrotowej od liczby ciem-
nych pól
na wale
n l
imp
Prędkość rzeczywista V
obl
4 3
45
10 8
50
48
20 17
51
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2010
43
PROJEKTY
Listing 1. Program obsługi obrotomierza
‘CopyrightRobertWolgajew-24.07.2010
$regile
=“Attiny2313.dat”
$crystal
=262144
′Rezonatorkwarcowy4194304Hz,Fuse-bitCKDIV8odprogramowany,
preskaler=16
$hwstack
=40
$swstack
=32
$framesize
=32
′Terazprzyużyciurejestrupreskalerazegarasystemowegoustawiamy
′podzielnikczęstotliwościna16.Wtensposóbrzeczywista
′częstotliwoścpracymikrokontrolerawyniesie262144Hzconiezbędne
′jestdlagenerowaniaprzerwaniaodprzepełnieniaukładuTimer0
′dokładnieco1sprzyzałożonejkoniguracjisprzętowej.Przyokazji
′znacznieograniczamypobórenergiiprzezukładmikrokontrolera.
Clkpr=&B10000000
Clkpr=&B00000100
′Stopieńpodziału=16codajeFclk(I/O)=262144Hz
‚KoniguracjaportówI/O
Portb=&B11111111
′PortsterującykatodamiwyświetlaczyLED-aktywnystan„0”
Ddrb=&B11111111
′Domyślnie-stannieaktywny„1”
Portd=&B00011111
′Bity4,2,1i0towspólneanowywyświetlaczyLED-aktywnystan
„0”
Ddrd=&B11010111
′Domyślnie-stannieaktywny„1”dlawspólnychanodwyświetlaczyLED
‚Aliasy
Data_port
Alias
Portb
′Portdanych-połączonekatodywyświetlaczyLED
Digit1anode
Alias
Portd.2
′Wspólnaanodapierwszejcyfry
Digit2anode
Alias
Portd.1
′Wspólnaanodadrugiejcyfry
Digit3anode
Alias
Portd.0
′Wspólnaanodatrzeciejcyfry
Digit4anode
Alias
Portd.4
′Wspólnaanodaczwartejcyfry
Mode_key
Alias
Pind.3
′Przyciskzmianytrybupracyobrotomierza:obr/min-obr/sek
′KoniguracjaukładuTime1jakolicznikaimpulsówzewnętrznych
′doprowadzanychnawejściaT1(PD5)mikrokontrolera-układzlicza
′przyopadającymzboczunatymżewejściu.
Conig
Timer1
=
Counter
,Edge=Falling
′KoniguracjaukładuTimer0jakozegaraliczącegoimpulsywewnętrzne
′dostarczanezwbudowanegopreskaleradlaukładówczasowo-
′licznikowych.Ustawieniewspółczynnikapodziałuna1024powoduje,iż
′doukładuTimer0dostarczanyjestprzebiegoczęstotliwości256Hzco
′powodujeprzepełnianiesięzegaraTimer0dokładnieco1s.
Conig
Timer0
=
Timer
,Prescale=1024
′Deklaracjaproceduryobsługiprzerwaniaodprzepełnienialicznika
′Timer0służącegopomiarowiliczbyimpulsówdostarczanychnawejście
′układuTimer1pracującegowtrybielicznikaimpulsówzewnętrznych
On
Ovf0Sample
′Uruchomieniesystemuprzerwańorazodblokowanieprzerwaniaod
′przepełnieniaukładuTimer0
Enable
Ovf0
Enable
Interrupts
′Deklaracjezmiennych
Dim
Revolutions
As
Word
′Zmiennaprzechowującaliczbęimpulsówodczytanychwprocedurze
obsługiprzerwaniaOVF0
Dim
Digit1
As
Byte
,Digit2
As
Byte
,Digit3
As
Byte
,Digit4
As
Byte
′Zmiennekolejnychcyfrdlaprocesumultipleksowania
Dim
Wtemp1
As
Word
,Wtemp2
As
Word
′ZmiennetymczasowetypuWord
Dim
Btemp
As
Byte
′ZmiennatymczasowatypuByte
Dim
Refresh
As
Bit
′Flagażądaniaodświerzeniapomiaruustawianawprocedurzeobsługi
przerwaniaOVF0
Dim
Work_mode
As
Bit
′Trybpracyukładu:0->obr/min,1->obr/sek
Dim
Index
As
Byte
′Zegarprogramowydlaproceduryeliminacjidrgaństyków
Declare
Sub
Calculate_digits
Do
′Sprawdzamyczynienastąpiłonaciśnięcieprzyciskuzmianysposobu
′wyświetlaniainformacjioobrotach-zuwaginaumieszczeniekodu
′odpowiedzialnegozamultipleksowaniewyświetlaczawpętligłównej,
′wcelueliminacjidrgaństykówniekorzystamyzinstrukcji.Waitms
′tylkowspomnianymechanizmopieramynaspecjalnym„zegarze”
′programowymzużyciemzmiennejIndex
If
Mode_key=0
Then
Incr
Index
Else
Index=0
If
Index=5
Then
Toggle
Work_mode
′Wywołanieproceduryobliczającejzmienneprzechowującewartości
′poszczególnychsegmentówwyświetlaczaLED
Call
Calculate_digits
End
If
′Sprawdzamyczyniepozyskanonowegopomiaru-sprawdzamystanlagi
′RefreshustawianejwprocedurzeSample.Jeślitaktowywołujemy
′proceduręaktualizującązmienneprzechowującewartości
′poszczególnychsegmentówwyświetlaczaLED
If
Refresh=1
Then
Call
Calculate_digits
Refresh=0
End
If
′MultipleksujemywyświetlaczLED-każdacyfrawyświetlanabędzie
′przezok.4ms
Data_port=Digit1
′Wystawiamynaportdanych(katodywyświetlaczyLED)wartośćdla
′liczbytysięcy
Reset
Digit1anode
′Zapaleniesegmentupierwszego
Waitms
4
Set
Digit1anode
′Zgaszeniesegmentupierwszego
Data_port=Digit2
′Wystawiamynaportdanych(katodywyświetlaczyLED)wartośćdla
′liczbysetek
Reset
Digit2anode
′Zapaleniesegmentudrugiego
Waitms
4
Set
Digit2anode
Data_port=Digit3
′Wystawiamynaportdanych(katodywyświetlaczyLED)wartośćdla
44
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2010
′Zgaszeniesegmentudrugiego
Obrotomierz
Listing 1. c.d.
′liczbydziesiątek
Reset
Digit3anode
′Zapaleniesegmentutrzeciego
Waitms
4
Set
Digit3anode
′Zgaszeniesegmentutrzeciego
Data_port=Digit4
′Wystawiamynaportdanych(katodywyświetlaczyLED)wartośćdla
′liczbyjedności
Reset
Digit4anode
′Zapaleniesegmentuczwartego
Waitms
4
Set
Digit4anode
′Zgaszeniesegmentuczwartego
Loop
′Proceduraobliczającawartościdlaposzczególnychsegmentów
′wyświetlaczaLEDuwzględniającawygaszaniezernieznaczących
Sub
Calculate_digits
′Wzależnościodżądanegotrybupracy(sposobuwyświetlania)
′dokonujemystosownychprzeliczeńzmierzonejliczbyimpulsów.
If
Work_mode=0
Then
Wtemp1=Revolutions*15
Else
Wtemp1=Revolutions\4
Digit1=255
′Segmentpierwszydomyślniecałkowiciewygaszony
If
Wtemp1>999
Then
Btemp=Wtemp1\1000
′Obliczamywartośćdlaliczbytysięcy
Digit1=
Lookup
(btemp,Cyfra)
Wtemp2=Btemp*1000
Wtemp1=Wtemp1-Wtemp2
End
If
Digit2=20
′Domyślniawartość“0”=Lookup(20,Cyfra)
If
Wtemp1>99
Then
Btemp=Wtemp1\100
′Obliczamywartośćdlaliczbysetek
Digit2=
Lookup
(btemp,Cyfra)
Wtemp2=Btemp*100
Wtemp1=Wtemp1-Wtemp2
End
If
′Wygaszeniesegmentudrugiegojeśliwartośćliczbysetek=0
′ipoprzednisegmentbyłwygaszony(czyli=255)
If
Digit2=20
Then
If
Digit1=255
Then
Digit2=255
Digit3=20
′Domyślniawartość„0”=Lookup(20,Cyfra)
If
Wtemp1>9
Then
Btemp=Wtemp1\10
′Obliczamywartośćdlaliczbydziesiątek
Digit3=
Lookup
(btemp,Cyfra)
Wtemp2=Btemp*10
Wtemp1=Wtemp1-Wtemp2
End
If
′Wygaszeniesegmentutrzeciegojeśliwartośćliczbydziesiątek=0
′ipoprzednisegmentbyłwygaszony(czyli=255)
If
Digit3=20
Then
If
Digit2=255
Then
Digit3=255
′Segmentczwarty(liczbajedności)pokazujemyzawszenawetjeśli
′wartośćliczbyjedności=0
Digit4=
Lookup
(wtemp1,Cyfra)
′JeśliwybranotrybpracyukładuWork_mode=1(pokazywanieobrotów
′wjednostceobr/sek)tozapalamykropkęprzysegmenciejedności
′(czwartym)którasygnalizujewłaśnietakitrybpokazywania
′zmierzonejwartości
If
Work_mode=1
Then
Reset
Digit4.4
End
Sub
′ProceduraobsługiprzerwaniaodprzepełnieniaukładuTimer0
′odpowiedzialnazapomiarliczbyimpulsówdostarczanychnawejście
′układuTimer1(T1/PD5)wjednostceczasurównej1s.
Sample:
Stop
Timer1
′ZatrzymujemylicznikTimer1zliczającyimpulsyzewnętrzne
dostarczanenakońcówkęT1
Revolutions=Timer1
′PrzepisujemyzawartośćlicznikadozmiennejRevolutions
Timer1=0
′ZerujemylicznikTimer1
Start
Timer1
′Uruchamiamyproceszliczaniaodnowa
Refresh=1
′Ustawiamylagężądaniaodświerzeniapomiaru-dlapętligłównej
Return
′Deinicjecyfrod0do9+wygaszonysegment(indeks10)dlaportu
′danychPORTB
Cyfra:
Data
20,183,56,50,147,82,80,55,16,18,255
częstotliwości przebiegu występującego na
wyprowadzeniu T1 mikrokontrolera, a za-
tem obliczenie prędkości obrotowej wału.
Należy podkreślić, iż nie ma tu znaczenia
fakt, że przy zastosowaniu do programowa-
nia języka Bascom jest odkładana zawartość
28 rejestrów zaraz po wywołaniu procedury
obsługi przerwania i tym samym zmniejsza
dokładność pomiaru czasu, gdyż zostaje
wprowadzany błąd wynoszący kilka taktów
zegara.
Po naciśnięciu przycisku MODE obro-
tomierza można wybrać jednostkę wyniku
pomiaru, w której jest on prezentowany.
Dostępne jednostki to: obr/min (domyślna)
i obr/sek. Włączenie ostatniej opcji sygna-
lizowane jest za pomocą kropki dziesiętnej
najmniej znaczącej cyfry jednostek.
Na
listingu 1
zamieszczono komplet-
ny program obsługi obrotomierza napisany
w języku Bascom AVR. Opatrzono go liczny-
mi komentarzami, co pozwoli na łatwe zro-
zumienie sposobu działania.
ny TOP końcówki. Następnie lutujemy po-
zostałe elementy po stronie TOP, a na końcu
R E K L A M A
Montaż
Na
rysunku 3
pokazano schemat monta-
żowy obrotomierza. Jest on zmontowany na
płytce dwuwarstwowej, przy czym elementy
montowane są po obu stronach płytki. Mon-
taż należy rozpocząć od wlutowania wszyst-
kich elementów po stronie wyprowadzeń
(umownie BOTTOM) czyli: stabilizatora
U1, mikrokontrolera U2, rezystorów R2...R4,
R6...R13, złącza PWR i czujnika odbiciowe-
go TS. Elementy te najlepiej jest lutować od
strony BOTTOM ucinając wystające od stro-
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2010
45
PROJEKTY
Rysunek 3. Schemat montażowy obrotomierza
sprawdzamy dokładnie jakość wykonanych
lutów.
Poprawnie zmontowany układ powinien
działać bezpośrednio po uruchomieniu pod
warunkiem poprawnej instalacji czujnika
pomiarowego. Powinien on być skierowa-
ny na wał napędowy, oklejony paskiem po-
miarowym. Opcjonalnie, czujnik QRD1114
może być podłączony do płytki urządzenia
za pomocą taśmy 3-przewodowej, co umoż-
liwi dowolne umiejscowienie samego wy-
świetlacza LED.
Wykaz elementów
Rezystory:
R1: 22 k
V
R2...R5: 2,2 k
V
R6...R13: 270
V
*
R14: 10 k
V
R15: 220
V
Kondensatory:
C1: ceram. 330 nF
C2, C3: ceram. 100 nF
C4, C5 – ceram. 12 pF
Półprzewodniki:
U1: 78M05
U2: ATtiny2313 (DIL20)
D1: 1N4004
T1...T4: BC560
TS: QRD1114
LED: LED-AF-5643FY (żółty), LED-AF-5643FG
(zielony) lub LED-AF-5643FB (niebieski)
Inne:
PWR: gniazdo męskie kątowe 90º 2pin
(NSL25-2W)
MODE: microswitch
Q1: kwarc 4,194 MHz
* – dobrać w zależności od koloru
zastosowanego wyświetlacza LED dla
uzyskania prądu obciążenia pojedyńczego
segmentu rzędu 10 mA
Robert Wołgajew, EP
robert.wolgajew@ep.com.pl
R
E
K
L
A
M
A
46
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2010
Plik z chomika:
gselectro.eu
Inne pliki z tego folderu:
AVT1026 - Elektroniczna klepsydra.pdf
(458 KB)
AVT1022 - Migająca lampa dużej mocy.pdf
(238 KB)
AVT1016 - Tester tranzystorów bipolarnych.pdf
(207 KB)
AVT1025 - Prosty podwajacz napięcia.pdf
(199 KB)
AVT1015 - Przystawka do miernika uniwersalnego.pdf
(214 KB)
Inne foldery tego chomika:
_AUDI A6 C5
--==2022==--
--==A6==-- _AUDI A6 C5
--==BEST==--Instalacje elektryczne
--==diagnostyka==--
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin