Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
IGE-XAO
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Stroboskopowy Miernik Prędkości Obrotowej

mirley 02 Wrz 2010 15:17 13842 20
  • Stroboskopowy Miernik Prędkości Obrotowej

    Witam

    Chciałbym przedstawić moje kolejne urządzenie. Prezentowany układ jest miernikiem prędkości obrotowej silników elektrycznych, a główną jego zaletą jest bezinwazyjny pomiar polegający na oświetleniu wirującego obiektu diodą LED dużej mocy. Pomiar polega na ustawieniu częstotliwości błysków zgodnej z częstotliwością obrotów (ustawieniu nieruchomego obrazu po oświetleniu światłem stroboskopowym z diody LED) za pomocą impulsatora. Pomiar można dokonywać bez zatrzymania badanego urządzenia. Układ został zbudowany w oparciu o mikrokontroler ATMEGA8, a ustawione obroty prezentowane są na wyświetlaczu LCD. Dodatkowo układ pokazuje również błąd wynikający z zaokrąglenia wyliczonych w programie wartości dla podzielnika timera, natomiast pomiary częstotliwości generowanych błysków pozwoliły zrobić z układu miernik, a nie tylko wskaźnik obrotów. Sterowanie odbywa się za pomocą enkodera obrotowego i sześcioprzyciskowej klawiatury. Całe urządzenie może być zasilane z baterii, gdyż ze względu na impulsowy charakter pracy diody całość nie pobiera dużo prądu. Układ z powodzeniem zmieści się w popularnej obudowie KM35, w której znajdzie się też miejsce na baterię 9V.

    Schemat:
    Stroboskopowy Miernik Prędkości Obrotowej

    Sercem układu i jego najważniejszą częścią jest mikrokontroler U1 (ATMEGA8-16AU), który pracuje na taktowaniu z rezonatora kwarcowego X1 (16MHz). Dodatkowe kondensatory C1 (22pF) i C2 (22pF) są konieczne do poprawnej pracy rezonatora. Jako interfejs programujący wykorzystane jest złącze Prog, które zawiera zestaw sygnałów potrzebnych podczas programowania szeregowego. Złącze to jest konieczne gdyż mikrokontroler jest w obudowie SMD co uniemożliwia zaprogramowanie w układzie zewnętrznym. Kondensator C5 (100nF) filtruje zasilanie mikrokontrolera. Kondensatory C6 (100nF) i C7 (100nF) łagodzą zbocza sygnału wygenerowanego przez impulsator IMP, co ułatwia jego bezproblemową obsługę w programie. Przyciski S1 - S6 (uSwitch) stanowią dodatkową klawiaturę urządzenia. Elementem generującym błyski świetlne jest dioda LED o mocy 0.5W, jej prad ograniczony jest przez rezystor R4 (30R/2W), a sterowana jest za pomocą tranzystora T2 (BC337) i rezystora R3 (330R). Dioda podłączona jest bezpośrednio do zasilania, z pominięciem stabilizatora, aby zminimalizować wpływ impulsów prądowych na działanie mikrokontrolera i odciążyć stabilizator napięcia U2 (78L05). Kondensatory C3 (220uF) i C4 (47uF) są konieczne do poprawnej pracy stabilizatora. Prezentacja wyników pomiaru odbywa się na wyświetlaczu W1 (LCD 16x2). Jego kontrast ustawiany jest za pomocą P1 (10k) a podświetlanie jest możliwe do włączenia programowo za pośrednictwem T1 (BC556), R1 (47R) i R2 (3,3k).


    Montowanie:
    Pracę należy rozpocząć od wlutowania dwóch zworek. Następne w kolejności powinny być kondensatory i rezystory SMD, mają to być elementy w popularnych obudowach 0805 (2x1.2mm). Następny w kolejności powinien być mikrokontroler U1, przy którym należy zwrócić uwagę na numery wyprowadzeń (przyda się tutaj rysunek montażowy w odbiciu lustrzanym). Przyciski powinny mieć długość ośki 15mm i należy je tak wlutować aby minimalnie wystawały nad wyświetlacz LCD włożony w złącze szufladkowe, będzie to ważne przy montowaniu płytki w obudowie. Podobnie sprawa wygląda z impulsatorem. Potencjometr P1 musi być w obudowie stojącej aby z boku można było poregulować kontrastem przy włożonym LCD.

    Płytka została tak zaprojektowana, że z łatwością pasuje do popularnej obudowy KM35. Wszystko jest na płytce aby nie było konieczności łączenia przycisków przewodami. Przy wycinaniu dziur w obudowie można posłużyć się rysunkiem z rozkładem dziur, specjalnie przygotowanym w tym celu. Należy go wkleić w środku obudowy za pomocą taśmy i wiercić przez rysunek. Ułatwi to znacznie wykonanie obudowy.

    Układ został przewidziany do zasilania 9V z baterii, jednak nic nie stoi na przeszkodzie aby wykorzystać zasilacz o napięciu 7-12V

    Foto:
    Stroboskopowy Miernik Prędkości Obrotowej Stroboskopowy Miernik Prędkości Obrotowej Stroboskopowy Miernik Prędkości Obrotowej Stroboskopowy Miernik Prędkości Obrotowej Stroboskopowy Miernik Prędkości Obrotowej Stroboskopowy Miernik Prędkości Obrotowej Stroboskopowy Miernik Prędkości Obrotowej


    Kalibracja i pomiary:
    Po zaprogramowaniu układu wstępną wersją programu i wyliczeniu podzielnika timera, pomiary wykazały odchyłki generowanej częstotliwości w stosunku do teoretycznie spodziewanej. Jest to spowodowane pracą z podzielnikiem timera równym 1, czasem jaki jest potrzebny na obsługę przerwania i czasem przeładowania wartości w rejestrze timera. W tabeli niżej zostały zawarte pomiary częstotliwości generowanej na wyjściu (f_p) w stosunku do częstotliwości jaka powinna być teoretycznie (f_i) oraz odpowiadające im wartości obrotów (obroty pomnożone są przez 10 aby uzyskać dokładność nastaw 0.1 obr/min).

    Stroboskopowy Miernik Prędkości Obrotowej

    Dane z tabelki zostały podzielone na dwie części, od 60 do 480 obr/min i drugi przedział od 480-42000 obr/min. Podział ten wynika z działania programu, w którym działają dwa zakresy pomiarowe. Na wykresach poniżej widać punkty pomiarowe (zależność obrotów teoretycznych od obrotów zmierzonych, przeliczonych z pomiaru częstotliwości) wraz z dopasowanymi krzywymi kalibracyjnymi:

    Stroboskopowy Miernik Prędkości Obrotowej Stroboskopowy Miernik Prędkości Obrotowej

    Jako krzywą kalibracyjną została przyjęta zależność kwadratowa, a jej współczynniki:

    zakres 60-480 obrotów:
    a= 1.88622104239405e-006
    b= 0.999905059864626
    c= 0.189869882714651

    zakres 480-42000 obrotów:
    a= 2.54573967680295e-007
    b= 0.996905226980814
    c= 1.00037985789872

    Po wstawieniu parametrów do programu układ staje się miernikiem a nie tylko wskaźnikiem obrotów. W tabelce poniżej zostały zawarte wyniki pomiarów częstotliwości generowanej przez układ w zależności od ustawionej na wyświetlaczu. Błąd generowanej częstotliwości jest ułamkiem procenta wartości żądanej:

    Stroboskopowy Miernik Prędkości Obrotowej

    Strona domowa projektu: http://mirley.firlej.org/stroboskopowy_miernik_obr

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    mirley
    Poziom 17  
    Offline 
    KUP TERAZ! - - PCB, Elementy do moich projektów. ZAMÓW! - Projektowanie PCB, programowanie i inne. Więcej na http://mirley.net
    mirley napisał 388 postów o ocenie 1032, pomógł 13 razy. Jest z nami od 2006 roku.
  • IGE-XAO
  • #2
    kumooo
    Poziom 16  
    Siemka.
    Czym zabezpieczasz płytki bo widzę że czyms je pomalowałeś. Stara dobra kalafonia i odrobina rozpuszczalnika ?

    Nie myslałeś nad bezpradowym cynowaniem ?

    PS. bardzo ladnie wykonane urządzenie widać że się bardzo starasz.
  • #4
    tobbit
    Poziom 19  
    Witam!
    Mnie ciekawi jak zrobiony jest opis na obudowie. Czy jest to zwykły wydruk z drukarki za laminowany i przyklejony czy może coś innego?
    Konstrukcja ładnie i starannie wykonana. Tak trzymaj ;)
    pozdrawiam
    tobbit
  • IGE-XAO
  • #5
    Yaro126
    Poziom 20  
    Fajna sprawa:) Mam pytanie, czy ktoś z Was spotkał się może z diodami LED o zmniejszonej bezwładności? Robiłem kiedyś stroboskop LED, który miał służyć do inspekcji urządzeń w ruchu, ale z powodu bezwładności nie udało mi się uzyskać ostrego obrazu i w rezultacie trzeba było użyć palnika...
  • #6
    korneliuszo
    Poziom 16  
    Urządzenie ładne, lecz kalibracja jest niedokładna.

    Wykorzystanie trybu CTC licznika lub użycie assemblera zlikwidowałby niedokładność.
  • #8
    biglolo94
    Poziom 16  
    Bardzo fajne i dobrze zbudowane urządzenie, jedank do paru drobnostek musze się przyczepić. Bowiem lutowanie pozostawia wiele do życzenia, a na warstwie TOP autor mógł jeszcze zrobić opis i wykaz elementów, a następnie ją polakierować. Wtedy płytka by była jak fabryczna. Płytkę przydało by się jeszcze pocynować co nie jest takie drogie jak autor napisał. Bowiem wystarczy w allegro wpisać bezprądowe cynowanie - zobaczcie sami. Naprawdę radze wydać te 15zł bowiem o wiele lepiej się lutuje.

    Ale i tak chciałem pogratulować autorowi, że miał cierpliwość wyciąć tak ładnie płytkę (mam na myśli te zaokrąglenia) i gratuluje udanej konstrukcji :)

    A i mam małe pytanko co do tej naklejki na panel przedni. Jak ją wykonałeś ?
  • #9
    Maticool
    Poziom 20  
    Trzeba tylko uważać, żeby sobie przypadkiem nie ustawić podwielokrotności faktycznych obrotów...


    korneliuszo napisał:
    Wykorzystanie trybu CTC licznika lub użycie assemblera zlikwidowałby niedokładność.

    Dokładnie. Widać, że kalibracja działa całkiem sprawnie ale jest jakby "nieelegancka". Dokładnością takiego urządzenia powinny dyktować tylko rezonator kwarcowy i błędy kwantowania a nie "niesmaki" samego programu.

    Yaro126 napisał:
    Mam pytanie, czy ktoś z Was spotkał się może z diodami LED o zmniejszonej bezwładności? Robiłem kiedyś stroboskop LED, który miał służyć do inspekcji urządzeń w ruchu, ale z powodu bezwładności nie udało mi się uzyskać ostrego obrazu i w rezultacie trzeba było użyć palnika...

    Troche offtop ale IMHO problemem Kolegi nie była bezwładność diody, bo jest ona minimalna (poniżej µs), tylko prawdopodobnie zbyt duży współczynnik wypełnienia. Niestety, dla LEDów nie można go zanadto zmniejszyć, bo ich światło jest za słabe, żeby bardzo krótki błysk był widoczny dla człowieka. Można oczywiście próbować nadrobić ilością i mocą diod. Palnik to chyba jednak lepszy wybór do takich celów.
  • #10
    mirley
    Poziom 17  
    Osobiście uważam że robienie opisów gdzie który element wlutować jest strata czasu i pieniędzy..... po to mam schemat montażowy aby wlutować elementy w odpowiednich miejscach. Podobnie sprawa z cynowaniem.... po tych wszystkich ulepszeniach okaże się że lepiej zamówć płytkę w firmie. Takie jest moje zdanie ale każdy robi tak jak uważa i na ile pozwalają mu fundusze.

    Na ile starcza ten preparat za 15zł?

    Panel przedni to wydruk z drukarki laserowej na papierze samoprzylepnym. Potem naklejona folia samoprzylepne i całość wycięta nożem do tapet i/lub nożyczkami. Potem nakleja się na obudowę i po kłopocie

    Zgadzam się że program powinien być tak napisany aby uwzględnic wszystkie rozkazy wykonywane w przerwaniach i ilośc cykli jakie one zajmują itp szczegóły. Z drugiej jednak strony ta kalibracja i tak będzie lepsza bo uwzględnia fakt że rezonator kwarcowy ma np 15.988MHz a nie 16MHz, a jest szybsza do wykonania i modyfikacja programu nie powoduje że znowu trzeba liczyć cykle zegara
  • #11
    waleryfw
    Poziom 13  
    Zawsze chciałem zbudować taki miernik i proszę jest

    Mam pytanie do autora projektu jaki typ diody led zastosować bo jakoś nie mogłem się doczytać
    Czy na element obrotowy musimy nakleić jakiś pasek odblaskowy
    Jakie minimalne i maksymalne obroty możemy zmierzyć tym miernikiem
  • #12
    piotrva
    Moderator na urlopie...
    takie pytanie, gdzie można kupić taki enkoder obrotowy, bo ciężko mi coś takiego znaleźć.
    A projekt bardzo ciekawy i pochwała za kalibrację, sam zamierzałem kiedyś wykonać podobne urządzenie, tyle że nigdy nie starczało mi zapału ;-)
  • #13
    MasMas
    Poziom 16  
    Po pierwsze konstrukcja jak zwykle udana, gratuluje autorowi. Po drugie chciałbym popełnić mały offtop :

    Cytat:
    Bowiem lutowanie pozostawia wiele do życzenia


    Za wsze gdy widzę takie wypowiedzi to się zastanawiam... A te luty to tutaj pełnią funkcję ozdobną czy dekoracyjną ? Co prawda wśród elektroników istnieje taka ambicja by wykonywać płytki, luty, soldermaski itp w sposób ładny i estetyczny, dla siebie samego czy jako "sztuka dla sztuki". Ale czy to ma tak na prawdę sens ?
    Przecież lut ma spełniać takie zadanie, że ma połączyć element ze ścieżką - jeśli prąd jest w stanie przepłynąć to znaczy, że lut jest dobry. Po co ma być ładny ? Owszem, estetyka jest ważna, nawet bardzo, ale obudowy i tego co widać, a nie płytki, która jest w środku...
    Oczywiście to tylko moje zdanie, ktoś może uważać inaczej i sam być "lutofilem" ale czpiać się kogoś o to jak wyglądają luty to trochę mija się z celem lutowania.... Tak IMHO.
  • #14
    mirley
    Poziom 17  
    Diody led, link do wyszukiwarki: http://allegro.pl/listing.php/search?sg=0&string=LED+0.5W

    Element obrotowy trzeba oznaczyć czyms kontrastowym, np kreska zrobiona kredą. Urządzenie generuje błyski o określonej częstotliwości, co sprawia że widziany obraz zatrzyma się jak częstotliwości będą zgodne

    zakres działania od 60-42000 obrotów/min

    Enkoder obrotowy, link do wyszukiwarki: http://allegro.pl/listing.php/search?string=e...&category=0&from_showcat=1&sg=0&change_view=1
  • #15
    biglolo94
    Poziom 16  
    mirley Co do tego roztworu to ja zakupiłem ten roztwór i pocynowałem już 11 płytek. Jak będziesz trzymał to w szczelnym pojemniku to myślę, że pół roku posłuży, ale nie wiem dokładnie może to być nawet dłużej lub troszeczkę krócej. Oczywiście jak rozpuścisz ten roztwór i nie będziesz go używać termin przydatności będzie o wiele dłuższy. Ale załóżmy ze starczy on na pół roku a skoro kosztuje on jedyne 15zł, wiec gdy będziemy co miesiąc odkładać 2,50zł to starczy nam na nowy preparat. Dochodzi także koszty przesyłki, ale i tak to mało wyjdzie.

    A skoro ktoś, żałuje na owym preparacie to życzę powodzenia bowiem to nie tylko poprawia estetykę wykonania ale również sprawia nam radość gdyż LATWIEJ SIĘ LUTUJE.
  • #16
    adi84_84
    Poziom 13  
    biglolo94
    Też używam tego środka i zgodzę się że płytki super wyglądają.Zabezpieczenie ścieżek też jest dobre.Ale z tym lutowaniem to już się nie zgodzę.Bez topnika kiepsko się lutuję,o wiele lepiej się lutuje na płytkach pokrytych (kalafonia-alkohol) :)
  • #17
    biglolo94
    Poziom 16  
    adi84_84 sorki ale zapomniałem w mojej wcześniejszej wypowiedzi wspomniec o topniku :cry:
    Gdy pocynowaną płytkę pokryjemy topnikiem nawet takim własnej roboty to lutuje się świetnie :D
  • #18
    KBCH
    Poziom 13  
    Czy miernik pokazuje obroty co 10rpm czy może dokładniej? Do czego Ty konkretnie wykorzystujesz miernik?
  • #19
    mirley
    Poziom 17  
    Musze spróbować w takim razie z tym roztworem przy następnym zamówieniu na allegro....

    Co do miernika to pozwala on ustawic obroty co 0.1 rpm jednak faktyczna dokładność jak nietrudno się domyślic zależy od tego czy mierzymy 200 obrotów czy 10000 obrotów. Błąd wynikający z kwantowania wartości czestotliwości pokazywany jest na wyświetlaczu razem z wartością obrotów, więc na bieżąco można sobie sprawdzić czy podzielnik który został wyliczony jest bliski wartości całkowitej i jaki jest błąd wynikający z reszty zaokrąglenia do wartości całkowitej

    Miernik używany jest do pomiarów prędkości silników... osobiście go nie używam bo wykonałem go dla znajomego
  • #20
    misiaty1985
    Poziom 16  
    Bardzo fajny projekt. Mam pytanie jakie są minimalne skoki generowanej częstotliwości?
    Code:
    Co do miernika to pozwala on ustawic obroty co 0.1 rpm jednak faktyczna dokładność jak nietrudno się domyślic zależy od tego czy mierzymy 200 obrotów czy 10000 obrotów.

    Mógłbyś podać jakieś przykładowe skoki generowanej częstotliwości, np. dla 1000 (10 000)obr/min i później jaka jest następna.
  • #21
    mirley
    Poziom 17  
    Witam

    ogólnie wzór jaki obowiązuje dla częstotliwości w moim układzie to: 500000/D, gdzie D jest podzielnikiem 16 bitowym (0-65535). Dla przykładu:

    Code:
       
    
               Podzielnik   f[Hz]

    1000 obr   29998   16,66777785
               29999   16,66722224
               30000   16,66666667
               30001   16,66611113
               30002   16,66555563
                
    10000 obr   2998   166,7778519
               2999   166,7222407
               3000   166,6666667
               3001   166,6111296
               3002   166,5556296