Измерение частоты вращения. Тема: Цифровой тахометр своими руками Светодиодный тахометр своими руками схема
Своими руками сегодня можно сделать цифровой, не прибегая при этом к мощным дорогостоящим компонентам. В данной статье мы рассмотрим подобный вариант цифрового тахометра. В нашем случае переключение режимов тахометра будет производиться трехпозиционным переключателем. У тахометра будет два режима работы, отличаться они будут пределами измерений частоты вращения коленвала.
Таким образом, мы сможем контролировать малые обороты с более высокой точностью. Информация будет выводиться на дисплей в приборной панели, состоящий из линейки 12 . Измерительный блок представляет собой микросхему сдвоенного триггера DD1. С катушки зажигания импульсы поступают на его ячейки.
После этого с выводов 1 и 13 триггера сигнал уходит в цепь формирователя соответствующих выходных сигналов блока «Ang Out» и «Tah Out». Первый блок несет информацию о времени замыкания контактов, а второй – информацию о частоте вращения .
Технические характеристики
Напряжение питания [В].....................................................................9-18
Tок потребления не более [мА].................................................................8
Диапазон выходных напряжений [В]....................................................0-3
Диапазон измеряемых оборотов [об/мин]
при разомкнутых контактах К1 и К2.................................................0-2000
при замкнутых контактах К1 и К2....................................................0-6 000
Диапазон измеряемого времени замкнутого состояния контактов
[%].................................................. ................0-100
Схема подключения к бортовой сети автомобиля:
Электрическая измерительного блока автомобильного:
Плата измерительного блока.
Что такое вообще тахометр ? Тахометр - это устройство, используемое для измерения об/мин (обороты в минуту) любого вращающегося тела. Тахометры делают на основе контактных или безконтактных. Бесконтактные оптические тахометры обычно используют лазерный или инфракрасный луч для контроля вращения любого тела. Это делается путем вычисления времени, затраченного на одно вращение. В этом материале, взятом на одном английском сайте, мы покажем вам, как сделать портативный цифровой оптический тахометр с помощью Arduino Uno . Рассмотрим расширенную версию прибора с ЖК-дисплеем и модифицированным кодом.
Схема тахометра на микроконтроллере
Список деталей для схемы
- Микросхема - Arduino
- Резисторы - 33k, 270 Ом, 10k потенциометр
- LED элемент - синий
- ИК-светодиод и фотодиод
- 16 x 2 LCD экран
- 74HC595 регистр сдвига
Тут вместо щелевого датчика задействован оптический - отражение луча. Так им образом не придется беспокоиться о толщине ротора, количество лопастей не изменит показания, и он может считывать обороты барабана - а щелевой датчик не может.
Итак, прежде всего для датчика вам потребуется излучающий ИК-светодиод и фотодиод. Как его собрать - показано в пошаговой инструкции. Нажимаем на фото для увеличения размера.
- 1. Для начала нужно зашкурить светодиод и фотодиод, чтобы сделать их плоскими.
- 2. Затем сложите полоску бумаги лист, как показано на рисунке. Сделайте две такие структуры так, чтобы светодиод и фотодиод плотно сесть в него. Соедините их вместе клеем и покрасьте в черный цвет.
- 3. Вставить светодиод и фотодиод.
- 4. Склеить их с помощью суперклея и припаять провода.
Номиналы резисторов могут различаться в зависимости от того, какой фотодиод вы используете. Потенциометр помогает уменьшить или увеличить чувствительность датчика. Припаяйте провода датчика как показано на рисунке.
Схема тахометра использует 8-разрядный регистр сдвига 74HC595 с LCD дисплеем 16х2. Сделайте в корпусе небольшое отверстие, чтобы зафиксировать LED индикатор.
Припаяйте 270-омный резистор на светодиод и вставьте в контакт 12 Arduino. Датчик введён в кубическую трубку, чтобы дать дополнительную механическую прочность.
Всё, устройство готово для калибровки и программирования. Скачать программу вы можете по этой ссылке .
Видео работы самодельного тахометра
Сегодня писал про сооружение анализатора мощности аудио-сигнала и наткнулся на чип-и-дипе на интересную конструкцию.
Для тех кто ленится пилить/чертить/травить/искать/ существуют конструкторы (Google найдет), там уже все это сделано.Итак, тот же самый блок NM5201, с другим управляющим компонентом.
Помимо измерения частоты вращения устройство способно измерять вре-мя замкнутого состояния контактов прерывателя, а также напряжение бортовой сети автомобиля. Переключение режимов работы автомо-бильного тахометра производится при помощи дискретного трехпози-ционного переключателя. Тахометр имеет два режима работы, которые отличаются пределами измерения частоты вращения. Благодаря этому контроль на невысоких оборотах коленчатого вала может осуществляться с более высокой точностью.
Вся информация выводится на дисплей, представляющий собой линейку из 12 светодиодов. Линейка разбита на три сектора. Каждый сектор имеет свой цвет и определяет некоторый допустимый интервал измеряемой величины. Рассматриваемые наборы различаются лишь индикаторной частью, светодиоды которой загораются в виде бегающей» точки (блок индикации А520 из набора NM5401) или светящегося столба (блок индикации А530 из набора NM5402). Печатная плата измерительного блока (А5401) одинакова для обоих комплектов.
Подобный прибор будет полезен при диагностике и регулировке двигателя автомобиля, работая как самостоятельное устройство. Если же его встроить в приборную панель, то он будет служить в качестве универсального измерителя основных эксплуатационных параметров двигателя автомашины.Технические характеристики
Напряжение питания [В]...................................................................9-18
Tqk потребления не более [мА]...............................................................8
Диапазон выходных напряжений [В]...............................................0-3
Диапазон измеряемых оборотов [об/мин]
при разомкнутых контактах К1 и К2........................................0-2000
при замкнутых контактах К1 и К2.............................................0-6000
Диапазон измеряемого времени замкнутого
состояния контактов [%]..................................................................0-100
Описание работы автомобильного тахометра
Общий вид собранных плат тахометра показан на Рис. 1.Рис. 1. Общий вид автомобильного тахометра
Такой автомобильный тахометр может быть использован как самостоятельный прибор для контроля и диагностики двигателя автомобиля или как встроенный в приборную панель многорежимный индикатор. На Рис. 2 показано, как тахометр подключить к бортовой сети автомобиля.
Электрическая схема измерительного блока автомобильного тахометра представлена на Рис. 3. Как было сказано выше, в обоих наборах (NM5401 и NM5402) используется один и тот же измерительный блок.
Измерительный блок базируется на микросхеме сдвоенного триггера DD1. Импульсы тока, пришедшие от катушки зажигания двигателя, поступают на ячейки триггера микросхемы DD1. Затем с их выходов (выводы 1 и 13) - в цепи формирователей соответствующих выходных сигналов блока «Ang Out» и «Tah Out». Первый содержит информацию о времени замкнутого состояния контактов прерывателя, второй - о частоте вращения вала двигателя.Рис. 2. Схема подключения тахометра к бортовой сети автомобиля
Рис. 3. Электрическая схема измерительного блока автомобильного
Поскольку выходы DD1 тахометра нагружены на RC-цепочки, представляющие собой интеграторы, уровень выходного постоянного напряжения на выходах «Ang Out» и Tah Out пропорционален частоте следования импульсов с выводов 1 и 13 соответственно.
Печатная плата, предназначенная для сборки измерительного блока, показана на Рис. 4. На плате нарисованы все элементы, которые должны быть установлены на нее.Рис. 4. Плата измерительного блока
Электрическая схема и печатная плата блока индикации, светодио-ды которого загораются в виде перемещающейся («бегающей») точки, показаны на Рис. 5 и Рис. 6 соответственно. На плате нарисованы все элементы, которые должны быть установлены на нее.
Рис. 5. Электрическая схема блока индикации с «бегающей» точкой
Рис. 6. Плата блока индикации с «бегающей» точкой
Электрическая схема и печатная плата блока индикации, светодио-ды которого загораются в виде светящегося столба, показаны на Рис. 7 Рис 8 соответственно. На плате нарисованы все элементы, которые должны быть установлены на нее.Рис. 7. Электрическая схема блока индикации со светящимся столбом
Рис. 8. Плата блока индикации со светящимся столбом
Через переключатель S2 (см. Рис. 2) сигнал, несущий информацию о той или иной измеряемой величине, поступает на вход INPUT блока индикации. Микросхема DA1 преобразует его в свечение соответствующих светодиодов линейки индикации. С помощью резисторов Rl.. R5 блока индикации задается рабочий интервал и шаг дискретизации измеряемой величины. Верхняя граница входного напряжения светодиодного индикатора может устанавливаться подстроечным резистором R2 в пределах 1...5 В.
Сборка тахометра
Поскольку автомобильный тахометр состоит из двух блоков (плат), собираемых отдельно, перечень элементов набора удобно представить отдельными таблицами. В Табл. 1 перечислены элементы, входящие в измерительный блок, а в Табл. 2 - элементы, входящие в блок индикации А520 («бегающая» точка) и А530 (светящийся столб).
Таблица 1- Перечень элементов измерительного блока тахометра
Позиция Характеристика Наименование и/или примечание Кол-во R1,R2 100 кОм Коричневый, черный, желтый* 2 R3 62кОм Голубой, красный, оранжевый* 1 R4 120 кОм Коричневый, красный, желтый* 1 R5 1 кОм Коричневый, черный, красный* 1 R6, R7 З0 кОм Оранжевый, черный, оранжевый* 2 R8 47кОм Желтый, фиолетовый, оранжевый* 1 С1 0.068 мкФ 683 - маркировка на конденсаторе 1 С2.СЗ 10.0 мкФ, 16 В Конденсаторы 2 VD1 BZX55C 5V1 Стабилитрон 5 В 1 VD2, VD3, VD4 1N4148(КД522) Диоды 3 DD1 CD4013 Микросхема (замена К561ТМ2) 1 А5401 50x25 мм Плата печатная 1
Таблица 2. Перечень элементов блоков индикации А520 и А530
Позиция Характеристика Наименование и/или примечание Кол-во Rl, R5 3кОм Оранжевый, черный, красный* 2 R2 10 кОм Резистор подстроечный 1 R3 100 кОм Коричневый, черный, желтый* 1 R4 R6,R7 3.6 кОм 510 Ом Оранжевый, голубой, красный* Зеленый, коричневый, коричневый* 1 2 VD1 BZX55C 5V1 Стабилитрон 5 В 1 VD2 BZX55C 9V1 Стабилитрон 9 В 1 VD3 1N4148 Диод 1 DA1 UAA180 Возможна замена на КР1003ПП1 1 HL1...HL4 Прямоугольный Светодиод желтого свечения 4
Таблица 2. Перечень элементов блоков индикации А520 и А530 (продолжение)
ПОЗИЦИЯ Характеристика Наименование н или примечание Кол-во HL5...HL8 Прямоугольный Светодиод зеленого свечения 4 HL9...HL12 Прямоугольный Светодиод красного свечения 4 A52 75x25 мм Печатная плата «бегающая точка» 1 А5 30 75x25 мм Печатная плата «светящийся столб» 1 Для качественной сборки автомобильного тахометра ознакомьтесь с правилами сборки и монтажа радиоэлектронных устройств, приведенных в этой книги.
Один из вариантов офрмления передней панели тахометра представлен на Рис. 9.Рис. 9. Передняя панель тестера автолюбителя
Монтаж элементов набора осуществляйте в следующей последовательности:
проверьте комплектность набора;
установите перемычки J1 - 10 мм на плату А5401 и J1 - 5 мм, J2 - 10 мм на плату А520 или А530. Перемычки можно изготовить из обрезков выводов резисторов; / отформуйте выводы компонентов и установите их на платах; (проверьте правильность монтажа; соедините между собой модули как показано на Рис. 2; подключите тахометр к бортовой сети автомобиля и к катушке зажигания (см. Рис. 2); включите питание. В качестве переключателя S1 можно использовать обычный тумблер, a S2 (переключатель режимов) - трехпозиционный переключатель (S1 и S2 в комплект набора не входят).
Правильно собранное устройство не нуждается в настройке. В случае использования блока на автомобиле с числом цилиндров, не равным четырем, потребуется подбор номиналов резисторов R3 и R4 блока NM5401. Причем, сначала нужно подобрать сопротивление R3 при замкнутых контактах К1 и К2 (тумблер S2 в положении «6000»), а затем R4 при разомкнутых (тумблер S2 в положении «2000»). При этом необходимо добиться соответствия показаний светодиодного индикатора шкале прибора (см. Рис. 9). Для этого может понадобиться эталонный тахометр.По материалам книги "Собери Сам" вып. 2 2004г.
Кстати, можно сделать эту конструкцию по привлекательнее с помощью готовой линейной 12-и сегментной шкалы (около 100р.) правда разноцветных не нашел... только одноцветные =(
Основная задача тахометра в автомобиле – это помощь выбора правильной передачи, что положительно влияет на срок работы двигателя. В большинстве автомобилей уже имеется аналоговый тахометр и когда его стрелка приближается к красной отметке, необходимо переключиться на повышенную передачу.
Кроме того автовладельцы применяют для регулировочных работ, как на холостом ходу, так и для контроля частоты вращения вала двигателя во время движения.
Физический принцип работы тахометра заложен в подсчете числа импульсов, которые регистрируются датчиками, порядка их поступления, а также пауз между этими импульсами.
При этом подсчет количества импульсов можно выполнить различными методами: в прямом, в обратном и в обоих направлениях. Полученные результаты, обычно, трансформируются в нужные нам величины. Такой величиной можно считать часы, минуты, секунды, метры и тому подобное.
Конструкция всех тахометров позволяет обнулять полученные значения. Точность данных результатов измерений достаточно условна, около 500 об/мин, самые точные электронные тахометры измеряют с погрешностью до 100 об/мин.
Автомобильные тахометры бывают двух видов цифровые и аналоговые. Цифровой автомобильный тахометр состоит из следующих блоков:
Центральный процессор
АЦП 8 разрядов или более
Датчик температуры жидкости;
Электронный дисплей
Оптрон для диагностики клапана холостого хода
Блок сброса процессора.
На дисплей цифрового автомобильного тахометра, выводятся результаты измерений оборотов вала и двигателя. Цифровой тахометр очень полезен при регулировочных операциях с электронными блоками зажигания двигателя автомобиля, при точной установке порогов экономайзера и др.
Аналоговые автомобильные тахометры более распространены и понятны большему числу автолюбителей. Он показывает результаты измерений с помощью перемещающейся стрелки.
Обычно аналоговый тахометр состоит из :
микросхема
магнитная катушка
провода считывания информации с коленчатого вала
градуированная шкала
стрелка
Работает такой тахометр следующим образом. Сигнал от коленчатого вала поступает по проводам на микросхему, которая определяет положение стрелки по градуированному циферблату.
В автомобиле лучше всего иметь и тот и другой вид тахометра. Так цифровой отлично справляется с регулировкой холостого хода, проверки работы блока управления ЭПХХ (экономайзер принудительного холостого хода) и проверки штатного тахометра (т.к цифровой тахометр обладает гораздо более высокой точностью). Во время управления автомобилем гораздо удобнее использовать штатный аналоговый тахометром, т.к глаз и мозг человека лучше и быстрее анализирует аналоговую информацию, чем ее цифровое значение, а лучшая точность во время управления транспортным средством совсем не требуется.
Кроме того тахометры классифицируются также по способу установки. Существуют штатный и выносной автомобильный тахометр. Первый монтируется непосредственно в приборную панель автомобиля. «Он» более прост и используется в большинстве автомобилей. Выносной тахометр предназначен для установки его на торпедной панели. Они используются для придания автомобилю более тюнингового внешнего вида. В конструкция выносного тахометра имеется ножка для закрепления его на торпедной панели.
Ниже представлена схема квазианалогового электронного тахометра. Принцип ее работы следующий. Частота вращения коленвала двигателя отображается на упрощенной линейной шкале из светодиодов. Шкала цифрового тахометра состоит из девяти светодиодов. Каждый из них примерно соответствует 600 оборотам в минуту двигателя. На холостом ходу светится только первый светодиод. Регулировка тахометра осуществляется путем подбора сопротивления R6. В зависимости от него, можно настроить индикаторы на требуемое количество цилиндров. Можно поменять и цену деления.
В качестве источника импульсов для правильной работы цифрового тахометра может быть датчик Холла, который присутствует в электронной системе зажигания, датчик положения вала и другие. Главное чтоб датчик посылал на нашу схему импульсы, которые меняют сопротивление резистора R1.
Данная схема работает как простой частотомер. Импульсы, которые постоянно идут от датчика двигателя, поступают на счетный вход десятичного счетчика К561ИЕ8, и далее на светодиоды. Запитать схему можно от прикуривателя или .
Диод VD1 КД522 защищает схему от неправильного подключения полярности питания. Датчик оборотов коленчатого вала шлет импульсы на базу транзистора VT1. Сопротивление R1 выбираем в зависимости от датчика (на схеме сопротивление подобрано для датчика Холла в бесконтактной системе зажигания карбюраторного двигателя). С выхода VT1 импульсы попадают на триггер Шмитта, выполненный на элементах D1.1-D1.2. Он преобразует импульсы в требуемую прямоугольную форму. Конденсатор С2 фильтрует помехи, в паре с резистором R4 он составляет фильтр, срезающий импульсы высокой частоты. С Выхода D1.2 импульсы поступают на счетчик.
Мультивибратор собранный на элементах микросхемы D1.3 и D1.4 генерирует тактовые импульсы частотой зависящей от R6. Эти импульсы идут на цепочку C3-R7, что формирует импульс для обнуления счетчика D2. Сверхяркие светодиоды HL1-HL9 подключены непосредственно к выходам счетчика К561ИЕ8. С помощью R9 можно регулировать яркость индикации.
Светодиоды 1-4 на печатной плате подключаются монтажным проводом.
Наладку конструкции начинается с расчета значения резистора R1 в соответствии от размаха входящих импульсов. Затем заменяем R6 последовательно включенными переменными резисторами на 1 Ом и постоянным на 10 кОм. Далее подкручиваем переменный резистор на максимальное сопротивление. Затем крутим его так, чтобы на холостом ходу двигателя загорелись только два светодиода. Отмечаем это положение подстроечного резистора. Затем уменьшаем сопротивление, чтобы горел только один светодиод. Затем регулируем резистор в среднем положение. Далее измеряем мультиметром полученное сопротивление R8.
Несколько лет назад мне срочно понадобилось замерить обороты двигателя, а тахометра нет! Как тут быть? Поскольку замерить обороты мне нужно было позарез, вариант заказывать тахометр и ждать его месяц, меня не устраивал. Пришлось думать! И мне пришла в голову идея использовать для этой цели компьютер, а точнее - звуковой редактор установленый на компе.
Звуковой редактор "Adobe Audition" у меня установлен давно для работы со звуком. Поэтому осталось придумать способ соединения двигателя с компом. Это вопрос был решён буквально в течение 1 минуты - ИК светодиодный приёмник! Полез в коробочку и достал светодиод, а также штеккер "мини джек". Нашёл кусок микрофонного кабеля и через 10 минут светодиодный датчик был готов! Сам диод я вклеил в клопачек от авторучки.
Кабель в сборе.
Для освещения ИК светодиодного датчика использовал фонарик. Тоже светодиодный.
Датчик приклеил кусочком скотча на носу модели, а фонарик просто держал рукой. Расстояние между датчиком и фонариком 5.....7 см. Световой поток от фонарика освещает приёмный светодиод, а воздушный винт прерывает (модулирует) световой поток. В результате светодиод генерирует импульсы. Датчик подключается к микрофонному входу звуковой карты. Необходимое для работы светодиода напряжение обеспечивается конструкцией микрофонного гнезда звуковой карты. Любая звуковая карта рассчитана на работу в том числе и с электретным микрофоном, поскольку ему нужно напряжение питания + 5 Вольт. Поэтому это напряжение присутствует на центральном контакте
микрофонно гнезда и поступает на светодиод, что и обеспечивает его работу. В результате импульсы, возникающие при вращении воздушного винта, через микрофонный вход поступают на звуковую карту, а редактор "Adobe Audition" записывает всё это, как обычный звуковой файл.
Для измерения частоты вращения двигателя запись достаточно осуществить в течение нескольких секунд. Этого достаточно. Вот что мы увидим на экране в окне звукового редактора.
Прежде всего хочу отметить, что в самом низу Редактора имеется временная шкала, именно по ней и определяются обороты двигателя. В данном случае время записи составило 9 секунд. Стрелка показывает внизу окна Редактора временную шкалу. Теперь нужно укрупнить масштаб звукового файла. Чтобы не считаль имулься за одну секунду, (их долго считать), посчитаем их за отрезок времени 0,1 секунды, а потом умножим на 10. Вначале по временной шкале выбираем участок записи чуть более 0,5 секунды и растягиваем его на весь экран.
Выделеный участок ~ 0,5 сек растянут на весь экран. Временная шкала тоже растянулась.
Теперь на временной шкале выделяем отрезок времени ровно 0,1 сек - от 3,1 до 3,2 сек.
и тоже растягиваем его на весь экран. Теперь видно четкие импульсы, подсчитать которые не сложно.
Считаем импульсы в интервале времени 0,1 сек. - их 42 .
А теперь простая арифметика. Раз за 0,1 сек. имеем 42 импульса, значит за 1 сек. их от датчика поступило 420. А за 1 минуту 420 х 60 сек. = 25200 импульсов. Но так ка винт имеет 2 лопасти и дважды прерывает световой поток, результат нужно поделить на 2 и получим 12600 оборотов в минуту. Что и требовалось определить. В случае 3х лопастного винта результат делим на 3. В случае 4х лопастного винта делим на 4. Такой необычный тахометр - синтез ИК диода, компа и звукового редактора меня вполне удовлетворил! А вопрос приобретения "железного" тахометра в магазине,
у меня отпал сам собой. И от приобретения отказался.
На полетах в поле тахометр мне не нужен, а дома комп и кабель со светодиодом всегда под рукой.
Думаю, что не у всех коллег дома уже имеется тахометр, а вот замерить обороты двигателя хочется! В таком случае мой опыт, надеюсь, товарищам пригодится. "Adobe Audition" можно бесплатно скачать отсюда http://www.fayloobmennik.net/2293677 . Можно использовать и другой звуковой редактор, кому что нравится. Мой звуковой файл этого теста двигателя, записаный Редактором лежит тут . В данной статье я хотел показать, что при необходимости, если сильно захотеть, в большинстве случаев, которые возникают у нас, моделистов, можно придумать достойную замену необходимому, но отсутствующему, прибору. Надеюсь, китайские товарищи на меня не в обиде.