Автор: Pa5ha
Опубликовано 01.01.1970
Оптический тахометр — прибор для оперативного измерения частоты вращения, разрабатывался для авиамодельного кружка. Позволяет измерять частоту вращения воздушных винтов авиамоделей, достаточно прост в использовании, не требует настройки, обладает хорошей чувствительностью.
Тахометр является бесконтактным датчиком оборотов, в котором использован принцип приема инфракрасной составляющей диапазона, излучаемой источниками видимого света. В качестве источника может выступать небо, солнце, лампа накаливания, работающая от источника постоянного тока, модули светодиодной и ИК-подсветки.
В основе устройства лежит микроконтроллер AT90S2313. В качестве индикатора использован алфавитно-цифровой двустрочный индикатор фирмы МЭЛТ, что позволяет выводить всю информацию на экран в удобной не сокращенной форме. Управление осуществляется тремя кнопками.
Область применения диктует такие требования, как оперативность и высокая точность т.к. например при количестве оборотов модельного ДВС, близком к трем десяткам тысяч одна или несколько сотен играют большую роль и могут стоить мотору жизни. Поэтому, точность составляет около 30 об/мин при двухлопастном винте и время измерения/обновления информации 1 сек.
- Рабочий диапазон измерения частоты вращения: от 30 об.
- Погрешность измерения частоты вращения: 60 об/лопасть
- Питание: батарея постоянного тока типа "Крона" (9В)
- Потребляемый ток: max 110 мА с подсветкой, 40 мА без подсветки дисплея.
- Измерение:по индикатору, расположенному на корпусе.
- Время обновления показаний: 1с.
- Управление: три кнопки
- Индикация: 2-х строчный алфавитно-цифровой индикатор. Измерение в реальном масштабе времени.
- Диапазон рабочих температур: зависит от индикатора.
Импульсы с датчика поступают на счетный вход контроллера первого таймера. Поскольку разрядность данного таймера — восемь бит, он был расширен за счет регистра до 16-ти битного по средствам прерывания переполнения таймера. Нулевой таймер считает импульсы тактового генератора и каждую секунду по средствам прерывания вызывает функцию подсчета и индикации.
Для подключения индикатора в целях экономии бит портов ввода/вывода и упрощения написания прошивки была выбрана схема с использование четырехбитного интерфейса, что позволило использовать целиком семибитный порт D контроллера (линия данных — 4 бита, линия выбора операции R/W, линия cтробирования/синхронизации E, линия выбора регистра RS).
При инициализации дисплея выбирается первая (фактически вторая) кодовая таблица знакогенератора, содержащая полный набор русских заглавных и прописных букв в удобном порядке в соответствии со спецификациями кодовой таблицы ASCII. Вообще, данная функция делает индикаторы универсальными, позволяя использовать их, как стандартные с контроллером аналогичным HD44780 и не исключает их отечественного применения.
В режиме индикации об/мин необходимо умножать полученные результаты на 60. Данный контроллер аппаратных средств умножения не имеет, поэтому проблема умножения решена следующим образом: полученный результат запоминается, сдвигается на 6 бит влево, что аналогично умножению на 64 и потом четыре раза вычитается ранее запомненное значение.
Датчик построен на операционном усилителе LM358, что обеспечивает высокую чувствительность и легкость чтения контроллером данных. Фототранзистор подбирается на необходимый диапазон длин волн. В качестве бюджетного варианта может быть использовать один из сдвоенного фототранзистора нерабочей шариковой мышки. Кнопки, кстати, можно взять оттуда же.
После сборки необходимо проверить точность показаний тахометра т.к. возможны помехи и самовозбуждения в работе датчика. Например, от лампы, подключенной к городской электросети тахометр должен показывать 100 гц (если в сети 50гц.). Если это не так, то первым делом стоит зашунтировать питания каждого корпуса одним или несколькими конденсаторами на 0.1 мкФд. Если это не помогло, то необходимо попробовать зашунтировать фототранзистор емкостью 50-100 пФд и резистор на 8.2 кОм.
Механический самодельный тахометр из моторчика
Итак, приступаем к сборке. Как уже упоминалось самодельный тахометр состоит из двух основных частей: моторчика работающего от постоянного тока и вольтметра. Если такого моторчика у Вас нет, его легко можно купить на блошином рынке по цене буханки хлеба или дешевле, по цене двух буханок можно купить новый в магазине электронных компонентов. Если нет вольтметра, он обойдется дороже моторчика, однако на том же блошином рынке его цена будет вполне приемлемой. Вольтметр подключается к контактам моторчика, и все, тахометр готов. Теперь нужно испытать готовый тахометр в работе. При вращении вала моторчика-генератора будет создаваться напряжение, пропорциональное частоте вращения. Следовательно, частоте вращения будут пропорциональны и показания вольтметра.
Проградуировать такой тахометр можно по-разному. Например, построить справочный график зависимости напряжения от частоты вращения якоря или сделать новую шкалу вольтметра, на которой вместо воль записывается число оборотов.
Так как график отражает линейную зависимость, достаточно отметить две-три точки и провести через них прямую. Получение контрольных точек — это самый проблемный этап подготовки самодельного тахометра к работе. Если есть доступ к фирменным станкам, контрольные точки легко получить, зажав резиновую трубочку, надетую на вал моторчика, в патроне сверлильного или токарного станка и включая станок на различных передачах, фиксировать показания вольтметра (скорость вращения шпинделя на каждой передаче указана в паспорте станка). В противном случае для калибровки придется использовать либо дрель, либо двигатель при режиме работы для которого известна частота вращения. И даже если удалось измерить напряжение на контактах моторчика только для одной частоты вращения, вторая точка — это пересечение осей (x) и (y) (то есть числа оборотов и напряжения), правда точность измерений по зависимости основанной на двух точках будет низкой.
Для измерения частоты вращения, вал исследуемого двигателя соединяется с моторчиком небольшим отрезком резиновой трубки или с помощью различных переходников. Если вольтметр зашкаливает при измерении больших скоростей вращения, в схему вводится переключатель с дополнительными резисторами. Потребуется и перестроение графика для каждого положения переключателя.
Возможности прибора можно значительно расширить. Если изготовить роликовый фрикционный переходник диаметром 31,8 мм, тахометр позволит измерять и линейную скорость, выраженную в метрах в минуту. Для этого количество оборотов в минуту, определенное по графику, делят на 10.
Точность измерения зависит практически только от тщательности построения графика и цены деления вольтметра. Подобный простейший и очень дешевый самодельный тахометр может найти широкое применение всюду, где нужно быстро определить частоту или скорость вращения валов, шкивов и других деталей.
Цифровой тахометр из смартфона своими руками
Самодельный стробоскопический тахометр из iPhone своими руками
Самодельный лазерный (оптический) тахометр из iPhone своими руками
Сравнительные измерения частоты вращения двигателя лазерным и стробоскопическим тахометрами
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.
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 .