Вимірюємо швидкість обертання вентилятора, контент-платформа

Почнемо з математики.

Одиницею вимірювання швидкості обертання (частоти) крильчаткивентилятора зазвичай є обороти в хвилину (об / хв). Що це означає для нас з практичної точки зору? Це означає, що потрібно взяти секундомір і протягом однієї хвилини вважати обертів. Дуже довго і непрактично.

Щоб прискорити процес вимірювання, можна порахувати кількість обертів за секунду, а потім отримане число помножити на 60 - повинні отримати те ж саме, але час вимірювання вже помітно менше. Однак є деяка проблема, пов'язана з точністю вимірювання. Суть проблеми ось у чому:

припустимо, що вентилятор обертається зі швидкістю 1754 об / хв. (29,2333 об / сек); якщо ми вважали обороти протягом хвилини, то таке число і отримаємо в результаті вимірювання; якщо ми вважали обороти протягом секунди, то отримаємо тільки 1740 об / хв (29 об / сек).

Куди загубилися ще 14 оборотів?

Ця втрата пов'язана з помилкою округлення - ми порахували кількість повних обертів в секунду (ціле число), а насправді крильчатка вентилятора за секунду повернулася 29, раз. Ось ці відкинуті 0, об / сек і дали помилку в 14 об / хв.

Чи можна підвищити точність вимірювання? При цьому, скороченому циклі вимірювання не можна - оскільки у нас немає можливості вимірювати частки обороту. Звичайно, ті, хто уважно Новомосковскл про пристрій вентилятора тут же мені заперечать, що можна вимірювати не цілі обороти, а половинки, оскільки таходатчіка вентилятора видає сигнал двічі за оборот. І, звичайно, будуть праві. Але.

т. е. за секунду ми зафіксуємо 58 імпульсів таходатчіка, тоді виміряних оборотів отримаємо

58 * 30 = 1740 об / хв.

Як бачите, то, що таходатчіка видає два імпульсу за оборот крильчатки, нам не дуже допомогло підвищити точність вимірювання. Спробуємо підійти до вирішення проблеми точності вимірювань з іншого боку. Згадаймо, що частота і період пов'язані простим співвідношенням:

Якщо вимірювати частоту (як ми це робили в прикладах вище), а період проходження імпульсів таходатчіка, можна істотно підвищити точність вимірювання, при цьому час вимірювання буде досить малим.

Як можна виміряти період? Для цього потрібно:

1. використовувати додатковий генератор стабільного імпульсного сигналу (вимірювальний генератор), період цього сигналу повинен бути набагато менше періоду вимірюваного сигналу таходатчіка;

2. сформувати з сигналу таходатчіка вимірювальний імпульс, рівний по тривалості періоду обертання крильчатки (два періоди сигналу таходатчіка);

3. порахувати, скільки імпульсів від вимірювального генератора надійде за час вимірювального імпульсу (період обертання крильчатки).

Тепер можна обчислити швидкість обертання крильчатки вентилятора:

Рис.1 Схема вимірювача швидкості обертання вентилятора

Як бачите, схема вийшла дуже простий.

Для здешевлення і спрощення схеми використано включення мікроконтролера з використанням внутрішнього генератора 4 МГц.

Сигнал з таходатчіка вентилятора надходить на вхід мікроконтролера, а формування вимірювального інтервалу, імпульсів еталонної частоти, все обчислення проводяться програмно. Показання виводяться на девятіразрядний цифровий РКІ індикатор, передача інформації в індикатор проводиться в послідовному коді. Конденсатор С1 служить для зниження можливих імпульсних перешкод в сигналі таходатчіка.

Живлення вентилятора на схемі показано від +12 В комп'ютерного блоку живлення. проте немає ніяких обмежень на харчування його від іншого джерела, наприклад від реобаса. Врахуйте тільки, що при низькій швидкості обертання крильчатки сигнал таходатчіка може стати нестабільним.

Діапазон вимірюваних швидкостей обертання крильчатки вентилятора становить об / хв. за умови, що імпульси тахосігнала формуються двічі за один оборот крильчатки.

Вимірювання швидкості виробляється кожні 2 секунди.

На початку експериментів несподівано виявилося, що вентилятор, замість належних об / хв. обертається зі швидкістю 2500 об / хв. За допомогою осцилографа був вимірі період сигналу таходатчіка, зроблені обчислення, і виявлено що бреше вимірювач. Перевірка алгоритму обчислень і констант нічого не дала, залишилося тільки припустити, що частота внутрішнього генератора істотно відрізняється від обіцяних 4 МГц. Заміна мікроконтролера на інший екземпляр привела до бажаного результату - свідчення стали відповідати істині. Мабуть, в попередньому микроконтроллере в процесі однієї з перепрошівок була випадково стерта константа, що відповідає за калібрований значення частоти генератора. Можна, звичайно, її відновити, але лінь.

Якщо не хочете зіткнутися з такою ж ситуацією, схему можна трохи змінити - додати кварцовий резонатор і пару конденсаторів, а в прошивці мікроконтролера потрібно змінити конфігурацію генератора.

Варіант схеми з кварцовим резонатором наведено нижче:

Рис.2 Схема вимірювача швидкості обертання вентилятора з кварцовим резонатором

Можна також спробувати використовувати замість кварцового резонатора керамічний резонатор на 4 МГц, зустрічається в 3,5 "FDD (я сам не пробував). Тоді конденатори С4, С5 не потрібні. Розташовується він зазвичай недалеко від багатофункціонального гнізда FDD, виглядає як синя" карамелька " з трьома висновками. Крайні висновки підключаються до мікроконтролеру (на місце кварцового резонатора), а середній - до загального проводу (точка з'єднання конденсаторів С4, С5 на схемі рис.2)

Друкованої плати я не робив, оскільки практичної цінності для мене цей вимірювач не представляє - це просто шматок програми з мого реобаса, перенесений на інший мікроконтролер. Оскільки схема дуже проста, я думаю, не Cоставить складності спаяти її на макетної платі або намалювати друковану плату самостійно.

Рис.3 Так виглядає мій макет вимірювача частоти обертання

І, наостанок, прошивки для міроконтроллеров:

Завантажити прошивку до схеми рис. 1 Завантажити прошивку до схеми рис. 2

Що ще можна зробити:

збільшити число каналів вимірювання швидкості вентилятора - вільних висновків мікроконтролера предостатньо, додати схему регулювання напруги живлення вентиляторів, бажано з цифровим ШІМ керуванням.

Вийде дешевий просунутий реобас.

Якщо не вийде знайти використаний мною РКІ індикатор (я купував його в фірмі "Гамма Харків", є так само в "Тритоні", Київ), можна без зміни прошивки спробувати індикатор виконати на світлодіодних семисегментних індикаторах і зсувних регістрах типу 74HC164 - але схема втратить свою простоту і буде помітно дорожче. Індикатори потрібно взяти із загальним катодом.