Цифрова система індикації швидкості обертання валу двигуна

На нашій кафедрі Автоматизації та комп’ютерних технологій є лабораторія “Електроприводу”. Рік тому ми ремонтували там лабораторну роботу “Дослідження тиристорного перетворювача напруги”. Чесно кажучи, тоді було таке враження, що цей пристрій зачарований :) Вчора ти його зробив, сьогодні він вже не запускався... Але після декількох перемоток трьохфазного трансформатора, заміни двох тиристорів та ще декількох елементів лабораторна робота запрацювала.

 

Тиристорний перетворювач напруги – пристрій повністю аналоговий. Завдання на вході задається потенціометром, вся логіка побудована на операційних підсилювачах та транзисторах, а швидкість досліджуваного двигуна виводиться на аналоговий вольтметр, де з напруги перераховується в швидкість. Не дуже зручно. Тому ми вирішили зробити індикацію швидкості цифровою.

Для цього розробили такусхема системи індикації швидкості схему:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(клікніть на зображенні для збільшення)

Швидкість двигуна вимірюється тахогенератором (на схемі не показаний), який являє собою малопотужний генератор постійного струму. На виході тахогенератора ми отримуємо напругу пропорційну швидкості обертання його валу, а отже валу двигуна, який ми досліджуємо. Цю напругу потрібно відфільтрувати, а далі оцифрувати, перевести в швидкість і вивести на цифровий індикатор. Для фільтрації на виході тахогенератора стоїть фільтрувальний конденсатор на 220 мкФ. Для переведення швидкості в цифрову форму використовується 10 бітний аналогово-цифровий перетворювач (АЦП), який вмонтований в мікроконтролер ATMega8 (мк). Детальніше про роботу внутрішнього АЦП в ATMega8 можна почитати в datasheet’і. В мк відбувається обчислення швидкості обертання двигуна та вивід значення на цифровий індикатор. Останній складається з чотирьох семисегментних індикаторів з загальний катодом.

Сигнал з тахогенератора до фільтрування

Сигнал з тахогенератора до фільтрування

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сигнал з тахогенератора після фільтрування

Так як напруга з тахогенератора сягає близько 40В при швидкості обертання досліджуваного двигуна в 1800 об/хв (це залежить від величини напруги збудження тахогенератора), на вході АЦП стоїть дільник напруги (на вхід АЦП повинна подаватись напруга в межах від 0 до 5В). Таким чином максимальна швидкість двигуна дорівнює вхідній напрузі на АЦП – 5В.

Виводи MISO, MOSI, SCK, Reset використовуються для програмування мікроконтроллера по інтерфейсу SPI. Детальніше про роботу з семисегментними індикаторами та динамічну індикацію можна почитати в хорошій книжці по програмуванню мікроконтроллерів ATMEL — “AVR. Introductory course” Джона Мортона (українського перекладу я не зустрічав, а в російському перекладі ця книга називається “Микроконтроллеры AVR. Вводный курс”).

Хоча на схемі живлення схеми зображене у вигляді батарейки на 5В, краще використовувати випрямлені і стабілізовані 5В від мережі). Від стабільності напруги живлення в значній мірі залежить точність АЦП, а відповідно і результати вимірювання швидкості. Тому крім фільтрувального конденсатора на виході давача в схему додано ще два конденсатори Cfa і Cf (танталові) призначені для фільтрації відповідно опорної напруги АЦП і напруги живлення мк.

В кінці статті додається проект розроблений на С в середовищі IAR 5.4. В коді є коментарі, але якщо хтось захоче використати цей проект і потребуватиме додаткових роз’яснень, то я розпишу програму детальніше.

Файли проекту цифрової системи індикації

Відео

Успіхів у ваших творчих задумах. Чекаю на коментарі :).

p.s. Планую додати ще кілька зображень до статті, зокрема вигляд сигналу з тахогенератора до і після фільтрації та відео лабораторної роботи. Думаю зроблю це через тиждень.