Безконтактний тахометр-стробоскоп на Atmega8 - Мікроконтролери та технології.

Цей пристрій призначений для вимірювання частоти обертання електродвигунів та головною перевагою є безконтактний метод вимірювання, заснований на стробоскопічному ефекті, де яскраві світлові імпульси виробляє світлодіод високої потужності. Для вимірювання необхідно встановити частоту спалахів відповідно до частоти обертання (при освітленні стробоскопом об'єкт здається нерухомим), використовуючи енкодер. Вимір може бути зроблено без зупинки механізму, що обертається. Тахометр побудований на мікроконтролері ATmega8, а результат виміру відображається на РК-дисплеї. Крім того, система також показує помилку, яка з'являється в результаті деяких тимчасових процесів у програмі. Управління здійснюється за допомогою поворотного енкодера та невеликої клавіатури. Весь пристрій може живитися від батарей, оскільки через імпульсний характер генерації споживання енергії є незначним. Весь прилад успішно вмістився в популярному корпусі KM35, де також є місце для 9В батареї.

Схема пристрою

Серцем приладу та її найважливішою частиною є мікроконтролер U1 (ATMEGA8-16AU), який працює від кварцового резонатора частотою 16 МГц (X1). Додаткові конденсатори С1(22pF) та С2(22pF) необхідні для правильної роботи резонатора. Передбачено інтерфейсне роз'єм програмування Prog, який містить набір контактів для послідовного програмування. Роз'єм потрібно, оскільки мікроконтролер виконаний у SMD корпусі. С5 (100 нФ) фільтри живлення мікроконтролера. Конденсатори С6(100 nF) та С7(100 nF) пом'якшують крутість сигналу, що генерується енкодером, що полегшує його безперебійну роботу в програмі. Кнопки S1 - S6 (uSwitch) єдодатковим клавіатурним блоком. Світлодіод потужністю 0,5 W випромінює спалахи світла, робочий струм обмежений резистором R4(30R / 2W) та керується за допомогою транзистора Т2(BC337) та резистора R3(330R). Світлодіод підключається безпосередньо до джерела живлення без стабілізатора, щоб мінімізувати вплив імпульсів струму на мікроконтролер та зменшити навантаження на стабілізатор U2(78L05). Конденсатори С3(220uF) та С4(47uf) необхідні для правильної роботи стабілізатора. Індикація результатів вимірювання здійснюється на РК-дисплеї (W1, 16x2). Контраст встановлюється потенціометром P1(10k), підсвічування включається програмно за допомогою T1(BC556), R1(47R) та R2(3,3k).

Складання

Прилад може бути успішно збудований на основі друкованої плати, яка доступна в архіві внизу сторінки. Також доступу плата у дзеркальному відображенні. Плата проста в складанні, але включає компоненти для паяння SMD, які можуть викликати проблеми для початківців радіоаматорів. Складання має бути розпочато з паяння двох перемичок. Далі повинні бути встановлені конденсатори SMD і резистори, вони використовуються в популярних корпусах 0805(2x1.2mm). Далі, припаює на місце мікроконтролер U1, зверніть увагу на правильність установки ключа. Кнопки повинні мати довжину 15 мм і злегка виступати над РК-дисплеєм, це буде важливо при встановленні плати в корпус. Так само і у випадку з енкодером. Потенціометр Р1 встановлений таким чином, щоб його можна було регулювати через отвір у бічній стінці корпусу. Плата розроблена таким чином, що вона легко поміщається у популярному корпусі KM35.

Після того як був написаний початковий варіант коду і проведено розрахунок таймера дільника, вимірювання показали відхилення частоти спалахів, що генеруються, по відношенню до теоретичних розрахунків. Цяпохибка з'являється через роботу дільника таймера, рівного 1, часу, який необхідний обслуговування переривання, інколи ж через перезавантаження значення таймера в регістрах. У наведеній нижче таблиці включені вимірювання частот, генерованих на виході (F_p) по відношенню до частоти, яка повинна бути теоретично (f_i) і відповідні значення оборотів (множуються на 10, щоб отримати точність установки в 0,1 об/хв).

Дані таблиці поділяються на два діапазони, перший від 60 до 480 об/хв і другий діапазон 480-42000 об/хв. Це поділ результат програми, в якій працюють два діапазони виміру. Графіки нижче показують залежність виміряних та теоретичних даних:

Як калібрувальна крива була прийнята квадратична залежність:

y = a \ cdot x ^ 2 + b \ cdot x + c

де у – обороти теоретичні, х – виміряні обороти, а, b, c – коефіцієнти в результаті регресії. Графіки були виконані у програмі Gnuplot, і поправочні коефіцієнти постійні для двох областей роботи системи представлені нижче:

Після вставки параметрів пристрій стає вимірювачем, а не лише індикатором обертів. У таблиці нижче наведено результати вимірювань частот, що генеруються приладом в залежності від набору на дисплеї. Частота генерується з помилкою, що дорівнює долі відсотка від бажаного:

Друкарські плати та зовнішній вигляд приладу

Програмування fuse-бітів мікроконтролера