Цифровой тахометр на avr. DIY цифровой тахометр на AVR ATtiny2313, КР514ИД2 и оптопаре

Данное устройство предназначено для измерения частоты вращения электродвигателей и главным преимуществом является бесконтактный метод измерения, основанный на стробоскопическом эффекте, где яркие световые импульсы производит светодиод высокой мощности. Для измерения необходимо установить частоту вспышек в соответствии с частотой вращения (при освещении стробоскопом объект кажется неподвижным), используя энкодер. Измерение может быть сделано без остановки вращающегося механизма. Тахометр построен на микроконтроллере ATmega8, а результат измерения отображается на ЖК-дисплее. Кроме того, система также показывает ошибку, которая появляется в результате некоторых временных процессов в программе. Управление осуществляется с помощью поворотного энкодера и небольшой клавиатуры. Все устройство может питаться от батарей, так как из-за импульсного характера генерации потребление энергии является незначительным. Весь прибор успешно уместился в популярном корпусе KM35 , где также есть место для 9В батареи.

Схема устройства

Сердцем прибора и ее наиболее важной частью является микроконтроллер U1 (ATMEGA8-16AU), который работает от кварцевого резонатора частотой 16 МГц (X1). Дополнительные конденсаторы С1(22pF) и С2(22pF) необходимы для правильной работы резонатора. Предусмотрен интерфейсный разъем программирования Prog, который содержит набор контактов для последовательного программирования. Разъем требуется, поскольку микроконтроллер выполнен в SMD корпусе. С5 (100 нФ) фильтры питания микроконтроллера. Конденсаторы С6(100 nF) и С7(100 nF) смягчают крутизну сигнала, генерируемого энкодером, что облегчает его бесперебойную работу в программе. Кнопки S1 - S6 (uSwitch) являются дополнительным клавиатурным блоком. Светодиод мощностью 0,5 W излучает вспышки света, рабочий ток ограничен резистором R4(30R / 2W) и управляется с помощью транзистора Т2(BC337) и резистора R3(330R). Светодиод подключается непосредственно к источнику питания без стабилизатора, чтобы минимизировать воздействие импульсов тока на микроконтроллер и уменьшить нагрузку на стабилизатор U2(78L05). Конденсаторы С3(220uF) и С4(47uf) необходимы для правильной работы стабилизатора. Индикация результатов измерения осуществляется на ЖК-дисплее (W1, 16x2). Контраст устанавливается потенциометром P1(10k), подсветка включается программно с помощью T1(BC556), R1(47R) и R2(3,3k).

Сборка

Прибор может быть успешно построен на основе печатной платы, которая доступна в архиве внизу страницы. Также доступа плата в зеркальном отображении. Плата проста в сборке, но включает в себя компоненты для пайки SMD, которые могут вызвать проблемы для начинающих радиолюбителей. Сборка должна быть начата с пайки двух перемычек. Далее должны быть установлены SMD конденсаторы и резисторы, они используются в популярных корпусах 0805(2x1.2mm). Далее, припаивается на место микроконтроллер U1, обратите внимание на правильность установки ключа. Кнопки должны иметь длину 15 мм и слегка выступать над ЖК дисплеем, это будет важно при установке платы в корпус. Точно так же и в случае с энкодером. Потенциометр Р1 установлен таким образом, чтобы его можно было регулировать через отверстие в боковой стенке корпуса. Плата разработана таким образом, что она легко помещается в популярном корпусе KM35.

Калибровка и измерение

После того как был написан первоначальный вариант кода и произведен расчет таймера делителя, измерения показали отклонение частоты генерируемых вспышек по отношению к теоретическим расчетам. Эта погрешность появляется из-за работы делителя таймера, равного 1, времени, которое необходимо для обслуживания прерывания, а иногда из-за перезагрузки значения таймера в регистрах. В приведенной ниже таблице, включены измерения частот, генерируемых на выходе (F_p) по отношению к частоте, которая должна быть теоретически (f_i) и соответствующие значения оборотов (умножаются на 10, чтобы получить точность установки в 0,1 об/мин).

Данные из таблицы делятся на два диапазона, первый от 60 до 480 об/мин и второй диапазон 480-42000 об/мин. Это разделение результат программы, в которой работают два диапазона измерения. Графики ниже показывают зависимость измеренных и теоретических данных:

В качестве калибровочной кривой была принята квадратичная зависимость:

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

где у - обороты теоретические, х - измеренные обороты, а, b, c - коэффициенты в результате регрессии. Графики были выполнены в программе Gnuplot, и поправочные коэффициенты постоянные для двух областей работы системы представлены ниже:

Для диапазона 60-480 об/мин: a= 1.88622104239405e-006 b= 0.999905059864626 c= 0.189869882714651 Для диапазона 480-42000 об/мин: a= 2.54573967680295e-007 b= 0.996905226980814 c= 1.00037985789872

После вставки параметров устройство становится измерителем, а не только индикатором оборотов. В таблице ниже приведены результаты измерений частот генерируемых прибором в зависимости от набора на дисплее. Частота генерируется с ошибкой, равной доли процента от желаемого:

Печатные платы и внешний вид прибора

Программирование fuse-битов микроконтроллера

Простой универсальный тахометр на микроконтроллере ATtiny2313

Этот простой тахометр на ATtiny2313 умеет считать количество оборотов любых двигателей, будь то многофазные, многотактные и т.п. Он может быть полезен в авто- мототехнике, для отображения оборотов двигателя. При этом совершенно не имеет значения, сколько тактов или цилиндров имеет двигатель. Его также можно использовать совместно с электронными контроллерами электродвигателей, будь то одно- или трёхфазные.

Схема тахометра очень простая - один микроконтроллер ATtiny2313 и четырёхсимвольный светодиодный индикатор. Транзисторные ключи в целях упрощения отсутствуют. Индикатор можно использовать как с общим катодом, так и с общим анодом - это выбирается в исходнике. Тахометр может подсчитывать обороты как в секунду, так и в минуту, что делает его полностью универсальным.

Дополнительно устройство имеет возможность программного управления яркостью: обычная и пониженная. Если джампер открыт, то устанавливается обычная яркость. При замыкании контактов яркость уменьшается.

Нажмите для увеличения
Перейдём непосредственно к схеме. Если устройство подключается непосредственно к контроллеру двигателя с TTL-уровнями, то импульсы можно подавать просто на вывод 6 микроконтроллера. В противном случае следует выполнить простейший преобразователь уровня на транзисторе.

Для получения и стабилизации напряжения питания +5 вольт применён линейный стабилизатор 1117 с низким падением напряжения для большей экономичности.

В качестве светодиодного индикатора применён индикатор от микроволновки с общим анодом. Так как он уже содержит в себе резисторы на 220 Ом, то на печатной плате они не предусмотрены.

На верхней стороне печатной платы имеются аж 10 перемычек, но они весьма легко устанавливаются.

С обратной стороны установлены SMD-компоненты: это два конденсатора по 22 пФ для кварцевого резонатора, микросхема стабилизатора и фильтрующие конденсаторы.

Кварцевый резонатор для микроконтроллера ATtiny2313 можно устанавливать на 8 или 4МГц, это задаётся в исходнике и управляет прескалером.

Режим отображения оборотов - в секунду или в минуту - задаётся аналогично, в исходнике. Для отображения количества оборотов в минуту рассчитанное количество оборотов в секунду просто программно умножается на 60. Имеется возможность программного округления расчитаных значений. Эти нюансы прокомментированы в исходном коде.

При прошивке микроконтроллера необходимо установить фьюзы:

CKSEL1=0
BODLEVEL0=0
BODLEVER1=0
SPMEN=0

Исходник написан на языке C в Codevision AVR. Он был позаимствован из другого проекта - тахометра для трёхлопастного вертолёта.

Коротко о настройке: необходимо заранее определить, какое количество импульсов за 1 оборот будет подаваться на вход тахометра. Например, если их источником будет контроллер трёхфазного мотора на LB11880 , то он выдаёт по три импульса на каждый оборот шпинделя. Поэтому в исходном коде следует указать это значение.

Выбор индикатора - с общим анодом или с общим катодом (ненужное значение - закомментировать):

//#define Anode
#define Cathode

Количество тахометрических импульсов на 1 оборот вала:

#define byBladeCnt 2

Выбор частоты кварцевого резонатора - 0x00 для 4МГц, 0x01 - для 8МГц:

#define Prescaler 0x01

Выбор отображения оборотов в минуту:

lTmp = (62500L * 60L * (long)wFlashCnt);

Для отображения количества оборотов в секунду необходимо убрать умножение на 60:

lTmp = (62500L * (long)wFlashCnt);

Для того, чтобы отключить округление значений, нужно закомментировать следующие строки:

If (byDisplay > 4)
{
wRpm++;
R += 10;
}

Так как в этой конкретной конструкции применён весьма специфический индикатор, то разводка печатной платы не прикладывается.

Ibrahim Kamal (IKALOGIC)

Рассматриваемый бесконтактный тахометр - это компактное устройство на микроконтроллере ATMega48 производства компании , позволяющее измерять высокие скорости вращения бесконтактным способом. Для измерения используется ИК сенсор (оптопара, ИК светодиод и ИК фотодиод в одном корпусе). Вывод данных осуществляется на двухстрочный символьный ЖК дисплей на базе контроллера HD44780 .

Принцип работы

ИК сенсор (оптопара), представляющий собой миниатюрный компонент с ИК светодиодом и фотодиодом в одном корпусе, посылает ИК излучение на вращающийся механизм (вал, ротор двигателя), на котором должна быть небольшая отражающая наклейка.

Благодаря этой наклейке, каждый оборот вала вызывает появление отраженного импульса ИК излучения. Используемый сенсор производства компании имеет маркировку .

Данный сенсор был выбран после тестирования эквивалентных продуктов, так как его корпус обеспечивал оптическую изоляцию передающей и приемной части, а ИК светодиод выдерживает большие токи, что позволяет проводить измерения на больших расстояниях.

Таким образом, используя оптопару мы можем подсчитать время полного оборота вала, а далее, зная время (обозначим это время T в секундах), мы можем вычислит количество оборотов в минуту, используя простое выражение 60/T .

Получение данных от сенсора

Для снижения стоимости устройства и сложности сборки, а также для повышения гибкости системы, мы непосредственно подключим ИК сенсор к микроконтроллеру и программно реализуем всю обработку получаемого сигнала. Сразу стоит заметить, что это не так просто, так как получаемый с ИК фотодиода сигнал содержит шумы, а внешнее освещение постоянно оказывает на него влияние. Таким образом, проблема состоит в том, чтобы разработать устройство с автоматической адаптацией к внешней освещенности и расстоянию до объекта измерения.

На рисунке ниже изображена диаграмма аналогового сигнала от ИК сенсора (фотодиода)

Так как сигнал имеет шумы, при каждом определении наличия и отсутствия импульса (наличие импульса говорит о том, что вал вращается и сенсор «видит» отражающую наклейку), большое количество колебаний «вводит в заблуждение» микроконтроллер. Кроме того, эти факторы не позволяют использовать встроенный в микроконтроллер аналоговый компаратор, и нам необходимо ввести обработку аналогового сигнала перед каждой процедурой подсчета циклов.

Решение было найдено в оценке средней интенсивности, основанную на максимальном и минимальном значении интенсивности сигнала от сенсора, и включением гистерезиса в районе средней интенсивности. Гистерезис используется для предотвращения многократного счета циклов зашумленных импульсов. Рисунок ниже поясняет работу такого алгоритма.

Когда сигнал нарастает от низкого состояния (отсутствует отражение от наклейки на валу) к высокому (отражение ИК импульса), алгоритм возьмет в расчет этот импульс высокого уровня лишь после того, как он пересечет «возрастающий уровень» гистерезиса, и примет в расчет низкий уровень лишь после того, как сигнал пересечет «спадающий уровень» гистерезиса. Такой алгоритм позволяет избежать ошибок вычислений, вызываемых шумным сигналом.

Принципиальная схема устройства

Схемотехническое решение очень простое и компактное (благодаря использованию миниатюрного сенсора), не содержит дорогостоящих компонентов. Питание устройства осуществляется от трех батарей типа AAA.

Как вы, наверное, заметили, отсутствует потенциометр регулировки контрастности дисплея (что также позволяет уменьшить размер устройства). Это возможно благодаря программной реализации алгоритма автоматической подстройки контрастности в зависимости от уровня напряжения питания с применением ШИМ и фильтра низких частот на элементах R3, R4 и C2. Пользователи могут ознакомиться с текстом алгоритма в исходном коде ПО микроконтроллера во второй части статьи.

Разъем JP1 предназначен для внутрисхемного программирования микроконтроллера. Разъем JP2 предназначен для подключения дополнительного пользовательского датчика.

Список примененных компонентов

Обозначение в схеме	Наименование, номинал
IC1	Микроконтроллер ATmega48
Q1, Q2	Транзистор BCW66G
C1, C2	10 нФ
C4, C5	33 пФ
X1	Кварцевый резонатор 20 МГц
R1, R2, R7	470 Ом
R3	1 кОм
R4	1.5 кОм
R5	1 МОм
R6	110 Ом
R8	70 Ом
LED3	Светодиод
IR1	Оптопара TCND-5000
B1	Кнопка
B2	Выключатель питания
JP1	Разъем внутрисхемного программирования
JP2	Разъем расширения

Демонстрация работы бесконтактного тахометра на микроконтроллере AVR

где взять прошивку для тахометра
Прошивка - во второй части статьи (в конце описания ссылка на архив с исходником и HEX)
большое спасибо
А разводка печатной платы есть?:confused:
К сожалению, рисунка печатной платы нет. Я думаю, что не составит много труда ее разработать. Компонентов не много и это несколько транзисторов, диодов, конденсаторов и резисторов.
Вы не думали сделать в месте с тахометром ещё и спидометр, что-бы использовать авто-мото технике. Схем отдельно тахометров и отдельно спидометров много, а вот сдвоенного аппарата нет ни одного. Если бы у вас получилось, то создали бы очень востребованую конструкцию! Как думаете?
Возможно, но это не много не тот тахометр. Соглашусь, что такая конструкция будет востребована. Сейчас я в сети встречал разработки по типу бортовых компьютеров, считывание данных по CAN/LIN с бортового компа и предоставление ее в наглядной форме в реальном времени на ЖК дисплеи в автомобиле. Что-то типа этого...
Печатка здесь http://radioparty.ru/forums/viewtopic.php?f=2&t=39
хтонибудь пробовал собрать в протеусе

Предлагаю вариант тахометра на AVR микроконтроллере с большими цифрами на символьном дисплее. Цифры выстраиваются из отдельных сегментов на всю высоту дисплея, что делает показания прибора более читабельными. Рассчитывался на диапазон измерения от 300 до 9999 оборотов в минуту. Но получилось так, что при более высоких (от 10000) об/мин, младший разряд сдвигается за пределы экрана и прибор показывает количество оборотов в минуту, делённое на 10, что тоже неплохо.

Схема построена на микроконтроллере ATmega8. Для вывода показаний тахометра используется распространённый дисплей WH1602 на базе контроллера HD44780 (KS0066).

Для более точного подсчета частоты вращения коленчатого вала, микроконтроллер тактируется от внешнего кварцевого резонатора на 8 MHz. Фьюзы выставляются соответствующие:

Если высокая точность измерения не сильно важна, то можно обойтись без внешнего кварца, при этом фьюзы нужно будет выставить на тактирование от внутреннего RC генератора на 8 МГц. Так как печатная плата разведена для МК в корпусе TQFP-32, на ней, для удобства, предусмотрен ISP разъём для внутрисхемного программирования. В прикрепленном архиве находятся несколько прошивок с различными временными интервалами обновления показаний тахометра на дисплее: 50, 100, 150, 200, 250, 333 и 500 мс (период указан в имени файла прошивки), а также для сигналов входа 1 импульс на оборот и 2 импульса на оборот. Также в архиве находятся файл печатной платы и проект Proteus. После сборки схемы и прошивки микроконтроллера получается такое вот устройство:

На видео показана работа тахометра с прошивкой 1 импульс на оборот и периодом обновления показаний дисплея 50 мс

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
U1	МК AVR 8-бит	ATmega8A-AU	1		В блокнот
U2	Линейный регулятор	L7805AB	1	L7805AB2T	В блокнот
D1	Стабилитрон	BZV55C4V7	1	BZV55C5V1	В блокнот
D2	Выпрямительный диод	1N4001	1		В блокнот
LCD1	LCD-дисплей	WH1602	1	С подсветкой	В блокнот
X1	Кварцевый резонатор	8МГц	1		В блокнот
RV1	Подстроечный резистор	10 кОм	1		В блокнот
R1	Резистор	20 кОм	1	SMD 1206	В блокнот
R2	Резистор	100 кОм	1	SMD 1206	В блокнот
R3	Резистор	10 кОм	1	SMD 1206	В блокнот
R4	Резистор	47 Ом	1	SMD 1206 (47-100 Ом)	В блокнот
C1-C2	Конденсатор	22 пФ	2	SMD 0805	В блокнот
C3-C5	Конденсатор	0.1 мкФ	3	SMD 0805	В блокнот
C6		470мкФ x 16В	1		В блокнот
C7	Электролитический конденсатор	100мкФ x 10B	1

Этот цифровой тахометр пригоден для подсчета количества оборотов практически любого типа двигателя внутреннего сгорания. Погрешность измерения тахометра составляет всего 50 оборотов/минуту. Для показа результата используется четырехразрядное светодиодное табло.
Для настройки режима работы необходимо использовать кнопку «Select». Первое нажатие выводит на табло текущий режим работы. Режимом работы по умолчанию является третий, когда датчик выдает два импульса за оборот маховика. Соответственно, на табло появится надпись Р-2,0.

Каждое последующее нажатие кнопки переключает режим работы тахометра на следующий. Всего их девять: 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 имп./оборот соответственно, они устанавливают количество импульсов выдаваемых датчиком за один оборот маховика. Чем выше количество импульсов, тем точнее производится измерение.

После выбора режима работы необходимо подождать 5-10 секунд. За это время тахометр произведет запись режима работы в память микроконтроллера и перейдет в рабочий режим. В дальнейшее тахометр будет сразу при подаче питания переходить в рабочий режим. Если возникает необходимость перенастроить тахометр, то надо нажать кнопку «Select» и произвести настройку тахометра еще раз.

Стоит обратить внимание на параметры и устройство входной цепи. Для конкретного типа зажигания возможны некоторые корректировки номиналов, из-за разных устройств зажигания в различных видах авто. Это необходимо, чтобы тахометр хорошо работал с основными гармониками и не реагировал на высшие гармоники. Без такой корректировки точная работа тахометра невозможна.

Обновленная версия прошивки включает в себя функцию проверки индикаторов. Это необходимо для проведения двухсекундного теста выявления неисправности датчиков.

Прикрепленные файлы:

Прошивка –

Простой автоусилитель моноблок на TDA1560Q Автомобильный бездроссельный БП на IRS2153 для ноутбуков и мобильников Внешний USB-разъем в автомагнитоле