Электронный тахометр - это цифровое устройство, изготовленное из электронных компонентов и используемое для измерения скорости электродвигателя или любого другого вращающегося объекта в оборотах/ минуту. Он расположен в приборной панели автомобиля имеет хороший обзор и точность измерения.
Простой метроном скорости
Тахометр происходит от двух греческих слов: «тахо» означает «скорость», а «метроном» - «измерять». Он работает по принципу генератора и определяет напряжение, соответствующее скорости вала. Он также известен как счётчик оборотов. Принцип работы:
- индукционный;
- электромагнитный;
- электронный;
- оптический.
Исторически сложилось так, что первый механический тахометр был разработан на основе измерения центробежной силы. В 1817 году они были использованы для измерения скорости тяговых машин, но после 1840 года применялись преимущественно для измерения скорости транспортных средств. Цифровой тахометр - оптический датчик, предназначенный для определения угловой скорости вращающегося элемента. Области применения:
Типы современных тахометров
Важным параметром, который учитывают при выборе устройства, является рабочий диапазон скорости. Он устанавливает границу измерения, который способен контролировать прибор. Ещё один параметр - точность, которая задаётся в единицах, таких как ± RPM. Используемая технология датчиков: контактные, фотоэлектрические, индуктивные и с эффектом Холла.
В приборе контактного типа он входит в контакт с вращающейся частью. В фотоэлектрическом устройстве для измерения скорости используются световые лучи, видимые или инфракрасные. Частота разрыва, которого применяется для расчёта скорости. Индуктивные инструменты используют магнитные элементы для индукции магнитных полей, а частота активации - для измерения скорости. Конструктивные особенности:
- счётчики;
- таймеры;
- стробоскоп.
Конфигурации дисплея включают аналоговые визуальные индикаторы, цифровые или графические видеодисплеи. Пользовательские интерфейсы и типы управления имеют аналоговые лицевые или цифровые панели и компьютерные программируемые интерфейсы. Современные тахометры оснащаются программным обеспечением для работы на ПК. У многих есть сетевые или коммуникационные интерфейсы. Доступные электрические выходы:
- аналоговое напряжение;
- аналоговый ток;
- аналоговая модулированная частота;
- переключатель или сигнализация;
- светодиодный экран.
Тахометры классифицируются на основе технологии сбора данных. Типы применяемых устройств:
Микроэлектрическая машина генерированного напряжения
Генератор тахометра преобразует показатель вращения вала в электрический сигнал. Работа его использует свойства угловой скорости ротора, поток возбуждения, которого пропорциональный генерируемой ЭДС. Большинство современных тахогенераторов - это тип постоянного магнита. Эти устройства используют вращающееся соединение, один конец которого подключён к валу машины, индуцирует электродвижущую силу (напряжение), пропорциональную скорости вала. Контакты якоря соединены к цепи вольтметра, преобразуя напряжение в значение скорости.
Эти тахометры отличаются точностью, максимально допустимыми показателями и рабочей температурой. Используются в качестве датчиков в различных автомобильных и электромеханических компьютерных устройствах. Действуют в сетях переменного или постоянного тока.
Принцип работы автомобильного счётчика
Тахометр используется для проверки производительности двигателя и помогает автомеханику понять его состояние для оптимизации функционирования с допустимыми параметрами. Принцип работы автомобильного электронного тахометра прост. Система зажигания запускает импульс напряжения электромеханической части тахометра, которая реагирует на среднее напряжение импульсов пропорционально частоте вращения двигателя. Сигнал передаётся двойным экранированным кабелем к индикатору. Тахометры имеют температурную компенсацию для обработки измерений в диапазоне -20 до + 70 C окружающей среды.
Он позволяет водителю выбирать подходящие настройки дроссельной заслонки и шестерни во время движения, поскольку длительное использование на высоких скоростях вызывает недостаточную смазку, влияющую на двигатель, создаёт перегрев и приводит к ненужному износу трущихся деталей и к отказу машины.
Проверка оборотов двигателя
В процессе эксплуатации автомобиля нужно знать, как проверить тахометр в домашних условиях. Большинство машин оборудованы спидометром, манометром, датчиком температуры охлаждающей жидкости и тахометром. Они установлены по-разному в зависимости от марки и модели авто. Последовательность действий:
С широкими возможностями рынка электроники сделать схему тахометра дома своими руками с использованием мультиметра не сложно. Более того, результаты, полученные в таких схемах, точны в оценке общего рабочего состояния измеряемой системы.
Принципиальная схема с использованием IC 555:
Вышеуказанная настройка выполнена с помощью обычного тахометра. Детали для изготовления широкодоступны и их можно приобрести в любом магазине радиотоваров. Список деталей для самодельного варианта:
- R1 = 4K7.
- R2 = 47E.
- R3 = 100 КБ, может быть переменный.
- R4 = 3K3.
- R5 = 10K.
- R6 = 470 К.
- R7 = 1K.
- R8 = 10K.
- R9 = 100K.
- C1 = 47n.
- C2 = 100n.
- C3 = 100n.
- C4 = 33uF / 25V.
- T1 = BC547.
- IC1 = 555.
- M1 = измеритель FSD 10 В.
- D2 = 1N4148.
- C5 с любым значением между 3, 3uF и 4, 7uF.
Перед тем как сделать тахометр своими руками, нужно выполнить монтажную документацию. Простая схема, разработанная с использованием легкодоступных элементов с прорезиненным оптоизоляционным модулем MOC7811 и двумя семи сегментными дисплеями, измеряет скорость диска в RPS. Эта схема рассчитывает RPS от 00 до 99, если нужны большие значения, добавляют ещё один счётчик декады.
Принципиальная электрическая схема содержит IC555, MOC 7811, IC CD4081, IC CD4069 и IC 4033 и семисегментный дисплейный блок LTS 543. На первом таймере IC 555, сконфигурированном как моностабильный мультивибратор, он генерирует импульс синхронизации при нажатии переключателя S2, зелёный светодиод 1 указывает время обнаружения.
MOC 7811 IC2 содержит ИК-передатчик и фотодиод для создания изменяющихся логических уровней, зависит от блокирующего или прерывающего ИК-луча. Логический вентиль N1 включает счётчик детектора Johnson (CD 4033), он управляет семисегментным дисплеем LTS 543. Есть два десятичных счётчика и два семисегментных дисплея для отображения RPS от 00 до 99.
По этой схеме можно сделать тахометр для бензопилы своими руками с вращающим прерывателем. Одно прерывание инфракрасного луча будет приниматься за один счёт, а общий отсчёт вращения - RPS, умножают 60 на RPS, чтобы узнать Revolution Per Minute (RPM).
Онлайн-приложение для iPhone
Возможности современных смартфонов позволяют отображать на дисплее тахометр любого двигателя авто или мотоцикла в реальном времени на основе издаваемого звука. Диапазон RPM составляет 400 - 90 000 об/мин. Найти приложение можно в App Store. После установки его в верхней части дисплея появится циферблат тахометра в больших цифрах, с обновлением значения каждые ¾ секунды. RPM рассчитывается по пикам в графике автокорреляции.
В программе приведены элементы управления подсказки, определяющие диапазон RPM. Имеется коррекция фонового шума для истинного определения звука двигателя. Подсказка определяется значением центра и допуска в процентах. Прокручивая левую или правую область в синих полосах ниже подсказки, регулируют значение центрального RPM и допуск. Вместо фиксированного диапазона используется режим отслеживания, работающий во всём диапазоне измерений.
В этом режиме элементы управления подсказки заменяются, что позволяет начать истинное отслеживание. Ниже контрольных данных - график функции автокорреляции, для проверки надёжности отображаемого RPM. Имеется руководство по настройке диапазона RPM. Вертикальные жёлтые линии на графике соответствуют периодам звука, производимого двигателем. Если они хорошо совпадают с пиками на графике - значение RPM точное. Преобразование звука в тональное видео в RPM зависит от конфигурации двигателя.
Можно выбрать из нескольких встроенных конфигураций, включая 4-тактные и 2-тактные двигатели и указать общий коэффициент, который может компенсировать любое передаточное отношение между двигателем и валом. Помимо этого представления, есть две страницы настройки конфигурации. На каждой есть своя контекстная справка, которая даёт больше информации о том, как использовать приложение. Существует также подробное руководство по эксплуатации.
Ранние модели тахометров зависели от механических приводов, таких как маховик, распределительный вал, шкив вентилятора и т. д. Они вращают магнит, тем самым вызывая вихревые токи на алюминиевом диске (спидометр) в оборотах/минуту. Тахометр современного типа является электронным, управляемым импульсом, способным измерять как самую малую, так и меганагрузку.
Прежде чем делать тахометр своими руками, необходимо понять особенности этого устройства. Прибор служит для измерения количества оборотов силового агрегата во время движения. Эта информация выводится на дисплей, размещенный на приборной панели или специальном экране. Рассмотрим принцип работы тахометра и способы изготовления его самостоятельно.
Используем микроконтроллер
Чтобы сделать тахометр своими руками на базе микроконтроллера, потребуются следующие детали:
- Непосредственно микроплата, подойдет схема Arduino.
- Комплект резисторов.
- Для светодиодного варианта потребуется LED-элемент.
- Диоды (инфракрасный и фотоаналог).
- Монитор. Например, LCD-дисплей.
- Регистр сдвига
В рассмотренном далее способе применяется не щелевой, а оптический регулятор. Это позволит избежать проблем с толщиной ротора, количество лопастей не будет сказываться на показаниях, а также появится возможность считывать информацию об оборотах барабана.
Этапы работ
Ниже приведена пошаговая инструкция, как сделать тахометр своими руками на базе микроконтроллера:
- Для начала мелкозернистой наждачной бумагой обрабатывается световой и фотодиод до тех пор, пока они не примут плоскую форму.
- Изготавливается аналогичный элемент в виде полоски, затем обе детали соединяются при помощи клея и окрашиваются в черный колер.
- На дальнейшем этапе монтируются диоды, к ним припаиваются провода.
- Критические значения резисторов могут разниться, в зависимости от применяемого фотодиода. Чувствительность контроллера позволит скорректировать потенциометр.
- Изучив схему автомобильного светодиодного тахометра можно понять, что в ней предусмотрен регистр сдвига на восемь разрядов. Кроме того, схема включает в себя жидкокристаллический дисплей. Для фиксации лампочки в корпусе проделывается небольшое отверстие.
- На завершающей стадии потребуется припаять резистор (270 Ом) к диоду, затем вмонтировать его в гнездо. Контроллер вводится в кубическую трубку, что обеспечивает добавочную прочность приспособлению.
Делаем простой тахометр своими руками
Для изготовления этого прибора в качестве основы берется микрокалькулятор. Такой вариант подойдет тем, у кого имеются проблемы с элементной базой. Стоит отметить, что подобное приспособление не обеспечивает 100-процентной точности, а также тахометр не будет транслировать на дисплее количество вращений в минуту. Тем не менее калькулятор - это неплохая альтернатива другим устройствам по счету сигналов.
Для изготовления сигнального регулятора используются индуктивные или аналогичные им контроллеры. При вращении диска на дисплее отображается один сигнал после каждого оборота. Контакты в этот момент должны быть разомкнуты. Они замыкаются, когда узел минует дисковый зубец. Рассматриваемый тахометр (своими руками, как мы видим, сделать его достаточно просто) этого типа подходит отлично для тех случаев, когда замеры проводятся редко. Тем, кто хочет установить регулярный контроллер скорости, лучше остановить свой выбор на более надежных приборах.
Эксплуатация
Простейший тахометр, своими руками изготовленный на базе калькулятора, работает после припайки контактов к кнопке сложения вычислительной машины.
Замер скорости вращения оборотов выполняется следующим образом:
- Включается микрокалькулятор.
- Синхронно активируются клавиши «+» и «1».
- Гаджет запускается и на нем производится замер. Чтобы обеспечить точность показаний, одновременно с калькулятором следует включить секундомер.
- Выждите 30 секунд, а затем посмотрите на экран. На нем должно появиться соответствующее значение.
- Этот показатель и является числом оборотов за 30 секунд. Умножив цифру на два, получаем количество вращений в минуту.
Аналоговый вариант
Электронный тахометр, своими руками сделанный для дизельного или бензинового двигателя, ориентирован на преобразование электронного импульса и транспортировки его на устройство индикации. В отличие от данного прибора, цифровые модели преобразовывают аналоговый импульс в некую последовательность нулей и единиц, которая считывается и расшифровывается контроллером.
В комплектацию аналоговых тахометров входят следующие элементы:
- Микроплата, предназначение которой - преобразование аналоговых импульсов.
- Проводка, соединяющая все элементы приспособления.
- Шкала, служащая для демонстрации показателей.
- Стрелка, которая оказывает на действующее значение.
- Специальная катушка с осью, обеспечивающая корректную работу стрелки.
- Считывающий прибор типа индуктивного контроллера.
Как сделать цифровой тахометр своими руками
Устройства этого типа имеют идентичное предназначение, однако отличаются конструкционными элементами. Чтобы соорудить самостоятельно прибор, потребуются следующие детали:
- Преобразователь восьмиразрядный.
- Процессор, позволяющий преобразовывать импульсы в цепочку нулей и единиц.
- Дисплей для демонстрации показаний.
- Устройство прерывающего типа (регулятор вращений) с усилителем. Для этой цели могут использоваться специальные шунты, в зависимости от конкретной ситуации.
- Плата для обнуления информации.
- Дополнительно можно подключить к процессору антифриза, воздуха в салоне, давления жидкости двигателя и тому подобное.
- Чтобы настроить нормальную работу устройства, понадобится установка специальной программы.
Механическая модификация
Механический автомобильный тахометр, своими руками сделанный, не требует питания и управляющих схем. На валу жестко фиксируется магнит постоянного типа. При его вращении создается вихревое поле, которое увлекает за собой специальную емкость из магнитного материала. Вращению чащи создает сопротивление спиральная пружина. Чем больше скорость вращения, тем активнее отклоняется вал, оснащенный стрелкой.
Основное преимущество механического приспособления - это простота конструкции и отсутствие необходимости в получении электрического питания. Среди минусов можно отметить высокую погрешность и смещенный нижний предел измерений. Стоит отметить, что при малых оборотах стрелка не отклоняется.
Диагностика
Сделанный своими руками тахометр также может выйти из строя. Для выявления причины неполадки потребуется провести диагностику. В транспортных средствах, оборудованных интерфейсом OBD II, проверка производится с использованием сканера. Кроме того, электронное приспособление можно проконтролировать при помощи любого Оптимальным вариантом станет заведомо исправный прибор, осциллограф либо частотомер.
Механический аналог диагностируют посредством дрели или шуруповерта. При наличии регулятора оборотов проверку провести проще. Хвостовая часть троса фиксируется в патроне, а корпус устройства жестко закрепляется.
Ремонт
Отремонтировать рассматриваемое приспособление не очень сложно. Самым тяжелым для починки экземпляром является модуль электрической схемы. После локализации неисправности, потребуется заменить дефектный элемент. Как правило, чаще всего из строя выходит проводка, контакты индикатора, датчик, магнитик на коленчатом вале.
С механическим вариантом все намного проще. Достаточно заменить деталь, вышедшую из строя на новую запчасть. С такими тахометрами автомобили имеют большой пробег и относятся к сильно подержанным транспортным средствам. Следовательно, найти элемент будет несложно на автомобильном рынке или на разборке. После ремонта подключение прибора не требует калибровки.
Настройка
Тахометр на авто, своими руками изготовленный, может потребовать настройки. Поскольку в машинах обычно за один оборот вала мотора индикатор выдает пару импульсов, то при калибровке устройства следует частоту генератора устанавливать вдвое выше.
Чтобы настройка тахометра не вызывала трудностей, необходимо изучить принцип работы мостовой схемы. Например, при равенстве соотношений величин резисторов, напряжения в точках равны, а значит, ток не протекает и стрелка стоит на нуле. Если снизить величину первого резистора, напряжение в одной точке повысится, а во второй останется без изменений. Ток пойдет через миллиамперметр и стрелка начнет движение. Это значит, что при постоянном напряжении во второй точке и изменения этого показателя в первой точке, стрелка тахометра будет перемещаться относительно шкалы.
В заключение
Сделать своими руками автомобильный тахометр вполне реально, если наличествуют элементарные познания в электротехнике и желание. Все, что потребуется - это готовая схема, паяльник и основные детали. Займет работа не более двух дней вместе с демонтажем и установкой. Вы может выбрать изделие по своим потребностям: от простого прибора на базе калькулятора или более продвинутого тахометра на основе схемы ARDUINO. Прежде чем приступать к работе, изучите принцип работы штатного устройства на вашем автомобиле.
Тахометр состоит из 4-х разрядного светодиодного индикатора (для точного определения оборотов) и группы светодиодов рассположеных по кругу (для визуального, более наглядного, определения оборотов). Индикатор показывает с точностью 1 об/мин Светодиодная полоска состоит из 32 светодиода зеленого цвета и 5 красных светодиода, расположеных в конце шкалы или любое кол-во красных по вашему усмотрению.
32-светодиодная круговая линейка
Точка или непрырывное отображение
4-разрядный дисплей
Индикатор переключения передач светодиодный
Ограничитель выходного сигнала
Измерение 0-9999 или выше 10000 оборотов в минуту
Два параметры отображения выше 9999 об/мин
Опции для 1 об/мин, 10 об/мин или 100 об/мин разрешение дисплея
Автоматическое отображение яркости в условиях низкой освещенности
Настройка на 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 и 12-цилиндровые 4-тактные двигатели и 1, 2, 3, 4, 5 и 6-цилиндровым 2-тактных двигателем
Выбор красной линии
Выбор оборотов светового сдвига
Выбор ограничителя оборотов
Выбор числа красной линии светодиодов
Выбор периода обновления изображения
Выбор гистерезис для светодиодной линейки
Выбор, минимальный ограничитель на время
Устройство можна разделить на две части:
1) плата управления
2) плата отображения
В плате управления расположен контроллер pic16F88, питание светодиодов и кнопки управления. Пожалуй самое интересное это кнопки управления с помощью которых и производят настройку тахометра. Всего три кнопки:
S1 - установка
При настройке прибора светодиоды зеленый LED34 (режим) и красный LED35 (установка) отображают статус. 4-х разрядный индикатор с общим анодом.
Подключается прибор к низкому уровню или к высокому уровню сигнала. Под низким уровнем понимают подключение к ЭБУ автомобиля, а под высоким к катушке зажигания.
Микросхема MC34063 является DC-DC преобразователем, которая работает на частоте 40кГц, комутирует транзистор для питания светодиодов стабилизированным током.
VR1 - позволяет регулировать выходное напряжение MC34063 в пределах 1,25-4В.
Индуктивность L1 намотана на феритовое кольцо 28мм проводом 0,5мм.
LM2940CT-5 стабилизатор напряжения на 5В, осуществляет питания схемы управления. Микросхемы M5451, драйвер светодиодов.
Автоматическая яркость реализовано на элементе LDR1 (фоторезистор), который расположен на плате индикации. Чем лучше освещенность тем меньше сопротивление LDR1. Напряжение на LDR1 при высокой освещенности составляет порядка 1В. В зависимости от сопротивления LDR1 разное напряжение прикладывается к транзисторам Q2 и Q3, которые в свою очередь и управляют яркостью светодиодов через драйвера. Для корректировки автоматической яркостью в схему внесен элемент VR6, который представляет собой переменный резистор на 50 КОм.
В тахометре предусмотрен электронный ограничитаель оборотов, limit out.
Настройки:
Для перехода в режим настроеек необходимо зажать кнопку вверх и подать питание, если кнопка вверх не будет нажата то устройство перейдет в нормальный режим работы. Отпускаем кнопку вверх и на дисплее должена засветится единица, что означает режим 1. Светодиод "режим" зеленого цвета будет гореть. Необходимо выбрать кнопками вверх вниз режим с 1-13.
В каждом режиме необходимо внести свою корректировку.
| Режим | Возможные установки | Примечание |
| 1 Количество цилиндров | 1-12 | выбор числа цилиндров |
| 2 Красные светодиоды | 0-10 | позполяет изменить длинну отображения красной линии |
| 3 Красная линия | 0-30,000 | установка загорания первого красного светодиода |
| 4 Обороты на светодиод | автоматически | автоматически рассчитывается из режимов 2 и 3 |
| 5 Сдвиг света | 0-30,000 | если не требуется установить дальше красной линии |
| 6 Ограничитель оборотов | 0-30,000 | устанавливаем электронный ограничитель оборотов(см.12) |
| 7 Гистерезис | 0-255 | предотвращает мерцание светодиодов, см режим 4 |
| 8 Обновления дисплея | 0-510мс с шагом 2мс | выставляется период обновления дисплея |
| 9 Формат отображения | 0,1,2 | выставляем формат отображения об/мин 0) 9999 1) 9,999-10,00 2) 9,99-10,00 |
| 10 Разрешение | 0,1,10 | выставляем разрешение 0) 1 об/мин 1) 10 об/мин 10) 100 об/мин |
| 11 Визуализация | 0 или 1 | 0) для отображения точки 1) для отображения непрерыного изменения |
| 12 Чувствительность | 0 или 1 | 0) для низкого уровня "0В" 1) для высокого уровня "+5В" |
| 13 Придел на период | 0-510мс с шагом 2мс | выставляется минимальное время, когда выход отсечки активен |
Режим 1 - количество цилиндров: введите в точное число цилиндров для 4-х тактный двигатель (1-12 цилиндров). Например, выберите «2» для 1-цилиндровый 2-тактный, 4 для 2-цилиндровый 2-тактный, и т.д. Для мотоцыклов подойдет 11 или 7 для 2-х цилиндровых асимметричных 4-тактный двигателей. 9 для настройки для асимметричного 3 цилиндрового 4-тактного двигателя.
Режим 2 - красные светодиоды: отвечает за свечение красной полоски светодиодов, выбираем количество светодиодо которые будут светится, по умолчанию 5, можно выбрать 0-10.
Режим 3 - красная линия: этот режим используется для установки максимальных оборотов рекомендуемых для вашего двигателя. Значение по умолчанию составляет 9000. Обратите внимание, что 10 000 оборотов будет отображатся как 10,00.
Режим 4 - обороты на светодиод: этот режим показывает прирост оборотов для каждого светодиода в линейке, т.е. сколько оборотов приходится на один светодиод.
Режим 5 - сдвиг света: значение по умолчанию 8000 оборотов в минуту, в диапазоне от нуля и выше 30 тысяч оборотов в минуту. Настройка находится в x1000 формате, например, 8000 отображается как 8.00.
Режим 6 - ограничитель оборотов: этот режим устанавливается ограничение оборотов в минуту. В процессе работы, выходной ограничитель меняется, когда измеряемых оборотов идет выше, то этот параметр и уровень выходного сигнала зависит от настройки (см. Режим 12). Эта установка может быть изменена в 100 шагах от 9900 оборотов в диапазоне от нуля до выше 30000 оборотов в минуту.
Режим 7 - гистерезис: чтоб избежать порогового значения можете задать гистререзис, например светодиоды последующие быстро включается и выключается. Настройки по умолчанию гистерезис составляет 50 оборотов в минуту и может быть изменено в 1 от 0-255 оборотов в минуту. Обратите внимание, что гистерезис значение должно быть меньше, чем значение (см. режим 4).
Режим 8 - обновления дисплея: обновляется каждые 1 мс, но это слишком быстро для цифрового дисплея для чтения если есть любые изменения оборотов. В результате обновления цифровой дисплей замедлится до более удобной скоростью. Как правило, период обновления 200 мс (или пять изменений в секунду) является подходящим. По умолчанию установка 250 мс с шагом 2 от 0-510ms.
Режим 9 - формат отображения: эта корректировка в основном для обслуживания двигателей, которые выше 10 000 оборотов в минуту. Начальная установке значения "0" устанавливает дисплей для отображения от 0-9999 оборотов в минуту. Выше этот показатель, на дисплее отображается "0"10000 оборотов в минуту, "1000" на 11000 и т.д. Используйте эту настройку для двигателей, которые не выше 10 тысяч оборотов, или которые только иногда доходят обороты до этого уровня.
Режим 10 - разрешение: если вам не нравится как бегают показания при быстром наборе оборотов, то можете снизить разрешение, для снижения разрешения поставьте "1" и последняя цыфра будет всегда показывать ноль. Если "2" то две последних будет ноль.
Режим 11 - визуализация, точка или линейка: будет ли светодиодная линейка работать в режиме точка (т. е. светодиод горит в любое время) или в виде непрерывного изменения. Выберите "0" точка режиме или "1" для непрерывного режима.
Режим 12 - чувствительность: если установлено "0" то идет от 0 до +5В, а если "1" то от +5В до 0.
Режим 13 - придел на период: выставляется минимальное время, когда выход отсечки активен
В такометре есть ограничитель максимальных оборотов, выход которого можно использовать в отдельной цепи которая будет ограничивать обороты двигателя. Например в цепи зажигания или подачи топлива.
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.
Автомобильный тахометр - это измерительный прибор, который предназначен для измерения количества оборотов коленчатого вала двигателя в минуту (об/мин). Раньше в автомобили устанавливались механические тахометры. В современных автомобилях устанавливаются электрические или электронные тахометры.
Во время работы двигателя автомобиля тахометр позволяет контролировать стабильность его оборотов на холостом ходу и при движении автомобиля. По стабильности оборотов на холостом ходу можно судить о состоянии системы подачи топлива, системы зажигания и самого двигателя.
При установке оборотов холостого хода и регулировки угла опережения зажигания двигателя с помощью стробоскопа без тахометра не обойтись. Необходимо одновременно производить регулировку и наблюдать за оборотами двигателя. После каждого подкручивания винта регулировки смотреть показания тахометра, установленного в салоне автомобиля неудобно. Может выручить установленное в салоне зеркало, но это тоже не лучшее решение. Гораздо удобнее иметь тахометр, вмонтированный в стробоскоп.
При изготовлении стробоскопа своими руками я вмонтировал, тахометр в его корпус. При проверке и настройке УОЗ двигателя такое техническое решение показало удобство в работе.
Предлагаемое Вашему вниманию схемное решение тахометра отличается простотой и высокой точностью показаний в независимости от изменения температуры окружающей среды и питающего напряжения. Имеет растянутую шкалу, что позволяет при применении малогабаритного стрелочного индикатора измерять частоту оборотов двигателя с высокой точностью.
Электрическая принципиальная схема
Представленная схема тахометра отличается простотой и доступностью деталей для повторения благодаря применению интегрального таймера - микросхемы КР1006ВИ1 (аналог NE555).
Схема состоит следующих функциональных узлов. Формирователя импульсов, выполненного на VT1-VT2, широтно-импульсного модулятора на микросхеме DA1 типа КР1006ВИ1 и резисторного моста на резисторах R8-R13. Для снятия показаний применен электродинамический стрелочный микроамперметр. К недостаткам схемы тахометра можно отнести необходимость балансировки моста для каждого типа миллиамперметра при повторении схемы. Но это не сложная операция.
Питающее напряжение на схему тахометра подается непосредственно с клемм автомобильного аккумулятора .
Принцип работы
При поступлении импульсов от прерывателя или катушки индуктивности, используемой в стробоскопе, конденсатор С1 через диод VD1 и резистор R1-R2 перезаряжается, создавая на базе транзистора VT1 импульсы, открывая его. В результате на коллекторе транзистора, включенного в ключевом режиме, образуются короткие положительные импульсы, длительность которых определяется емкостью конденсатора С1. VT2 служит для инвертирования импульсов, перед подачей на вход DA1. Форма импульсов приведена на электрической схеме тахометра с правой стороны, верхняя осциллограмма. На фото ниже структурная схема КР1006ВИ1.
Интегральный таймер КР1006ВИ1 включен по типовой схеме формирователя импульсов. По положительному фронту импульсов, поступающих на вход 2, микросхема формирует на выходе 3 положительные импульсы с шириной, линейно изменяющейся в зависимости от частоты поступающих на вход. Частота выше, импульсы шире. Исходная ширина импульсов зависит от постоянной времени R6, R7 и C3.
Выходящие с вывода 3 микросхемы DA1 импульсы поступают на левое плечо моста тахометра, которое образуют резисторы R8-R9 и R11. На правое плече моста тахометра, которое образую резисторы R10 и R12, R13 поступает постоянное опорное напряжение +9В с интегрального стабилизатора напряжения К142ЕН8А. Конденсатор С4 исключает дергание стрелки тахометра при измерении низких оборотов двигателя. Стабилизатор так же обеспечивает питание всех активных элементов тахометра. В диагональ моста включен микроамперметр.
Благодаря такому схемному решению удалось исключить нелинейные элементы, получить линейное показание миллиамперметра при изменении частоты и обеспечить высокую точность измерений частоты вращения двигателя за счет растянутой шкалы. Так как в тахометре, по соображениям габаритных размеров, применен малогабаритный миллиамперметр от индикатора уровня записи магнитофона, у которого длина шкалы мала, то только благодаря растянутой шкале удалось получить высокую точность показаний.
Микросхемы стабилизаторов серии К142ЕН обеспечивают стабильное выходное напряжение в широком диапазоне температуры, чем и обусловлено применение микросхемы К142ЕН8А в тахометре. Конденсаторы С2, С5 и С6 установлены для сглаживания пульсаций питающего напряжения.
Конструкция и детали
Так как схема простая, то печатную плату я не разрабатывал. Монтаж всех деталей, кроме миллиамперметра, выполнил на универсальной макетной плате размером 30 мм×50 мм. На фотографии видно как размещены элементы схемы.
Для подвода питающего напряжения и входного сигнала применен трех контактный разъем. Шкала миллиамперметра напечатана на принтере и приклеена сверху на его штатную шкалу.
Плата с деталями закреплена в крышке корпуса стробоскопа на винтах. Миллиамперметр установлен в вырезанном в крышке корпуса прямоугольном окне и закреплен с помощью силикона.
Такая конструкция размещения тахометра обеспечивает удобство доступа к плате стробоскопа, достаточно снять крышку, отсоединить разъем.
Настройка тахометра
Если не допущены ошибки при монтаже деталей и исправны элементы схемы, то тахометр сразу начнет работать. Необходимо будет только подогнать номиналы резисторов моста. Для этого нужно с импульсного генератора подать на вход тахометра прямоугольные импульсы частотой, взятой из ниже приведенной таблицы и откалибровать шкалу.
| Таблица перевода оборотов вращения двигателя в частоту | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Обороты двигателя, оборотов в минуту | 700 | 800 | 900 | 1000 | 1100 | 1200 | 1500 | 2000 | 2500 | 3000 | 3500 | 4000 | 4500 | 5000 | 6000 |
| Частота генератора, Гц | 12 | 13 | 15 | 17 | 18 | 20 | 25 | 33 | 42 | 50 | 58 | 67 | 75 | 83 | 100 |
| Частота генератора, 2×Гц | 24 | 26 | 30 | 34 | 36 | 40 | 50 | 66 | 84 | 100 | 116 | 134 | 150 | 166 | 200 |
Так как в автомобилях обычно за один оборот вала двигателя датчик выдает два импульса, то при калибровке тахометра нужно устанавливать частоту на генераторе в два раза больше. Например, при калибровке точки шкалы 800 нужно будет подать на вход тахометра импульсы частотой не 13 Гц, а 26 Гц. Ряд частот для такого случая приведен в нижней строке таблицы.
Для того, чтобы не испытывать трудностей при калибровке шкал тахометра нужно знать принцип работы мостовой схемы. Перед Вами принципиальная схема моста постоянного тока. При равенстве соотношений величин резисторов R1/R2 и R3/R4 напряжения в точках диагонали моста A и B равны, и ток через mA не протекает, стрелка стоит на нуле.
Если, например, уменьшить величину резистора R1, то напряжение в точке А увеличится, а в точке В останется прежним. Через миллиамперметр, находящийся в диагонали моста потечет ток и стрелка отклонится. То есть при постоянном напряжении в точке В и изменении напряжения в точке А стрелка прибора будет двигаться относительно шкалы.
В схеме тахометра функцию резистора R1 выполняет резистор R9, и так далее. При увеличении оборотов двигателя, частота и ширина импульсов с выхода микросхемы увеличивается и таким образом увеличивается напряжение в левой точке подключения миллиамперметра, протекающий ток увеличивается и стрелка отклоняется. Резисторы в плечах моста подобраны в таком соотношении, чтобы мост был изначально разбалансирован, и равенство напряжений в точках подключения миллиамперметра наступало при 700 оборотов двигателя.
Номиналы резисторов на схеме указаны при сопротивлении рамки миллиамперметра 1,2 кОм. Если использовать прибор, имеющий другое сопротивление рамки, то придется подбирать номинал резисторов R8, R9 и R12, R13, временно заменив их переменными. После калибровки прибора, измеряется сопротивление переменных резисторов, и они заменяется постоянными.
Переключатель S1 можно не устанавливать и настроить прибор для измерения в требуемом диапазоне по одной шкале. В таком случае точность измерений снизится в два раза. При растянутой шкале прибора такой точности тоже будет достаточно.
Тахометр, выполненный по предложенной схеме, является законченным прибором и его можно применять для измерения частоты вращения любых валов, например, двигателя моторной лодки, электродвигателей. В качестве датчиков могут использоваться датчики холла, фото и электромагнитные датчики. Достаточно доработать схему входного формирователя импульсов.
