Stroboscop, turometru optic si inductiv

 

Description: Cutie pt. instrument CP-21-20D 180x100x41mm

Asa cum spune si numele, acest montaj reprezinta un aparat  multifunctional, portabil, ce foloseste pentru masurarea turatiei elementelor mecanice in miscare si care poate fi folosit in domeniul industrial, auto sau hobby.

Performantele aparatului sunt:

·         Stroboscop cu turatia intre 960RPM si 600.000RPM;

·         Turometru optic cu turatia intre 0RPM si 600.000RPM;

·         Turometru inductiv cu turatia intre 0RPM si 120.000RPM(functie de senzorul folosit, turatia maxima poate fi diferita);

·         Portabil;

·         Consum eficientizat de energie;

·         Precizie ridicata.

 

Prima parte este reprezentata de stroboscop.

Stroboscopul este un aparat optic cu ajutorul căruia se pot observa, înregistra sau măsura corpurile aflate în mișcare periodică. La baza sta un generator de impulsuri luminoase puternice, cu factor de umplere redus, cu care este iluminat corpul, obiectul in miscare; daca este variata lent frecventa impulsurilor, la un moment dat corpul va parea ca sta nemiscat sau se roteste f.f. lent; in acel moment se citeste valoarea frecventei generate si se calculeaza turatia corpului: T(RPM) = 60 x f(Hz).

 

A doua parte este reprezentata de turometrul (tahometrul) optic.

Acesta functioneaza astfel: se emite o lumina (de regula in spectrul infrarosu) catre corpul in miscare si se receptioneaza lumina reflectata de catre acesta cu ajutorul unei fotodiode; pentru a face obiectul in miscare reflectorizant pentru radiatia emisa, se lipeste pe acesta o foita de hartie alba lucioasa sau cel mai adesea o bucata de staniol. Cum corpurile sunt in general ne-reflective, staniolul va reflecata intermitent lumina si acesta ajunge la fotodioda, convertita in impulsuri electrice, ce, odata amplificate, vor ajunge la un numarator de impulsuri electronic. Numarul de impulsuri primite este inmultit cu 60 si turatia este direct afisata pe displayul electronic.

 

A treia parte a montajului propus este turometrul cu senzor inductiv. Acesta este cel mai simplu ca constructie fiind insa mai costisitor datorita senzorului folosit. Principiul de funcţionare al unui senzor inductiv de proximitate constă dintr-un circuit oscilant LC, un evaluator de semnal şi un amplificator de comutaţie. Bobina acestui circuit oscilant generează un câmp electromagnetic alternativ de înaltă frecvenţă. Acest câmp este emis la faţa senzorială a dispozitivului. La apariţia unui obiect metalic (declanşator) în apropierea feţei sensibile, sunt generaţi curenţi turbionari. Pierderile rezultate consumă energie din circuitul oscilant şi reduc oscilaţiile. Circuitul evaluator de semnal converteşte această informaţie în semnal clar. Senzorul folosit are doar 2 fire, fiind alimentat de la o sursa de curent prin inserierea sa cu un rezistor. De pe acest rezistor sunt citite semnale electrice a caror frecventa va fi masurata si afisata (convertita in turatie).

 

Amatorii pot construi dupa dorinta doar unul sau altul dintre modulele propuse. Ceea ce nu poate insa sa lipseasca, fiind comun, este microcontrolerul, displayul LCD si sursa de 5V construita cu U3, asa cum se vede in schema de mai jos.

 

Description: schema 1.4.png

Schema electronica completa (Dublu-click pe imagine pentru a mari)

 

Asa cum am spus, sursa stabilizata de 5V foloseste la alimentarea microcontrolerului cat si a displayului LCD. Cum alimentarea montajului se face dintro baterie de 9V, am pus in paralel pe aceasta un condensator de capacitate mare, 2200µF/16V;  pentru stabilizator am folosit un integrat uzual de tip 7805, de 5V/1A. Acesta este decuplat atat pe intrare cat si pe iesire cu condensatoare ceramice de 100nF.

Description: sursa.png

Schema electronica a stabilizatorului de +5V (Dublu-click pe imagine pentru a mari)

 

Pentru a intelege mai bine functionarea montajului, este data mai jos in detaliu, schema microcontrolerului si a displayului cu 2x16 caractere folosit. Se observa ca aceasta este destul de simpla fiind compusa din ‚creierul’, microcontrolerul pe 16 biti Microchip 16F628A, display LCD, o arie de rezistori de 10K, tranzistorul MOSFET folosit ca driver pentru ledul de putere, precum si cele 5 tastele folosite pentru pornirea/oprirea emisiei stroboscopului (tasta Set/Get) si respectiv marirea/micsorarea lenta sau bruta a frecventei impulsurilor luminoase emise: P(+), PP(++), M(-), MM(--). RV3, cu valori intre 5K si 22K foloseste la reglarea contrastului displayului; acesta se face doar la punerea in functiune a montajului. Displayul este necesar sa fie compatibil HD44780 (controler), spre exemplu orice model din seria RC1602. Iluminarea backlight a afisajului, daca exista, nu va fi folosita in aceasta schema pentru a reduce la minim consumul de energie.

Comutatorul SW1 trece intrarea RA0 a lui U1 din +5V in 0V; +5V corespunde functionarii ca stroboscop (pozitia 1) iar un potential de 0V trece microcontrolerul pe functia de tahometru (pozitiile 2 si 3). Pinul RA1 este in zero logic pana la apasarea butonului Set/Get; acesta initiaza emiterea de impulsuri pe pinul RB7; la o noua apasare pe Set/Get emiterea de impulsuri se opreste. Atat in STAND-BY cat si in timpul functionarii stroboscopului, tastele P,PP,M,MM pot fi apasate pentru modificarea frecventei (deci turatiei) ; aceasta va fi afisata permanent pe randul doi al display-ului,  putand lua valori intre 960 RPM si 300.000 RPM. In locul diodei LED D2 se pot monta doua leduri cu lumina alba, cascadate, modificand valoarea rezistentei R10 astfel incat curentul maxim prin LED-uri sa nu depaseasca circa 30mA.

SW1 si SW3 (vezi schema principala) sunt de fapt cele doua sectiunii ale unui comutator miniatural cu trei pozitii; am aratat care este functia primei parti; SW3 in schimb, al carui punct comun este legat la punctul inferior al butonului Set/Get, face ca alimentarea cu +9V sa se faca unuia sau altuia dintre tahometre, si asta doar atat timp cat este apasat butonul Set/Get. Aceasta aduce un consum minim de energie electrica.

 

Description: stroboscop.png

Schema electronica a stroboscopului (Dublu-click pe imagine pentru a mari)

 

Turometrul (sau tahometrul) optic.

Schema detaliata a acestuia este data mai jos. Acest bloc este alimentat (V_optic) doar atat timp cat este apasat butonul Set/Get, daca comutatorul cu 2x3 pozitiii SW1/SW3 este pe pozitia 2. In acest moment ledul IR D102 precum si ledul in lumina vizibila D101 lumineaza simultan tinta. Impulsurile luminoase reflecate sunt culese de fotodioda IR D104, semnalul electric amplificat de Q101 si transmis pe iesirea OUT/OPTIC; totodata, acelasi semnal este injectat si in baza lui Q103 ce va determina aprinderea ledului galben D105, ceea ce ajuta la pozitionarea cu precizie la distanta si inclinarea potrivita a tahometrului. Ledul D101 este de culoare rosie si are doar rolul de a ilumina vizibil tinta.

Deci, rezumand,blocul optic al turometrului functioneaza atat timp cat este apasat butonul Set/Get; la eliberarea butonului, ultima valoare citita va fi ramane afisata permanent pe display. Turatia este citita de 2 ori pe secunda.

 

Description: tacho_optic.png

Schema electronica a turometrului optic (Dublu-click pe imagine pentru a mari)

 

Partea de turometru inductiv a fost deja prezentata. Impulsurile electrice sunt preluate prin dioda D3 de pe rezistorul R212 si insumate cu impulsurile culese de la turometrul optic (catodul lui D1); ele intra pe pinul RA7 al microcontrolerului (semnalul In tacho) si vor fi masurate si afisate de catre acesta. Acest bloc este alimentat (V_inductiv) doar atat timp cat este apasat butonul Set/Get, daca comutatorul SW1/SW3 este pe pozitia 3.

 

Fisierul hexa cu care va fi programat microcontrolerul  poate fi descarcat de aici:

-          versiunea 1.4

 

Montajul a fost incorporat intro cutie de ABS avand codul comercial CP-21-20D. Au fost executate 2 cablaje: unul pentru butoane si ledul galben al blocului tacho-optic si unul pentru montajul propriu-zis. 

 

PCB, 600DPI, vedere in oglinda (Dublu-click pe imagine pentru a mari)

 

Description: silk.png

Silk, 600DPI, vedere in oglinda (Dublu-click pe imagine pentru a mari)

 

Description: proteus_cablaj.jpg

Vedere dinspre piese; se pot observa cele 6 strapuri folosite.

 

Description: butoane_pcb.png

PCB pentru placa cu butoane, 600DPI, vedere in oglinda (Dublu-click pe imagine pentru a mari)

 

Description: butoane_silk.png

SILK pentru placa cu butoane, 600DPI, vedere in oglinda (Dublu-click pe imagine pentru a mari)

 

Description: butoane_full.png

Vedere placa butoane dinspre piese; se pot observa cele 3 strapuri folosite

 precum si modul de conectare la placa de baza (Dublu-click pe imagine pentru a mari)).

 

Description: butoane_view.jpg

Vedere 3D pentru placa butoane  (Dublu-click pe imagine pentru a mari)

 

Vedere cablaj placa baza; se observa ca piesele mai inalte au fost puse orizontal

 

Vedere cablaj placa tastatur

 

Description: vedere_montaj.jpg

Vedere montaj finalizat (Dublu-click pe imagine pentru a mari)

 

·         Dati click pe fiecare imagine pentru a o vedea la rezolutie maxima iar apoi click-dreapta si Save Image As, pentru a le salva;

·         Desenul cablajelor si a mastilor (silk) sunt la rezolutia de 600DPI;

·         Plantarea pieselor va incepe cu piesele de mici dimensiuni (strapuri, rezistori, etc) si va continua cu cele cu gabarit mai mare;

·         Microcontrolerul va fi pus in soclu doar dupa verificarea tensiunii de +5V de pe pinul 14;

·         Toti rezistorii folositi sunt de 1/4W iar condensatorii electrolitici sunt de 16V.

 

Links:

·         vandi.ro

·         vandi.ro/electronics

·         Contact: Description: my_mail.jpg