выходе делителя (и входе АЦП микроконтроллера) напряжение увеличивается, когда освещенность падает, − все наоборот.

Напряжения 0В и 5В берутся с Arduino. Ножка А0 используется как вход АЦП.

Если нужно подключать более мощную нагрузку, такую как лампа накаливания, то ее следует подключать через реле или тиристор.

В коде программы есть закомментированные участки, они служат для отладки. Можно будет контролировать значение АЦП (от 0 до 1024). Также можно в коде изменить значение 500 (порог включения и выключения) на то, которое вы подберете опытным путем, изменяя освещенность.

Код:

sensorValue = analogRead(sensorPin); // считываем напряжение с фоторезистора

(возбуждением от постоянного магнита, расположенного в статоре) приводит в движение поршень цилиндра макета ДВС, описанного ниже. Для управления скоростью вращения якоря электродвигателя необходимо изменять ток через обмотку якоря. Один из способов изменения тока – это его широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Управляющий сигнал с ШИМ формируется микроконтроллером, находящимся на плате Ардуино. Выходы контроллера Arduino не могут обеспечить напряжения и токи, требуемые для управления мощными нагрузками, такими как электродвигатель. К п римеру, в автомобильной технике часто используются двигатели на 12, 24, 48 В и т.п. А токи, потребляемые, например, электродвигателями стеклоочистителя, стеклоподъемника и т.п., составляют 5 – 10 А.

16

Максимальный ток, который может отдать в нагрузку микроконтроллер с одного вывода, составляет 40 мА. Поэтому между микроконтроллером и мощной нагрузкой ставят усилитель мощности на биполярном или полевом транзисторе, работающем в ключевом режиме.

Широтно-импульсная модуляция позволяет плавно управлять скоростью вращения. Сигнал ШИМ, вырабатываемый контроллером, поступает на ключевую схему, собранную на транзисторе, к которой подключена мощная нагрузка. В нашем случае это электродвигатель. Пример такой схемы на биполярном транзисторе показан на рис. 11.

Здесь используется мощныйАключевой биполярный транзистор, например КТ630, КТ829 др., в ключевом режиме. Резистор R1 подбирают

так, чтобы транзСстор VT полностью открывался (входил в режим насыщения), а R2 – чтобы он быстро закрывался. VD – защитный диод, он защищает транзистор от перенапряжения в момент выключения тока через индуктивную нагрузку (обмотку ротора электродвигателя).

Второй вариант усиления выходного тока и напряжения с выхода микроконтроллера для управления мощной нагрузкой – использование MOSFET-транзисторов. Транзистор IRF244 (с изолированным затвором и индуцированным каналом) N-Channel Power MOSFET фирмы Hyrris Semiconductor имеет следующие электрические параметры: ток стока ID = 14 A, напряжение сток-исток VDS = 250 В, сопротивление открытого канала rDS = 0,34 Ом, пороговое напряжение VGS = 2 – 4 В. Так как сопротивление цепи затвора велико, мы можем напрямую подсоединить данный транзистор к выводам Arduino.

17

На рис. 14 показаны временные диаграммы напряжений на электродвигателях при ШИМ.

волнистая кривая. Величина её пульсаций уменьшается при увеличении емкости и индуктивности фильтра. Уменьшение пульсаций снижает потери на вихревые токи и перемагничивание в электродвигателе. Однако увеличение индуктивности связано с увеличением числа витков, а это приводит к увеличению их сопротивления и потерям мощности на нем. Здесь нужен разумный компромисс.

На рис. 15 для этих двух случаев представлены регулировочные характеристики электродвигателей. Это зависимости числа оборотов n от момента нагрузки М. Пунктиром обозначена величина момента трения в подшипниках и щетках электродвигателя МТР.

19

Резистором R1 (см. рис. 16) изменяется ширина импульсов при помощи подачи изменяющегося напряжения на аналоговый вход А0 платы Ардуино. Сигнал ШИМ снимается с цифрового выхода платы D9 и

В автомобилях для измерения скорости вращения коленчатого вала ДВС, валов коробки передач, колес и т.п. используются датчики, чувствительные к изменению магнитного поля.

По сравнению с оптронами (фотоэлектрическими датчиками), реагирующими на изменение условий прохождения света между светодиодом и фотодиодом (фототранзистором), магнитные датчики имеют преимущество – они не чувствительны к пыли и другим загрязнениям (грязь, масло и т.п.), неизбежным при эксплуатации автомобиля.

Принцип измерения состоит в том, что при вращении детали из ферримагнитного материала (железо, никель, кобальт и их сплавы) изменяются условия для распространения магнитного поля, создаваемого

21

постоянным магнитом или электромагнитом. Чаще всего используется изменение величины немагнитного зазора (рис. 17, а, поз.7).

Взаиморасположение элементов магнитной цепи датчика может быть любым, лишь бы через них проходили силовые линии. В простейшем случае датчик может регистрировать изменение магнитного поля при движении магнита мимо него (рис. 17, б).

Эти изменения преобразуются датчиком в электрические импульсы, а затем электронная схема устройства подсчитывает частоту или период импульсов и отображает скорость вращения в числовой или другой форме.

Рассмотрим три вида датчиков:

1. Индукционный (см. рис. 17, а). 2. Датчик Холла (см. рис. 17, б). 3. Магниторезистивный.

коленчатом валу; при вращении этого колеса его зубья проходят мимо датчика и изменяют магнитное поле, создаваемое магнитом 2 с сердечником 5, при этом в катушке 6 наводится переменное напряжение, являющееся сигналом с датчика. Оно поступает в блок регистрации по кабелю1.

На рис. 17, б показан датчик Холла 1, который реагирует на изменение магнитного поля при прохождении мимо него магнитных меток

Рис. 17. Взаиморасположение магнитных датчиков и движущихся элементов их магнитной цепи в автомобиле

22

Для согласования датчиков с микроконтроллером по амплитуде напряжения и выходному сопротивлению между ними устанавливают буферный каскад усиления. Схемы включения датчиков представлены на рис.18.

Рис. 18. Схемы включения датчиков:

а– индукционного; б – датчика Холла; в − магниторезистивного

Вкачестве СибАДИусилителей сигналов выбраны операционные усилители общего применение LM358. Эти усилители работают при напряжении питания от 3 до 30 В, широко используются в цифровой аппаратуре и имеют низкую цену.

Сигналы с датчиков и на выходах схем усилителей не являются прямоугольными. Подача их на входы цифровых схем (счетчиков, таймеров и т.п.) может привести к некорректной их работе. Для получения прямоугольных импульсов из аналогового выходного сигнала его необходимо подать на компаратор, имеющий гистерезис, например, на микросхеме LM393. Эта м кросхема используется так же широко, как

Рис. 19. Схема формирователя импульса

23

Сигнал поступает на вход «1» компаратора, сравнивается с напряжением на движке переменного сопротивления R2, которое называют пороговым. Если входное напряжение больше порогового, то на выходе компаратора высокий потенциал «1», если меньше, то низкий «0». С выхода «1» компаратора импульсы напряжения поступают на вход D-триггера (микросхема 176ТМ2), собранного по схеме делителячастоты на 2.

Датчики для проведения экспериментов взяты из вентильных (бесколлекторных двигателей постоянного тока) (рис. 20). Они по габаритам в десять раз меньше автомобильных, но выдают примерно те же сигналы.

Рис. 20. Датчики, чувствительные к изменению магнитного поля: а − индукционный; б − магниторезистивный; в − датчик Холла

Датчики располагаются по периметру махового колеса и при прохождении мимо них магнитов, встроенных в обод колеса (рис. 21), на их выходе появляется сигнал.

Рис. 21. Размещение датчиков, чувствительных к магнитному полю

24