2 Розробка електричної структурної схеми цифрового тахометру

На рисунку 2.1 наведено розроблену структурну схему цифрового тахометра з індуктивним первинним вимірювальним перетворювачем.

Рисунок 2. 1 - Структурна схема цифрового тахометру.

ОВ – об’єкт вимірювання; ІПВП – індуктивний первинний тахометричний перетворювач; ВП – вторинний перетворювач; ДЖ – джерело живлення; CРU – мікроконтролер; HG – чотирьохрозрядний індикатор; PORT x – порт уведення-виведення; RAM – ОЗУ; FLASH ROM -ПЗП.

Принцип дії цифрового тахометру, що розробляється, полягає в наступному. На валу об’єкту вимірювання, як правило, завжди виконується зубець або отвір, який необхідний для кріплення до привідних частин інших механізмів. Внаслідок цього, під час обертання валу, відбувається зміна магнітного опору магнітопровода, який утворений індуктивним первинним вимірювальним перетворювачем та валом об’єкту вимірювання.

Дана обставина приводить до виникнення імпульсної е.р.с. самоіндукціїї у котушці індуктивності індуктивного первинного вимірювального перетворювача. Таким чином, при обертанні валу об’єкту вимірювання на виході первинного перетворювача формується послідовність імпульсів, частота якої дорівнює частоті обертання. Часовий проміжок між двома сусідніми імпульсами дорівнює часу, за який здійснюється один оберт вала.

Вихідні імпульси первинного індуктивного тахометричного перетворювача поступають на вторинний перетворювач, який трансформує їх у імпульси з каліброваною амплітудою та тривалістю фронтів. Ці імпульси поступають на один з дискретних входів мікроконтролера.

Мікроконтролер, при наявності на виході вторинного перетворювача імпульсів належного рівню, розраховує частоту обертання і виводить її значення на чотирьохрозрядний світлодіодний індикатор.

Живлення всіх структурних частин пристрою здійснюється від стабілізованого джерела живлення з вихідною напругою 5 В. Як було вказано вище, при обертанні вала на виході перетворювача формується імпульс при кожному оберті вала. Визначивши час між фронтами вихідних імпульсів вторинного перетворювача можна розрахувати частоту обертання. Визначення цього часу здійснюється шляхом підрахунку імпульсів зразкової частоти в період між двома сусідніми імпульсами. Роль зразкової частоти виконує тактовий генератор мікроконтролера.

Алгоритм визначення частоти обертання пояснюється рисунком 2.2.

Рисунок - 2.2. Алгоритм визначення частоти обертання

Якщо відома частота імпульсів fo і відповідно їхній період То, те часовий проміжок Тх розраховується за допомогою формули :

, (2.1)

де N – підрахована за час Тх кількість імпульсів.

Відповідно частота обертання розраховується за формулою :

(2.2)

У даному пристрої здійснюється десятиразове послідовне визначення частоти обертання за вищевказаним алгоритмом з подальшим усередненням. На чотирьохрозрядний індикатор виводиться середнє значення частоти обертання, отримане на основі десяти вимірювань.

Схема програми, під управлінням якої працює мікроконтролер цифрового тахометру, наведена на рис. 2.3.

Рисунок 2.3 - Схема програми, під управлінням якої працює мікроконтролер

Спочатку відбувається ініціалізація мікроконтролера і портів уведення виведення. Значенню частоти обертання присвоюється значення 0, значенню лічильника періодів також присвоюється значення 0.

Після цього відбувається перехід до підпрограми динамічної індикації, яка забезпечує вивід значення кутової швидкості на світлодіодний індикатор.

Далі відбувається циклічне опитування першого біту порта PB, на який поступає вихідний сигнал вторинного перетворювача. Якщо вихідний сигнал має рівень логічної одиниці, лічильник періодів інкрементується.

Процес продовжується циклічно до тих пір, поки число записане у лічильник періодів не буде дорівнювати 11.

Після цього закінчується підрахунок імпульсів тактового генератора мікроконтролера і обчислюється значення частоти обертання.

Розраховане значення частоти обертання за допомогою підпрограми динамічної індикації виводиться на світлодіодний індикатор, лічильник періодів обнулюється і процес вимірювання починається спочатку.