Что такое вообще тахометр ? Тахометр - это устройство, используемое для измерения об/мин (обороты в минуту) любого вращающегося тела. Тахометры делают на основе контактных или безконтактных. Бесконтактные оптические тахометры обычно используют лазерный или инфракрасный луч для контроля вращения любого тела. Это делается путем вычисления времени, затраченного на одно вращение. В этом материале, взятом на одном английском сайте, мы покажем вам, как сделать портативный цифровой оптический тахометр с помощью Arduino Uno . Рассмотрим расширенную версию прибора с ЖК-дисплеем и модифицированным кодом.

Схема тахометра на микроконтроллере

Список деталей для схемы

• Микросхема - Arduino
• Резисторы - 33k, 270 Ом, 10k потенциометр
• LED элемент - синий
• ИК-светодиод и фотодиод
• 16 x 2 LCD экран
• 74HC595 регистр сдвига

Тут вместо щелевого датчика задействован оптический - отражение луча. Так им образом не придется беспокоиться о толщине ротора, количество лопастей не изменит показания, и он может считывать обороты барабана - а щелевой датчик не может.

Итак, прежде всего для датчика вам потребуется излучающий ИК-светодиод и фотодиод. Как его собрать - показано в пошаговой инструкции. Нажимаем на фото для увеличения размера.

• 1. Для начала нужно зашкурить светодиод и фотодиод, чтобы сделать их плоскими.
• 2. Затем сложите полоску бумаги лист, как показано на рисунке. Сделайте две такие структуры так, чтобы светодиод и фотодиод плотно сесть в него. Соедините их вместе клеем и покрасьте в черный цвет.
• 3. Вставить светодиод и фотодиод.
• 4. Склеить их с помощью суперклея и припаять провода.

Номиналы резисторов могут различаться в зависимости от того, какой фотодиод вы используете. Потенциометр помогает уменьшить или увеличить чувствительность датчика. Припаяйте провода датчика как показано на рисунке.

Схема тахометра использует 8-разрядный регистр сдвига 74HC595 с LCD дисплеем 16х2. Сделайте в корпусе небольшое отверстие, чтобы зафиксировать LED индикатор.

Припаяйте 270-омный резистор на светодиод и вставьте в контакт 12 Arduino. Датчик введён в кубическую трубку, чтобы дать дополнительную механическую прочность.

Всё, устройство готово для калибровки и программирования. Скачать программу вы можете по этой ссылке .

Видео работы самодельного тахометра

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.

Тахометр представляет собой устройство, предназначенное для измерения числа оборотов двигателя во время движения и демонстрации этой информации водителю. Полученные данные автомобилисту показываются на приборной панели или, если устройство было установлено дополнительно, на соответствующем экране в салоне. Этот материал позволит вам узнать, как соорудить тахометр в домашних условиях своими руками.

[ Скрыть ]

Самодельное устройство на микроконтроллере

Чтобы сделать самодельный тахометр на микроконтроллере в свой автомобиль для замера оборотов двигателя, вам потребуются такие запчасти:

• сама микроплата, в данном случае будет использоваться схема Arduino;
• резисторы;
• чтобы сделать светодиодный тахометр, потребуется LED-элемент;
• инфракрасный а также фото диоды;
• дисплей, в нашем случае это LCD;
• регистр сдвига 74HC595.

В данном случае будет использовать оптически регулятор вместо щелевого. Благодаря этому вам не придется переживать по поводу толщины ротора, число лопастей не будет менять показания. Кроме того, оптический контроллер позволяет считывать обороты барабана, в отличие от щелевого.

Чтобы приступить к выполнению задачи, подготовьте все элементы и можете начинать:

1. В первую очередь нужно обработать наждачной бумагой (мелкозернистой) светодиод и фотодиод — вам необходимо, чтобы в итоге они были плоскими.
2. После этого полоску бумаги необходимо положить — вам необходимо сделать два подобный элемента таким образом, чтобы диоды могли быть плотно установлены в них. Обе детали в итоге необходимо соединить при помощи клея, после чего произвести их покраску в черный цвет.
3. После этого устанавливаются сами диоды, которые впоследствии склеиваются при помощи клея, затем к ним припаиваются провода.
4. Следует отметить, что номинальные значения резисторов могут отличаться, здесь все зависит от того, как будет использоваться фотодиод. Потенциометр позволяет снизить или повысить чувствительность контроллера в целом. Провода от контроллера необходимо припаять так, как на фото.
5. Из схемы для изготовления автомобильного тахометра на светодиодах можно понять, что в ней применяется восьмиразрядный регистр сдвига. Также схема тахометра включает в себя LCD-экран. В корпусе следует соорудить небольшое отверстие для фиксации диодной лампочки.
6. Далее, необходимо напаять резистор на 270 Ом к диодному элементу, после чего установить его в контакт 12. Сам контроллер вводится в кубическую трубку — это позволит обеспечить устройство дополнительной прочностью.

Простое устройство на базе микрокалькулятора

Есть еще один вариант, как сделать электронный для бензинового или электродвигателя, в данном случае в качестве основы будет применяться микрокалькулятор. Особенно такой вариант будет актуален для тех, у кого проблемы с элементной базой. Нужно отметить, что в конечном итоге устройство не сможет выдавать на 100% точные показатели, также такой девайс не будет показывать количество оборотов в минуту на экране. Однако сам по себе микрокалькулятор является отличным устройство для счета сигналов.

В качестве сигнального регулятора могут применяться индуктивные контроллеры и другие. Когда диск вращается, за один оборот на дисплее должен демонстрироваться один сигнал. При этом контакты контроллера должны быть разомкнуты, а в тот момент, когда узел проходит зуб диска, эти контакты должны замыкаться. В целом такой тахометр своими руками оптимально использовать в тех случаях, когда замеры будут проводиться не часто. В том случае, если вы хотите установить в машине регулярный мониторинг скорости, то разумеется, лучше применять более надежные девайсы (автор видео — Александр Новоселов).

В нашем же случае контакты нужно попросту параллельно припаять к клавише сложения калькулятора.

Когда нужно произвести измерение скорости вращения оборотов, замер делается по следующей схеме:

1. Сначала сам калькулятор нужно включить.
2. После этого одновременно нажимаются кнопки «+» и «1».
3. После этого девайс запускается и на нем производится сам замер. Для этого сначала одновременно с калькулятором необходимо включить и секундомер.
4. Посчитайте, пока не пройдет тридцать секунд, а затем обратите внимание на дисплей — на нем должно быть выведено соответствующее значение.
5. Полученное значение — это количество оборотов, которое коленвал произвел за полминуты. Если этот показатель вы удвоите, то получите число оборотов в минуту.

Аналоговые и цифровые тахометры

Аналоговый тахометр на дизель или бензиновый мотор предназначены для преобразования электронного импульса и выдачи его на девайс индикации. Что касается цифровых устройств, то он преобразовывают аналоговый импульс в определенную последовательность единиц и нулей, которые, в свою очередь, распознаются контроллерами (автор видео — Александр Jung).

Аналоговые варианты состоят из таких компонентов:

• микроплаты, предназначенной для преобразования аналогового импульса;
• проводов, которые соединяют все компоненты конструкции;
• шкалы, где будут демонстрироваться показатели и стрелки, которая демонстрирует нужное значение;
• для нормальной работоспособности стрелки необходима специальная катушка с установленной на ней осью;
• какой-либо считывающий элемент, к примеру, это может быть индуктивный контроллер.

Что касается цифровых устройств, то их предназначение такое же, однако в основе конструкции цифрового гаджета лежат другие компоненты:

• восьмиразрядный преобразователь;
• непосредственно сам процессор, который преобразует импульс в последовательность единиц и нулей;
• экран, на котором будут демонстрироваться показания;
• регулятор оборотов — прерывательное устройство применяется с усилителями, но для этой цели могут использоваться и специальные шунты, в этом случае все зависит конкретно от конструкции;
• дополнительная микроплата, которая будет обнулять показания;
• к процессору можно будет подсоединить регулятор температуры антифриза, воздуха в салоне, давления моторной жидкости и т.д.;
• для нормальной работы девайса понадобится специальная программа.

Тахометр — это устройство для преобразования неэлектрического параметра (частоты вращения) в электрический (импульсы, напряжение, сила тока). С его помощью можно определить количество оборотов за определенную единицу времени (чаще всего интервал равен 1 минуте).

Тахометр предназначен для преобразования неэлектрического параметра в электрический.

Самодельный тахометр может основываться на практически любом считывающем устройстве. Очень часто применяют датчики:

• индуктивные;
• Холла;
• емкостные;
• резистивные;
• фоторезистивные;
• концевые.

Принцип работы тахометра на микроконтроллере

Если взять за основу современную элементную базу, то можно с использованием нескольких микросхем построить вполне рабочий самодельныйтахометр на светодиодах или с использованием ЖК-дисплея. Причем вариантов считывающих устройств может быть великое множество. Предусмотреть можно как подключение индуктивного, так и датчика Холла. Процесс преобразований в тахометре на микроконтроллерах:

1. На оси вращения располагается диск, на краю которого имеется выступ — один зуб небольшой высоты. Размер диска может быть абсолютно любым. Главное, чтобы скорость срабатывания датчика позволяла зафиксировать один оборот.
2. Напротив зуба диска устанавливается датчик. Срабатывает он лишь во время прохождения зуба возле него.
3. Со считывающего устройства тахометра поступает сигнал на преобразователь, в случае если уровень сигнала маленький. Преобразователь состоит из операционного усилителя, который повышает уровень сигнала в несколько раз.
4. Сигнал от операционного усилителя поступает на счетчик импульсов. Выполнен он может быть на простом микроконтроллере. Только в нем обязательно должно быть заложено программное обеспечение.
5. Число импульсов, сосчитанное контроллером, подается на устройство, которое выполняет расчет данных. Это такой же микроконтроллер, но в нем заложен иной алгоритм. Устройство по определенной схеме, которая заложена в нем, считает число оборотов за некоторый промежуток времени.
6. Следующий этап — это преобразование цифрового сигнала в визуальный вид. С этой задачей справляется ЖК-индикатор с микросхемой, которая им управляет.

Вернуться к оглавлению

Простое устройство для замеров скорости вращения

В качестве основы для изготовления тахометра можно взять микрокалькулятор.

Но построить тахометр можно не только с микроконтроллерами. За неимением элементной базы выйти из положения поможет даже простой микрокалькулятор. Самодельный тахометр на его основе не будет обладать высокой точностью, а также выводить на дисплей число оборотов в минуту не получится. Зато калькулятор послужит неплохим счетчиком импульсов. В качестве сигнального устройства (датчика) допускается использовать индуктивные датчики, а также многие другие. При вращении диска должен появляться на датчике всего один импульс за один оборот. Причем контакты датчика должны быть нормально разомкнуты, а в момент прохождения зуба диска они замыкаются.

Это идеально, если решите использовать самодельный простой тахометр на основе калькулятора. Но такое устройство будет полезным, если измерение нужно проводить очень редко. Если же требуется постоянный мониторинг скорости, то лучше воспользоваться более надежными устройствами. Контакты просто припаиваются параллельно кнопке сложения микрокалькулятора. При проведении замера скорости вращения выполняются следующие действия:

1. Включается калькулятор.
2. Нажимаются кнопки «+» и «1».
3. Запускается устройство, на котором необходимо провести замер скорости вращения. Одновременно с этим включается секундомер.
4. Производится отсчет 30 секунд, после чего фиксируется значение на экране микрокалькулятора.
5. Это число оборотов за 0,5 минуты. Удвоив его, получаете значение за 1 минуту.

Вернуться к оглавлению

Аналоговые и цифровые тахометры

Самодельный тахометр может быть двух типов:

1. Аналоговым.
2. Цифровым.

Различия видны из названий. Первые преобразуют электронный сигнал и выдают его на устройство индикации — вольтметры, амперметры, светодиоды. Вторые же преобразовывают аналоговый сигнал в последовательность нулей и единиц, которые с легкостью распознаются микроконтроллерами. Последние работают с такими сложными комбинациями, преобразуя в конечном счете исходную величину в числа на дисплее.

Аналоговые тахометры состоят из следующих основных узлов:

• электронной микросхемы, выполняющей роль усилителя и преобразователя аналогового сигнала;
• проводки, соединяющей все элементы тахометра;
• шкалы с определенной градуировкой, которая наносится при помощи одновременного замера скорости вращения эталонным тахометром (вместо шкалы могут использоваться светодиоды, смонтированные друг за другом);
• стрелки, указывающей текущее значение искомой величины;
• электромагнитной катушки, на которой расположена ось для стрелки;
• считывающего устройства — прерывателя (в его качестве нередко выступает индуктивный датчик).

Цифровые тахометры выполняют подобную функцию, но состоят из других узлов:

• АЦП, имеющая 8 разрядов;
• центральный процессор, выполняющий функцию преобразования аналогового сигнала в последовательность 1 и 0;
• ЖК-дисплей для отображения текущего значения определенной величины;
• датчик оборотов — прерыватель, должен использоваться либо с усилителем, либо с шунтами, в зависимости от конструкции;
• специальная микросхема, позволяющая сбрасывать текущие значения на ноль;
• в автомобилях к ЦП могут быть подключены датчики температуры жидкости, в салоне, давления масла, скорости, и многие другие.

Тахометр с использованием микроконтроллера должен обязательно иметь программное обеспечение.

В «сердце» микросхемы при помощи персонального компьютера закладывается определенный алгоритм, по которому происходит работа. В процессоре происходит расчет математических формул, которые зависят от того, какой параметр необходимо измерять. При мониторинге одной величины алгоритм будет самым простым.

Но цифровой тахометр в автомобиле можно использовать и как регистратор температур, давления, скорости. Микроконтроллер имеет несколько входов и выходов. К ним производится подключение считывающих устройств посредством буферных каскадов — преобразователей и усилителей сигнала. Но стоит отметить, что при введении в конструкцию тахометра дополнительного оборудования необходимо учитывать это в алгоритме и программном обеспечении микроконтроллера.

Чтобы изготовить самодельный цифровой тахометр, вам потребуется знание персонального компьютера и языка программирования. Окажется полезным и умение составлять алгоритмы. Поэтому более простым окажется использование обычных микросхем, которые усилят сигнал прерывателя и выдадут его на полосу из светодиодов или стрелочный индикатор. Если имеется ряд светодиодов, состоящий из 10 штук на каждую тысячу оборотов, то можно определить текущее значение с точностью до ста.

Тахометр - очень полезный прибор на приборной панели автомобиля. К сожалению, далеко не все автомобили оснащаются им серийно. Если вы задумали доработать свою машину установкой тахометра, вы можете приобрести электронный тахометр в магазине, либо сделать его самостоятельно по одной из публикаций. Но. практически все электронные тахометры, которые мне довелось видеть в продаже или изучать по публикациям а литературе, в той или иной степени недостаточно хороши для повседневной оперативной эксплуатации в автомобиле.

Все электронные тахометры, которые можно купить в магазине, цифровые. Такие тахометры хороши при регулировке карбюратора потому что дают точную информацию о частоте вращения двигателя, но для оперативной эксплуатации они менее удобны, так как дают информацию в цифровом виде, а для человеческого сознания, при управлении автомобилем, более удобна форма представления в виде диаграммы или положения стрелки.

Кроме того, цифровые тахометры, имеющиеся в продаже, практически все рассчитаны на работу с четырехцилиндровыми моторами. А сейчас в страну поступает много иномарок с двух, трех или шестицилиндровыми моторами. Выходит, что на такие машины тахометров вообще нет в продаже. Поэтому, в литературе часто встречаются схемы аналоговых тахометров, показывающих частоту вращения в виде линейной диаграммы из светодиодов.

Но и здесь не все хорошо поскольку светодиодов (контрольных точек) в такой диаграмме обычно не более 12-ти. Если же вы посмотрите на шкалу обычного стрелочного тахометра, серийно установленного на автомобиле, - поймете, что контрольных точек должно быть не менее 20-ти. При меньшем числе точек диаграммой пользоваться даже менее удобно, чем цифровым табло.

На рисунке в тексте приводится хорошо проверенная схема тахометра, в которой учтены изложенные выше замечания. Это схема аналогового тахометра, отображающего частоту вращения мотора в виде линейной диаграммы. представляющей собой растущий светящийся столбик из 20 светодиодных сегментов.

Схема состоит из преобразователя частота - напряжение на транзисторе VT1 и измерителя напряжения на поликомпараторных миросхемахА1 иА2

Импульсы от прерывателя или коммутатора системы зажигания поступают через ограничивающую их амплитуду цепочку R7-VD2 на формирователь коротких импульсов С3 R3. Постоянная времени цепи C3-R3 выбрана значительно меньше самого малого периода импульсов на катушке зажигания (то есть, самой большой частоты вращения допустимой для двигателя), поэтому длительность импульсов, формирующихся на базе VT1 будет практически одинаковой, как на холостом ходу, так и при максимальной частоте вращения.

Изменяться будет только частота их повторения. Соответствующим образом будут возникать импульсы тока эмиттера транзистора VT1, которые интегрируются цепью R4-C4 в постоянное напряжение, по величине которого определяется частота вращения мотора.

Одно важное свойство такого аналогового преобразования частоты в напряжение в том. что коэффициент преобразования задается параметрически, и зависит от постоянной времени интегрирующей цепи. Поэтому, в процессе налаживания данную схему очень легко настроить на работу с практически любым числом цилиндров двигателя (то есть, с любым количеством импульсов на катушке зажигвния за один оборот коленчатого вала двигателя).

Теперь о схеме индикации. Здесь используются две микросхемы LM3914, представляющие собой десятипороговые индикаторы. Важное свойство данных микросхем в возможности их каскадирования для получения теоретически неограниченного числа порогов индикации.

Это возможно из-за того, что цепь резистивного делителя опорного напряжения. которая имеется в каждой микросхеме, имеет отдельные выходы - верхний на вывод 6 и нижний на вывод 4. Соединив вывод 4 одной микросхемы с выводом 6 другой (то есть, конец одного резистивного делителя с началом другого) можно сделать так, что оба резистивных делителя будут работать как единый делитель распределяющий опорное напряжение между компараторами обеих микросхем.

В схеме, показанной на рисунке, на верхнюю точку делителя подается напряжение 1,25 V со стабилизатора опорного напряжения, имеющегося в микросхеме А1 (соединены выводы 6 и 7 А1). Нижняя точка делителя (вывод 4 А2) соединена с общим минусом. Выводы 5 (входы) обоих микросхем соединены вместв Таким образом, измеритель измеряет постоянное напряжение от нуля до 1,25V с 20-ступенчатой индикацией.

Тахометр смонтирован нв отрезке макетной печатной платы. Светодиоды - импортные пластинчатой формы. Марка их не известна (продавались в магазине как светодиоды прямоугольные, импортные). Все 20 светодиодов плотно собраны в одну линию. Цвета три, - желтые для обознвчения сектора холостого хода (до 1000 об/мин), зеленые для обозначения рабочего сектора (1000-4500 об/мин.) и красные для обозначения опасного сектора (более 4500 об/мин).

Вдоль шкалы желательно нанести цифровые обозначения частоты вращения (например, «500», «1500», «2000», «2500», «3000», «3500», «4000», «4500», «5000», «5500», «6000»). Микросхемы LM3914 можно заменить на LM3915. LM3916

Належивать прибор можно непосредственно на автомобиле (сравнивая показания с рабочим цифровым тахометром) или в лабораторных условиях, подавая на вход импульсы размахом 12V различной частоты.

При налаживании в лаборатории нужно пересчитать частоту контрольных импульсов в герцах в частоту вращения в оборотах в минуту. Для этого нужно узнать сколько раз за один полный оборот коленчатого вала вашего автомобиля формируется импульс на низковольтной обмотке катушки зажигания (если в машине несколько катушек, - то на любой из них).

Формула такая: W = (F / N) 60, где W - частота вращения коленвала (об /мин), F - частота импульсов с контрольного генератора (Гц), N - число импульсов в катушке зажигания за один полный оборот.

Таким образом для обычного двигателя жигулей: W = (F /2) 60 = F 30.

Нужных результатов добиваются регулировкой резисторов R4 и R5 методом последовательных приближений. В некоторых случаях может потребоваться подбор емкости С3.

Подключение в машине, - «GND» - к корпусу (минусу аккумулятора). «+АКК» - к положительному выводу вккумулятора, «ПР» - к прерывателю или выходу коммутвтора нв катушку системы зажигания.