Тахометр из шагового двигателя своими руками
Сигналы с датчика необходимо преобразовать в напряжение, для этих целей используется LM2917. При увеличении напряжения будут последовательно включаться 30 светодиодов, которые подключаются через три микросхемы типа LM3914.
Конкретной в этой статье автор заменил датчик ABS на шаговый двигатель, ведь он тоже может генерировать импульсы. Помимо этого такой двигатель вырабатывает еще и напряжение, которое растет при увеличении скорости. В связи с этим необходимость использования регулятора напряжения LM2917 отпала.
Материалы и инструменты для изготовления:
- шаговый двигатель (можно найти в струйном принтере);
- провода;
- паяльник с припоем;
- микросхемы LM3914;
- подстроечный потенциометр на 47 кОм;
- 31 светодиод;
- плотная бумага для создания дисплея (картон);
- два резистора на 1 кОм;
- три резистора 2.2 кОм;
- электролитический конденсатор 470 мкФ/25В;
- два полипропиленовых конденсатора на 100 нФ;
- ножницы и другие мелочи.
Процесс изготовления спидометра:
Шаг первый. Устанавливаем датчик скорости
Для того чтобы сделать датчик можно использовать инфракрасные детекторы и светодиоды, различные сенсоры и так далее. Автор использовал для этих целей шаговый двигатель от струйного принтера. Из двух был выбран самый большой, который вырабатывает больше всего мощности и сигналов. Самое сложное - соединить двигатель с тросиком, то есть поставить шаговый двигатель вместо прежнего стрелочного спидометра.
Микросхемы LM3914 являются драйверами светодиодного дисплея. Каждый из этих драйверов нужен для управления десятью светодиодами, это может быть как сегментный режим, так и точечный. Режимы переключаются по приложенной инструкции. Что касается контроллера 7809 (9В), то он регулирует напряжение.
Шаг третий Сборка спидометра
Светодиодов всего должно быть 31 штука, свет выбирается индивидуально, главное, чтобы они были яркими. Автор использовал яркие светодиоды белого цвета. Можно сделать ленту разноцветной, к примеру, к концу поставить красные, что будет говорить о высокой скорости движения, а вначале зеленые или синие светодиоды.
Первый светодиод должен непрерывно гореть при подключении питания +12В. Остальные же 30 будут включаться последовательно при росте скорости автомобиля. Основа для светодиодов делается из картона, напротив них вырезаются прямоугольные отсеки, на которые затем приклеивается более тонкая бумага. При работе светодиодов свет будет проходить только через тонкую бумагу, образовывая эффект, который можно увидеть на фото. Бумагу можно покрасить в любой цвет. Естественно впоследствии вся эта конструкция ставится вместо внутренностей старого стрелочного спидометра.
Между диодами нужно сделать перегородки, чтобы свет не распространялся по всей ленте. Лучше всего использовать алюминий, он будет отлично отражать свет.
Итак, приступаем к сборке. Как уже упоминалось самодельный тахометр состоит из двух основных частей: моторчика работающего от постоянного тока и вольтметра. Если такого моторчика у Вас нет, его легко можно купить на блошином рынке по цене буханки хлеба или дешевле, по цене двух буханок можно купить новый в магазине электронных компонентов. Если нет вольтметра, он обойдется дороже моторчика, однако на том же блошином рынке его цена будет вполне приемлемой. Вольтметр подключается к контактам моторчика, и все, тахометр готов. Теперь нужно испытать готовый тахометр в работе. При вращении вала моторчика-генератора будет создаваться напряжение, пропорциональное частоте вращения. Следовательно, частоте вращения будут пропорциональны и показания вольтметра.
Проградуировать такой тахометр можно по-разному. Например, построить справочный график зависимости напряжения от частоты вращения якоря или сделать новую шкалу вольтметра, на которой вместо воль записывается число оборотов.
Так как график отражает линейную зависимость, достаточно отметить две-три точки и провести через них прямую. Получение контрольных точек - это самый проблемный этап подготовки самодельного тахометра к работе. Если есть доступ к фирменным станкам, контрольные точки легко получить, зажав резиновую трубочку, надетую на вал моторчика, в патроне сверлильного или токарного станка и включая станок на различных передачах, фиксировать показания вольтметра (скорость вращения шпинделя на каждой передаче указана в паспорте станка). В противном случае для калибровки придется использовать либо дрель, либо двигатель при режиме работы для которого известна частота вращения. И даже если удалось измерить напряжение на контактах моторчика только для одной частоты вращения, вторая точка - это пересечение осей (x) и (y) (то есть числа оборотов и напряжения), правда точность измерений по зависимости основанной на двух точках будет низкой.
Для измерения частоты вращения, вал исследуемого двигателя соединяется с моторчиком небольшим отрезком резиновой трубки или с помощью различных переходников. Если вольтметр зашкаливает при измерении больших скоростей вращения, в схему вводится переключатель с дополнительными резисторами. Потребуется и перестроение графика для каждого положения переключателя.
Возможности прибора можно значительно расширить. Если изготовить роликовый фрикционный переходник диаметром 31,8 мм, тахометр позволит измерять и линейную скорость, выраженную в метрах в минуту. Для этого количество оборотов в минуту, определенное по графику, делят на 10.
Точность измерения зависит практически только от тщательности построения графика и цены деления вольтметра. Подобный простейший и очень дешевый самодельный тахометр может найти широкое применение всюду, где нужно быстро определить частоту или скорость вращения валов, шкивов и других деталей.
Цифровой тахометр из смартфона своими руками
Самодельный стробоскопический тахометр из iPhone своими руками
Самодельный лазерный (оптический) тахометр из iPhone своими руками
Сравнительные измерения частоты вращения двигателя лазерным и стробоскопическим тахометрами
Несколько лет назад мне срочно понадобилось замерить обороты двигателя, а тахометра нет ! Как тут быть ? Поскольку замерить обороты мне нужно было позарез, вариант заказывать тахометр и ждать его месяц, меня не устраивал. Пришлось думать ! И мне пришла в голову идея использовать для этой цели компьютер, а точнее - звуковой редактор установленый на компе.
Звуковой редактор "Adobe Audition" у меня установлен давно для работы со звуком. Поэтому осталось придумать способ соединения двигателя с компом. Это вопрос был решён буквально в течение 1 минуты - ИК светодиодный приёмник ! Полез в коробочку и достал светодиод, а также штеккер "мини джек". Нашёл кусок микрофонного кабеля и через 10 минут светодиодный датчик был готов ! Сам диод я вклеил в клопачек от авторучки.
Кабель в сборе.
Для освещения ИК светодиодного датчика использовал фонарик. Тоже светодиодный.
Датчик приклеил кусочком скотча на носу модели, а фонарик просто держал рукой. Расстояние между датчиком и фонариком 5. 7 см. Световой поток от фонарика освещает приёмный светодиод, а воздушный винт прерывает (модулирует) световой поток. В результате светодиод генерирует импульсы. Датчик подключается к микрофонному входу звуковой карты. Необходимое для работы светодиода напряжение обеспечивается конструкцией микрофонного гнезда звуковой карты. Любая звуковая карта рассчитана на работу в том числе и с электретным микрофоном, поскольку ему нужно напряжение питания + 5 Вольт. Поэтому это напряжение присутствует на центральном контакте
микрофонно гнезда и поступает на светодиод, что и обеспечивает его работу. В результате импульсы, возникающие при вращении воздушного винта, через микрофонный вход поступают на звуковую карту, а редактор "Adobe Audition" записывает всё это, как обычный звуковой файл.
Для измерения частоты вращения двигателя запись достаточно осуществить в течение нескольких секунд. Этого достаточно. Вот что мы увидим на экране в окне звукового редактора.
Прежде всего хочу отметить, что в самом низу Редактора имеется временная шкала, именно по ней и определяются обороты двигателя. В данном случае время записи составило 9 секунд. Стрелка показывает внизу окна Редактора временную шкалу. Теперь нужно укрупнить масштаб звукового файла. Чтобы не считаль имулься за одну секунду, (их долго считать), посчитаем их за отрезок времени 0,1 секунды, а потом умножим на 10. Вначале по временной шкале выбираем участок записи чуть более 0,5 секунды и растягиваем его на весь экран.
0,5 сек растянут на весь экран. Временная шкала тоже растянулась.
Теперь на временной шкале выделяем отрезок времени ровно 0,1 сек - от 3,1 до 3,2 сек.
и тоже растягиваем его на весь экран. Теперь видно четкие импульсы, подсчитать которые не сложно.
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.
Опубликованные в Интернете аналоговые схемы тахометров отличаются большей погрешностью показаний, выполненные на цифровых микросхемах не каждому автолюбителю под силу повторить.
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 образуют 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 также 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 трехконтактный 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 нижеприведенной 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.
Всем привет! Хотелось бы поделиться с сообществом своей историей модернизации тахометра ТХ-193 
Неделю назад обратился ко мне один человек с довольно нестандартным заданием — нужно было обеспечить работу древнего тахометра ТХ-193(ВАЗ 2106) с современным двигателем ВАЗ21126(Приора), имеющем систему зажигания с индивидуальными катушками на каждый цилиндр, а значит просто подключить ТХ-193 к катушке зажигания уже не получится. К тому-же заказчик хотел повысить эксплуатационные качества прибора, оставив не тронутым его внешний вид и дизайн. В общем дело кончилось тем, что я взялся выпотрошить электронную начинку прибора и разработать свою, с блэкджеком и шлюхами. Информацию о частоте вращения коленчатого вала тахометр теперь будет получать от ЭБУ Январь 7.2, для чего в последнем имеется специальный вывод.
Под катом фото, видео, схема, исходники и много текста, повествующего о логарифмах и о том как правильно масштабировать данные и отделаться от запятой.
Хард
Начнем с устройства ТХ-193. Механическая часть прибора представляет из себя миллиамперметр классической конструкции, с постоянным магнитом и подвижной катушкой, приводящей в движение стрелку.
Для разработки схемы по сути достаточно было знать о миллиамперметре лишь то, что при токе порядка 10мА стрелка отклоняется до предела, а сопротивление обмотки равно примерно 180Ом. В качестве мозга был выбрал контроллер ATtiny2313A славной фирмы Atmel, тактируемый от внешнего кварцевого резонатора на 16МГц. Питание прибора осуществляется от бортовой сети автомобиля, а значит по ГОСТу он должен выдерживать «бороду» до 100В и стабильно работать в диапазоне от 9-15В. Ввиду незначительного потребления(несколько десятков миллиампер) было принято решение использовать линейный стабилизатор 7805 с индуктивным фильтром и сапрессором для защиты от импульсных помех. Прибор собирался из того, что было под рукой, поэтому в готовом изделии применяется мощная версия 7805, хотя вполне хватило бы и 78L05 на 100мА.
Миллиамперметром контроллер управляет, естественно, используя ШИМ. Для чего был задействован 16ти разрядный таймер в режиме Phase and Frequency Correct PWM.
Информация о частоте вращения коленчатого вала передается от ЭБУ в виде импульсов от 0 — 12В. Активный уровень низкий. 2 импульса за 1 оборот коленчатого вала. Для захвата этих импульсов используется внешнее прерывание INT0 и соответствующая цепочка из RC фильтра, подтяжек и защитных диодов. В общем и целом схемотехника устройства довольно типична и я с удивлением обнаружил, что только что так много написал о ней. Но да не судите строго, первая статья всё-таки. 
Собранный прибор без циферблата теперь выглядит так: 
Софт
На самом деле ещё до вычерчивания схемы я оперативно собрал всё это дело на макетке, взяв контроллер в DIP корпусе и сразу же принялся махать стрелкой))
В общем то софт оказался немного интереснее харда.
Начнем с общей архитектуры:
Таймер 0 тикает с частотой 250кГц, а значит период тика = 4мкс прерывание по переполнению происходит с частотой 250кГц / 256 = 0.976кГц
а значит прерывание происходит один раз в 1024мкс. Можно было заморочиться и подогнать это дело ближе к одной миллисекунде путем обновления счетчика таймера в прерывании, но в данной задаче это не к чему. Т.е. мы можем измерять время с точностью 4мкс, что вполне достаточно для заданной точности прибора.
Таймер 0 у нас не только отсчитывает время, но ещё и выставляет флажки для запуска тех или иных задач с определенной периодичностью.
Задачи у нас две. Давать отмашку прерыванию INT0 на измерение периода импульсов на входе и изменять положение стрелки.
Таймер 1 тикает с частотой 16мГц, но т.к. он 16ти битный и используется режим Phase and Frequency Correct PWM — итоговая частота ШИМ оказывается очень небольшой и составляет что-то около 122Гц. Это потому, что таймер тикает сначала вверх, а потом вниз. Зато имеем тру 16битный ШИМ и можем очень точно рулить стрелкой! В даташите найдутся все подробности.
Механика, к слову сказать, оказалась отвратительного качества, плавно двигать стрелку было не реально из-за повышенного трения в механизме, который пришлось для начала хотя-бы смазать трансмиссионным маслом. Но это уже детали.
Была составлена таблица соответствия показаний прибора с соответствующим значением регистра таймера в ШИМ попугаях.
В исходниках это дело называется GAUGE_TABLE и вынесено по привычке в отдельный файл.
Далее было обнаружено, что если просто одним махом изменить ток в цепи амперметра для того, чтобы к примеру передвинуть стрелку на 1000 вперед, то она совершит два-три-четыре колебания в районе целевой отметки, что было совершенно неприемлемо и на что заказчик обращал особое внимание. Дело в том, что эти тахометры изначально имеют такую проблему и несколько раз газанув в такт колебаниям можно заставить стрелку раскачиваться со значительной амплитудой(более половины шкалы!).
С этим нужно было что-то делать. Идея моя заключалась в том, чтобы подводить стрелку к отметке серией более мелких шагов, постепенно приближаясь к цели. Собственно говоря эта часть и является самой интересной и полезной для новичков, т.к. требует некоторой сноровки. Ведь имея дело с микроконтроллером вызов log2() в цикле является, мягко говоря, не самой удачной идеей. К тому-же 8битная архитектура накладывает ещё больше ограничений. Ну а про «плавучку» (floating point) и вовсе нужно забыть. Но все эти трудности, как всегда, приводят лишь к более глубокому пониманию процессов и расчётов, производимых процессором.
Текста почему-то получается всё больше, но не остановиться более подробно на этом моменте я просто не могу!
Итак, понятно, что нам нужна логарифмическая прогрессия. Шаг изменения тока в цепи миллиамперметра должен уменьшаться по мере приближения к целевой отметке. Ресурсы на вес золота, а значит только табличный метод. Точек тоже по возможности минимум.
Начнем с построения логарифмической таблицы.
Всё очень просто: запускаем excel и несколькими взмахами мыши получаем 50 значений логарифма по основанию 2 для последовательности от 1 до 50. Для наглядности строим красивый график. 
Прекрасно! То, что нужно! Но во-первых — точек аж 50, а во вторых все числа с плавающей точкой. Это нам никак не подходит!
Поэтому отбираем из имеющегося массива 5 точек с шагом 10. Получаем что-то вроде этого: 
Уже лучше. Последовательное приближение к цели всё ещё сохраняется, но точек в 10 раз меньше.
Дальше нужно нормировать полученный набор. Т.е. сделать так, чтобы все значения находились в диапазоне от 0 до 1. Для этого просто разделим каждый элемент на 5,64385618977472 (максимальное значение нашего массива).
Таким образом получаем всё ту-же логарифмическую зависимость, но уже в на много более удобном для дальнейших вычислений виде. Такую таблицу уже можно довольно легко применять, если бы не точка после нуля. Но с этим мы тоже довольно легко разберемся.
Теперь я хочу, чтобы мы приняли красивое значение 1024 за единицу и снова пересчитали нашу таблицу. Получаем 
Как видим, форма графика не изменилась, но цифры теперь укладываются в 16битный диапазон и нет никаких дробей.
В исходниках полученный массив называется logtable[]
Масштабирующий коэффициент(если можно его так назвать) 1024 появился здесь не случайно и нужно очень хорошо понимать почему именно 1024.
Во-первых это степень двойки и выбрана она потому, что дорогие операции деления и умножения на степень двойки можно заменить дешевым сдвигом влево/вправо и было-бы глупо не использовать такую возможность.
Во-вторых коэффициент должен выбираться и исходя из масштабов тех данных, к которым он будет применяться. В нашем случае это значения регистра 16ти разрядного таймера, который управляет заполнением ШИМа. Экспериментально было выявлено, что неудовлетворительные колебания стрелки обнаруживаются даже при её резком смещении на 200 об/мин. Т.е. если нужно двинуть стрелку на более чем
200 об/мин — потребуется сглаживание. Из таблицы GAUGE_TABLE видно, что соседние ячейки в среднем отличаются на 4000 ШИМ попугаев, что соответствует примерно 500 об/мин на шкале прибора. Не трудно прикинуть, что в цифрах смещение стрелки на 200об будет 4000 / 2,5 = 1600 ШИМ попугаев.
Следовательно масштабирующий коэффициент нужно выбрать таким образом, чтобы во-первых он был как можно бОльшим, потому что иначе мы теряем разряды и точность, а во-вторых как можно меньшим, чтобы не заставлять нас переходить от 16ти разрядных переменных к 32х разрядным и не расходовать ресурсы понапрасну. В итоге выбираем наименьшую степень двойки, которая меньше 1600 и обеспечивает достаточную точность. Это и будет 1024.
Этот момент очень важен. Я сам до сих пор порою испытываю трудности с выбором правильных коэффициентов и размеров переменных.
Ну а дальше уж пошло-поехало. Находим в коде реализацию display_rpm() и видим, что для определения конкретного значения в ШИМ попугаях используется таблица GAUGE_TABLE[] и предположение, что между соседними отметками шкала линейна. Для организации изменения тока по логарифмическому закону введен массив на 5 точек pwm_cuve[] в котором содержится набор значений, который нужно последовательно отнять или прибавить(в зависимости от направления движения стрелки) от pwm_ocr1a_cur_val чтобы заставить стрелку двигаться плавно и чётко.
каждый шаг формируется путем умножения значения pwm_delta на коэффициент из нашей таблицы logtable[];
Перед умножением значение предварительно масштабируется путем деления на 1024.
Конечный расчётный пункт назначения стрелки target_pwm записывается в pwm_cuve[] как есть, потому что из-за проблем с округлением и из-за ограничения размерности переменных 16битами точное значение в результате расчётов будет там образовываться весьма не часто, поэтому приходится обеспечить гарантию того, что стрелка окончит свой путь в заданной точке.
В общем то всё вышесказанное по сути заключено в одной строке
pwm_cuve[ table_i ] = pwm_ocr1a_cur_val + (pwm_delta / LOG_TABLE_MAX * logtable[ table_i ]);
Далее главный цикл по сигналу от таймера0 раз в PWM_UPD_PERIOD выгребает значения из pwm_cuve и присваивает их переменной pwm_ocr1a_cur_val, значение которой в прерывании будет присвоено регистру OCR1A, что немедленно приведет к изменению заполнения ШИМа и изменению тока в цепи миллиамперметра.
Вот, собственно и почти все хитрости, за исключением перевода периода, представленного в тиках таймера в частоту вращения коленчатого вала, которая измеряется в об/мин.
Сократилось всё это до engine_rpm = (uint16_t)(15000000UL / (uint32_t)rot_time);
О том как получилась эта цифра мы можем поговорить или не поговорить в следующий раз, потому что и без того текста получилось не мало и явно не многие дочитают даже до этого места.
Честно гвооря в коде применено ещё несколько «хитростей», которые могут показаться новичкам не совсем очевидными. Если кому-то захочется подробнее разобраться — вэлкам в каменты и лс.
Немного видео, как и обещал
На точность показаний не обращайте внимание, стрелка нормально не одета + циферблат не закручен.
Движение стрелки с шагом 1000об/мин одним скачком.
Плавное изменение тока
Дело ясное, что в реальности скачков в 1000об/мин не будет и те незначительные перелеты стрелки, которые всё-же можно наблюдать на видео не станут проблемой. Просто если устранить и их — то можно здорово потерять в быстродействии прибора и его показания будут отставать от реальности.
P.S. Не сказать, что в архиве совсем говнокод, но да, местами можно было сделать красивее. Да, я знаю, что магические числа это плохо и да, я мог бы лучше. С другой стороны потеряться в исходнике в 200строк довольно сложно, поэтому кое-где я позволил себе немного на халтурить.
Просто зарегаться на хабре хотелось уже давно, а написать сколько-нибудь подробную статью по прошествии времени после реализации проекта становится всё сложнее, поэтому я решил, что сегодня будут «вести с полей».
Так что реальный код с реального устройства, собранного за реальный срок в 7 вечеров, которое завтра будет установлено на славный автомобиль ВАЗ 2108 с двигателем 21126 и надеюсь будет ещё долго радовать владельца, согласившегося выложить за мои труды аж 100 вечнозеленых.
Но мы то с вами знаем, что проделал я весь этот путь не только и не столько ради денег. Ведь так приятно, когда ты создал что-то и оно даже работает!
В архиве проект Atmel studio и схема+плата в Altium designer. Изготавливалась плата методом ЛУТ.
UPD: Архив был выложен на бесплатный файлообменник и потому скоропостижно скончался. Для хранения архива на habrastorage я встроил его в фото тахометра без циферблата(оно в верхней части статьи). В общем jpg нужно сохранить себе и открыть винраром. Можно ещё просто изменить расширение на zip.
UPD2: Схема и плата переработаны, картинки обновлены, архив по прежнему в картинке.
UPD3 Архив в картинки теперь не вставляется. Пишите в ЛС тут или найдете меня vk.com/trotskyi
До новых встреч!
Проверка прибора на автомобиле
Клиент очень доволен!
А когда увидел эту статью и все исходники, включая некоторые фото самого процесса изготовления платы — сказал, что его мозг взорван!
Читайте также: