Элементная база

Рассматриваемый бесконтактный тахометр - это компактное устройство на микроконтроллере Attiny 2313 производства компании Atmel, позволяющее измерять высокие скорости вращения бесконтактным способом. Для измерения используется ИК сенсор (оптопара, ИК светодиод и ИК фотодиод в одном корпусе). Вывод данных осуществляется на двухстрочный символьный ЖК дисплей на базе контроллера HD44780.

Рисунок 2.1 ЖК дисплей

Функциональная спецификация фиксирует, что система должна сделать и как она взаимодействует с окружением.

Функциональная спецификация включает два основных компонента:

)список функций выполняемых системой;

)описание интерфейса между системой и пользователем.

Список функций выполняемых системой и интерфейс между системой и пользователем определяются требованиями, которые предъявляются к проектируемой системе потребителем или пользователем, будущих эксплуатировать устройство. Исходя из заданных данных на курсовой проект можно выделить следующие основные функциональные действия, которые должна выполнять проектируемая компьютерная система:

Обеспечить измерение частоты вращения ротора двигателя, которая может изменятся от 100 до 9000 об/мин ;

Данную функцию можно реализовать с помощью ИК сенсора (оптопара), представляющий собой миниатюрный компонент с ИК светодиодом и фотодиодом в одном корпусе, посылает ИК излучение на вращающийся механизм (вал, ротор двигателя), на котором должна быть небольшая отражающая наклейка.

Рисунок 2.2 Принцип без контактного получения данных

Несложность в управлении достигается минимизацией числа органов управления и наглядным отображением измеряемой величины. Отображения информации осуществляется при помощи четырех индикаторов, на которых выводится значение измеряемой величины.

Тахометр имеет три разряда индикации с пределом измерения от 60 мин-1 до 9000 мин-1. Погрешность измерения на пределе 1 секунда равна 30 мин-1, а на пределе 3 секунды - 10 мин-1. Нижний предел ограничен погрешностью измерения, а верхний - количеством прерываний между индикацией. Из-за чего индикация разрядов становится прерывистой.

В статье-прототипе указана неверная формула [(2Nx3)/60] для вычисления частоты вращения коленчатого вала. Поскольку за один оборот коленчатого вала двигателя происходит два искрообразования, то мы подсчитываем за одну секунду 2N импульсов. Т.е. в два раза большее количество, чем произошло оборотов (N). Чтобы получить значение оборотов в минуту, необходимо умножить значение оборотов за секунду на 60 (Nsx60=Nm). Так как мы подсчитываем число импульсов не N, а 2N, то умножать нужно уже не на 60, а на 30. А поскольку аппаратно мы отбрасываем разряд единиц, то фактически делим значение оборотов на 10. Из этого следует расчетная формула: Nm=2Nsx3 мин-1. Где Nm - значение оборотов в минуту, 2Ns - число импульсов с прерывателя за одну секунду. Если подсчитывать число импульсов за 3 секунды, то Nm=2Ns мин-1. Таким образом, подсчитанное число импульсов за секунду достаточно умножить на 3 и перекодировать в двоично-десятичное, чтобы получить значение оборотов в минуту без единиц. А на пределе 3-х секунд просто перекодировать полученное значение. Показания индикатора равные 100 будут соответствовать значению 1000 мин-1.

Стоит отметить, что микроконтроллер, для решения поставленной задачи по измерению оборотов, инициализирует два своих таймера: один (Timer 0) настраивается в режим ШИМ для управления контрастностью, другой (Timer 1) для подсчета количества оборотов.

Для решения задачи измерения напряжения питания без использования каких-либо внешних компонентов, AVR микроконтроллер имеет очень полезный встроенный узел, называемый внутренний Band Gap источник опорного напряжения (Band Gap Reference Voltage). Выходное напряжение этого источника около 1.1 В, и оно остается неизменным при изменении температуры и напряжения питания микроконтроллера. Это напряжение может подаваться на вход АЦП, как и любое внешнее напряжение, с единственным исключением, что делается это программно, без включения дополнительных внешних компонентов.

Хотя данный узел не был разработан для нашей определенной цели, мы будем использовать его в нашей задаче по измерению напряжения питания микроконтроллера, а на основе полученных данных об уровне напряжения, будем регулировать уровень контрастности дисплея.

ЖК индикатор подключен к микроконтроллеру по 4-битной шине.

Программа для микроконтроллера написана на Си в среде AVR Studio с пользованием Си-компилятора WinAVR, исходный код снабжен подробными комментариями, что позволяет пользователям вникнуть в алгоритм работы микроконтроллера.

Основу проектируемого устройства составляет микроконтроллер ATtiny2313, позволяющее измерять высокие скорости вращения бесконтактным способом. Для измерения используется ИК сенсор (оптопара, ИК светодиод и ИК фотодиод в одном корпусе). Вывод данных осуществляется на двухстрочный символьный ЖК дисплей.

Еще статьи по технике и технологиям

Усилитель широкополосный
При проектировании усилительных устройств решают ряд задач, связанных с составлением схемы, наилучшим образом удовлетворяющей поставленным требованиям технического задания, с расчетом этой схемы на основании выбранных параметров и режи ...

Разработка функционального блока для автоматизации диагностики бортовых волоконно-оптических линий связи
С течением времени используемая в ракетно-космической технике аппаратура постоянно претерпевает изменения. Совершенствование технологий приводит к увеличению потоков цифровой информации. Традиционно в бортовых системах космических аппа ...