Размещено на http://www.allbest.ru

Зміст

• Вступ
• 1. Опис актуальності завдання та область використання
• 1.2 Дослідження, проектування і розробка схем
• 1.3. Конструкція MK-duino
• 1.4 Перелік елементів
• 2. Проектування і розробка схеми.
• 2.1 Функції основних елементів.
• 2.2 Зборка схеми
• 2.3 Програмна частина
• Висновок
• Перелік літератури
• Вступ
• Підвищення технічного рівня та ефективності електронного обладнання на основі новітніх досягнень електроніки - одна з найважливіших завдань розвитку суспільства . Створення мікропроцесорів обумовлено досягненнями в області технології виробництва великих інтегральних схем ( ВІС) . Слідом за появою мікропроцесорів розробляється і одержує широкий розвиток спеціальна багатофункціональна апаратура, яка використовується при вирішенні великого числа завдань сучасної техніки. Мікропроцесори дозволяють на єдиній технологічній схемо-технічної базі за рахунок програмування створювати різні типи приладів. Так і в своїй роботі я вирішив реалізувати прилад на основі мікропроцесора. В якості мікросхеми була обрана Arduino UNO.
• У цій курсовій роботі був розроблений пристрій на мікроконтролері, написана програма. Даним пристроєм є тахометр на базі MK-duino (Arduino UNO ).

1. Опис актуальності завдання та область використання

У цій роботі на основі мікросхеми Arduino UNO було спроектовано і реалізовано пристрій - Тахометр.

Тахометр - прилад для вимірювання частоти обертання валів машин і механізмів . Переважно застосовуються відцентрові механічні , магнітні та електричні тахометри , рідше використовуються пневматичні і гідравлічні. В механічному відцентровому тахометрі на валу встановлена ковзаюча муфта з шарнірними важелями , несучими на собі розбіжні при обертанні вала вантажі , які переміщують муфту по валу , долаючи дію пружини, що врівноважує положення муфти на валу відповідає частоті обертання валу і передається системою важеля на стрілку покажчика - відлікового пристрою , шкала якого відградуйована в об / хв . Вал може отримувати обертання безпосередньо від контрольованого об'єкта або через гнучкий вал. У магнітному тахометрі взаємодіють магнітні поля , створювані постійним магнітом і обертовим ротором , частота обертання якого пропорційна виникаючим вихровим струмам , що прагнуть відхилити на певний кут диск , встановлений на валу ротора і утримуваний пружиною. Відхилення диска , жорстко пов'язаного зі стрілкою , реєструються на шкалі . Електричні Т. можуть бути електромашинними або електронними . У електромашинному тахометрі ЕРС генератора постійного або змінного струму пропорційна кутовий швидкості , вимірявши яку можна визначити частоту обертання валу; показання передаються дистанційно на шкалу вимірювального приладу . Принцип дії електронного Т. заснований на перетворенні імпульсів струму , що виникають в первинному ланцюзі системи запалювання при розмиканні контактів переривника , в ток , що направляється до магнітоелектричного вказівного приладу. Частота імпульсів в первинному ланцюзі пропорційна частоті обертання вала двигуна.

Тахометр - це корисний інструмент для підрахунку RPM (оборотів на хвилину) колеса або всього, що крутиться. Найпростіший спосіб зробити тахометр - це використовувати ІК передавач і приймач. Коли зв'язок між ними переривається, ви знаєте, що щось обертається і можете застосовувати код для обчислення RPM, орієнтуючись на частоту переривання зв'язку

1.2 Дослідження, проектування і розробка схем

MK-duino це просте, програмоване ядро для самостійної розробки пристроїв на базі: мікропроцесора ATmega;

вільно-поширюваної програмної оболонки Arduino http://arduino.cc/, та величезного ресурсу готових прикладів.

В тому числі: управління двигунами, управління світлодіодами, управління РКІ, управління звуком, цифрових осцилографів, генераторів сигналів, роботів, маніпуляторів, ЧПУ, і багатьох інших прикладів.

Чому Arduino , а не більш професійні інструменти для програмування мікропроцесорних пристроїв ?

Робота в середовищі програмування Arduino доступна всім, хто має доступ до персонального комп'ютера , і не вимагає знань тонкощів програмування.

Як то : за особливостями роботи компіляторів , лінковщік , завантажувачів ; особливостям планування адресного простору пам'яті , портів введення -виведеня, переривань , та багатьох інших , малозрозумілих для початківця речей. Оболонка ховає від новичка всю складність внутрішнього устрою кухні програмування мікропроцесорів.

Конструкція Duino - надзвичайно проста.

Це невелика плата з мікропроцесором , кварцовим резонатором і гніздами для підключення: живлення , інтерфейсу з персональним комп'ютером і зовнішніх пристроїв. Фактично - це голий процесор із зручними гніздами для підключення розширень.

Відповідно, вартість конструкції дуже низька - близько 5 $ плата процесора, і ще приблизно 5 $ інтерфейсний кабель на USB -порт комп'ютера (якщо на комп'ютері немає порту RS- 232).

Є тисячі готових прикладів різноманітних пристроїв з вихідними текстами програм. Це дозволяє з мінімальними витратами часу розробити і виготовити діючий пристрій , модифікувавши і скомпонувавши фрагменти інших програм.

Чому саме MK - duino ?

Arduino має безліч клонів які об'єднані в загальне Duino - сімейство.

Як правило , нові плати Arduino виготовляються за найсучаснішими технологіями з SMD - елементів , процесора з планарними виводами з кроком виводів близько 1 міліметра , та плати з двостороннім монтажем .

Виготовити і розпаяти такий пристрій в домашніх умовах досить важко, особливо початківцю .

На платі більшості Arduino встановлена ??мікросхема USB - моста , перетворювача інтерфейсу USB персонального комп'ютера в послідовний інтерфейс RS- 232 . Цей міст має ще більш дрібний крок виводів і розпаяти його без мікроскопа практично неможливо.

Кілька років тому мобільні телефони оснащувалися послідовним інтерфейсом RS- 232.Цей інтерфейс був витіснений інтерфейсом USB , але протягом тривалого періоду часу існували перехідні моделі: телефон з інтерфейсом RS- 232 і USB- кабель перехідник з мікросхемою USB - моста в кабелі.

Всі сучасні моделі мобільних телефонів мають справжній USB -інтерфейс. І їх кабель , це просто кабель з роз'ємами на кінцях. USB - кабель від морально застарілого мобільного телефону з USB - перетворювачем - ідеальний , за простотою і вартістю , рішення для сполучення мікропроцесорного пристрою з комп'ютером.

Ну , а якщо вам не пощастило знайти USB - кабель для старого мобільного телефону з драйвером , прийдеться спаяти перетворювач рівнів сигналу RS- 232 ( він передбачений на платі MK - duino ) .

І скористатися інтерфейсом RS- 232 стаціонарного комп'ютера ( на ноутбуках його вже давно немає) , або придбати кабель перетворювача USB - RS 232 (ці перетворювачі знову набули широкого поширення у зв'язку із застосуванням інтерфейсу RS- 232 в супутникових тюнерах ) .

На платі Arduino , як правило встановлюється стабілізатор живлення на 5V з струмом до 1.5A для живлення периферійних пристроїв. При тому , що сам процесор споживає струм близько 20mA , і успішно працює від трьох пальчикових батарей на 1.5V ( сумарна напруга 4.5V і менше) . Для самого процесора такий потужний стабілізатор не потрібен , а для периферії потужності такого стабілізатора , як правило, не достатньо.

Отже, MK-duino це констукція для самостійної розробки в домашніх умовах, з використанням доступних елементів: мікропроцесора в dip-корпусі, і обрамлення, переважно, з SMD-елементів, без стабілізатора живлення на самій платі процесора, але з додатковим USB-кабелем для мобільного телефону.

1.3 Констукція MK-duino

Схема цокольовки раз'ємів та процесора:

Таблиця комутації виводів роз'ємів та виводів мікропроцесора

Схема розміщення елементів на платі:

Принципіальна схема:

Конструкція Duino - подібних пристроїв надзвичайно проста.

Схема MK-duino:

Лінії Rx_PC, Tx_PC підключаються до мікросхеми USB-моста та мають інверсну полярність відносно відповідних сигналів на RS-232.

Деякі моделі процесорів ATmega “шумлять” по лінії прийому при “підвішаному” виводі процесора 2-RXD. Тому може знадобитись установка резистора 100KЩ між цим виводом та заземленням.

Перетворювач інтерфейсу RS-232 для MK-duino.

Перетворювач монтується на плату лише за відсутності кабеля-перехідника USB-моста від мобільного телефону, і реальної необхідності використання інтерфейсу RS-232.

Перетворювач здійснює інверсію і перетворення рівнів сигналів послідовного інтерфейсу: 0/5V - +12 V/-12V.

Схема перетворювача рівнів

Передавач на транзисторі Q1 живиться негативною напругою паузи передачі Tx-RS 232 від зовнішнього пристрою (комп'ютера або іншого пристрою)

1.4 Перелік елементів

На фотографії (Рис.1) нижче ви можете побачити всі необхідні деталі і перемички як на схемі. мікросхема тахометр адаптер інтерфейс

Рис.1

Для початку підключається +5 В і лінії даних / управління РК-дисплея. Потім РК-дисплей, потенціометр контрастності таі світлодіод живлення (Рис.2).

Рис.2

Схема обриву ІЧ-променя зібрана. Необхідно, щоб між ІЧ- світлодіодом та фототранзистором була відстань. На цій фотографії (Рис.3) видно відстань між ІЧ-світлодіодом та фототранзистором, де буде розміщуватись комп'ютерний вентилятор.

2.3 Програмна частина

#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(3, 5, 9, 10, 11, 12);

volatile float time = 0;

volatile float time_last = 0;

volatile int rpm_array[5] = {0,0,0,0,0};

void setup()

{

//Digital Pin 2 Set As An Interrupt

attachInterrupt(0, fan_interrupt, FALLING);

// set up the LCD's number of columns and rows:

lcd.begin(16, 2);

// Print a message to the LCD.

lcd.print("Current RPM:");

}

void loop()

{

int rpm = 0;

while(1){

//Slow Down The LCD Display Updates

delay(400);

//Clear The Bottom Row

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(" ");

//Update The Rpm Count

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(rpm);

////lcd.setCursor(4, 1);

////lcd.print(time);

//Update The RPM

if(time > 0)

{

//5 Sample Moving Average To Smooth Out The Data

rpm_array[0] = rpm_array[1];

rpm_array[1] = rpm_array[2];

rpm_array[2] = rpm_array[3];

rpm_array[3] = rpm_array[4];

rpm_array[4] = 60*(1000000/(time*7));

//Last 5 Average RPM Counts Eqauls....

rpm = (rpm_array[0] + rpm_array[1] + rpm_array[2] + rpm_array[3] + rpm_array[4]) / 5;

}

}

}

void fan_interrupt()

{

time = (micros() - time_last);

time_last = micros();

}

В основному циклі підраховуються обороти та поновлення РК-дисплея. Оскільки основний цикл це гігантський while (1) цикл, то він працюватиме завжди, RPM підраховується, а РК-дисплей оновлюється кілька разів на секунду. Функція у перериванні підраховує час між перериваннями ІК, тому рахувати RPM можна в основному циклі.

Пам'ятаємо, що комп'ютерний вентилятор має 7 лопатей, так що це тахометр призначений для роботи тільки з такими вентиляторами. Якщо ваш вентилятор або інший пристрій дає тільки 4 імпульси за одне обертання, змініть в коді "(time * 4)".

Висновок

Системи на основі обриву променя корисні не тільки при вимірі RPM, але і в якості інших датчиків. Наприклад якщо хочеться знати відкриті двері а бо закриті. Можливо, ви захочете дізнатись, чи не проходив хто повз. Є багато застосувань обриву променя, а схема використана тут настільки проста, що є багато шляхів для поліпшення і збірки інших дивних пристроїв.

Вентилятор працює нашвидкості приблизно 3000 оборотів в хвилину, з похибкою близько + / -100 оборотів в хвилину.

Вентилятор генерує імпульси переривання, а на виході бачимо RPM. Хоча точність не 100%, а приблизно 95%, при вартості елементів всього у10 $ є сенс побудови такого тахометра на Arduino.

Перелік літератури

1. Рюмик С.М. Микроконтроллеры Duino. Цикл статей. Журнал "Радiоаматор", 2010 г., №2-6.

2. Рюмик С. Микроконтроллерный модуль InterDuino. Журнал "Радио", 2010 г., №10.

3. http://cxem.net/

4. http://mk-duino.narod.ru/

Размещено на Allbest.ru