Меню Рубрики

Датчик вращения вала электродвигателя

Понадобилось на работе контролировать обороты двигателя. Решили использовать датчик Холла. На муфту установленную на валу двигателя приклеили пару неодимовых магнитов. Для датчика Холла сделали схему на компараторе, чтобы фиксировать моменты прохождения магнита напротив датчика. Схема приведена на рис.1


Рис. 1 Принципиальная схема тахометра

Описание работы

Датчик Холла AHSS49 на каждый проход магнита, закрепленного на валу двигателя формирует импульс амплитудой около 1 вольта, со смещением относительно земляной шины на +2,5 В.

Полученный сигнал поступает на вход компаратора IC1 LM311, который формирует управляющие импульсы для выходной опто-развязки OC1 PC817, выход которой присоединяется ко входу контроллера, подтянутому через сопротивление 1-2 кОм к питанию контроллера. В промышленных контроллерах, такие резисторы предустановлены и требуется только конфигурирование входных цепей. Порог срабатывания компаратора IC1 настроен на напряжение 2,6 В. Настраивая компаратор на более высокое напряжение можно получить более узкие импульсы на выходе – это связано с тем, что импульсы на выходе датчика Холла имеют форму близкую к треугольной.

Конденсаторы С1, С2 предназначены для снижения импульсных помех и исключения ложных срабатываний компаратора.

Схема была смакетирована на самодельной монтажной плате см. рис.2 Для публикации была подготовлена разводка печатной платы см. Приложения к статье.


Рис.2 Макет схемы усиления сигнала датчика Холла

Установка датчика около муфты вала двигателя см.рис.3 Датчик Холла был установлен таким образом, чтоб при прохождении магнитов установленных на муфте они оказывались на расстоянии пимерно 5 мм напротив датчика Холла. При установке на валу двух магнитов результирующая частота на выходе платы удваивается. При установке 4 магнитов возрастает в 4 раза. Большее число магнитов устанавливается для подсчета частоты вращения низко-оборотных двигателей. Соответственно, при измерении частоты вращения двигателя результат делится на число магнитов установленных на валу двигателя.


Рис.3 Установка датчика на кронштейне вблизи муфты на валу двигателя

Выход тахометра может быть организован несколькими способами в зависимости от решаемых задач

Схема приведенная на рис. 1 при работе с промышленными контроллерами может не дать устойчивого срабатывания на каждый импульс поскольку 2 p-n перехода опто-развязки PC817 при полном открытии будут давать падение напряжения около 1 В. И , в этом случае, дискретные входы пром.контроллера выполненные на КМОП микросхемах будут срабатывать неустойчиво, в этом случае имеет смысл реализовать схему выхода на полевом N-канальном транзисторе. Вариант схемы с выходом на полевом N-канальном транзисторе приведен на рис.4 . Для управления полевым транзистором пришлось задействовать дополнительный вход контроллера (клемма Х1). В случае если входов контроллера для этого не хватает, можно использовать дополнительный источник питания + 5В, подключив его к клемме Х1. Рабочий вход (клемма Х2) замыкается полевым транзистором и сформированные импульсы поступают на вход контроллера Х2.

Читайте также:  Аппликации из фетра на детскую одежду


Рис.4 Вариант схемы с выходом на полевом N-канальном транзисторе с дополнительной гальванической развязкой

Если дополнительная гальваническая развязка выхода не нужна, можно использовать схему рис.5


Рис.5 Вариант схемы с выходом на полевом N-канальном транзисторе без дополнительной опторазвязки

Рис. 6 Осциллограмма выходного сигнала для варианта схемы см. рис. 4

Датчик вращения двигателя схема на транзисторах

Электродвигатель подключается к самодельной конструкции строго с соблюдением полярности, через ограничительное сопротивление R1. При подаче питания на схему в точке соединения нижнего вывода двигателя и сопротивления R1 генерируются пульсации постоянного напряжения амплитудой от 0,3 до 0,6 В в зависимости от качества сборки и модели электродвигателя. Это пульсирующее, в момент включения двигателя напряжение имеет хаотичную форму. Разделительная емкость C1 отсекает постоянную составляющую напряжения, поэтому на базу биполярного транзистора поступает только переменная часть управляющего напряжения. При нормальной работе электродвигателя переменное напряжение в базе периодически немного открывает транзистор, не давая зарядится емкости C2 и открыться полевому транзистору. Неполярный конденсатор С2 кроме того еще и стабилизирует напряжение «исток — затвор» полевого транзистора, обеспечивая мягкое звучание сигнального капсюля HA1.
При остановке электродвигателя из-за обрыва внутренней цепи обмотки, попадание между лопастями любого инородного предмета и т.п, пульсации напряжения идущие на базу биполярного транзистора оканчиваются. Транзистор запирается, этому также помогает шунтирующее сопротивление R2). Полевой транзистор в этот самый момент, как раз открывается, так как получает управляющее напряжение через сопротивление R3. Как только напряжение на затворе полевого транзистора достигнет уровня трех вольт, он откроется и подсоединит через себя звуковой капсюль со встроенным генератором звуковой частоты.

Звуковой генератор обладает довольно громким звуком, который можно услышать на приличном расстоянии. Звуковая сигнализация орет до тех пор, пока схема не будет отключена или пока вновь не запустится электродвигатель. При замыкании контактов тумблера SB1 электродвигатель начинает работать в полную силу, при этом другая группа контактов разрывает цепь звукового генератора.
Конструкция в наладке и регулировке не нуждается и начинает работать сразу после подачи питания. При увеличении емкости C1 и номинала сопротивления R1 чувствительность увеличивается, а снизить ее можно уменьшением значения сопротивления R2.

Датчик вращения двигателя, маховика, вала

Основной принцип работы этого устройства собранного своими руками заключается в том, чтобы периодически прерывать поток инфракрасного излучения следующий от излучателя Д1 к приемнику Д2. Для этого к любому вращающемуся элементу системы достаточно прикрепить специальную пластину, которая периодически проходила бы и прерывала световой поток между излучателем и приёмником, или можно установить диск с несколькими отверстиями.

Схема датчика вращения работает так. При пуске электродвигателя преобразователь, фиксирующий вращение посылает импульсные сигналы на вход К511ЛА5. При непрерывном следовании импульсов от датчика в схему, емкости С3 и С4 будут разряжены, создавая на входах Д 1/4 и Д 1/1 нулевые логические уровни. На выходах 11 и 3 тогда будут логические единицы (Работа логического элемента И-НЕ), которые отпирают третий транзистор, закрывая четвертый. Питание на обмотку реле реле поступать не будет. В случае аварийного срабатывания датчика, подача импульсов останавливается, нули на выходах логических элементов закрывают Т3 и открывают Т4, включая реле, а оно либо блокирует схему, либо включает аварию.

В роли чувствительного элемента датчика, применен ИК излучатель в паре с фотодиодом ФД – 25, печатная плата конструкции приведена на рисунке ниже.

Рисунок печатной платы я рекомендую перенести в программу Sprint Layout, и уже с помощью ее, воспользоваться способом ЛУТ при изготовлении печатных плат

Читайте также:  Kitfort отзывы о пылесосах

Модуль датчика вращения двигателя предназначен в основном для определения скорости вращения вала электродвигателя. Этот модуль в паре с микроконтроллером способен узнать и положение вала.

Этот датчик вращения измеряют величину благодаря регистрации некоторых событий, затем их количество соотносится с периодом времени, за которые они случились. Так в данной схеме измеряется скорость – под событиями здесь понимают импульсы, полученные в результате срабатывания оптического датчика во время вращения диска на валу электродвигателя с прорезями. Датчик вращения состоит из фототранзистора и светодиода, фотоэлемент воспринимает наличие или отсутствие излучения идущего от светодиода.

Представленная ниже схема может быть применена для отправки полученных импульсов в микроконтроллер. Основой схемы является распространенный оптический датчик типа OS25B10 со светодиодом и фототранзисторным выходом в одном корпусе.

Микросхема сдвоенного компаратора LM393, настроена на работу в роли простого триггера Шмита. Зелёный светодиод (LED1) показывает наличие приложенного к схеме напряжения, а красный LED2 контролирует выход модуля датчика скорости электродвигателя. Рекомендуемое рабочее напряжение схемы составляет 4.5 – 5.5 вольт.

Резистор R1 (180 Ом) используется в схеме датчика вращения для ограничения рабочего тока светодиода внутри оптического преобразователя OS25B10. Если нужно вы можете изменить его номинал для ваших условий. Также можно подстроить значение сопротивления R2 (10 КОм) для получения нужного уровня напряжения для вашей схемы. Резистор R7 (10 КОм) является подтягивающим сопротивлением.

Помещаемый в слот датчика энкодерный диск подходящего разделяет оптический преобразователь так, чтобы с одной стороны диска был светодиод, а с другой фототранзистор. Если путь светового луча не блокируется диском, фотоэлемент будет пропускать ток, иначе он будет закрыт.







Для работы индикатора применяется простая и удобная библиотека SevSeg, позволяющая подключать индикатор к каким угодно выводам МК, применять индикаторы как с общим катодом, так и анодом да еще и яркостью управлять.
Для измерения частоты попробовал библиотеку FreqMeasur. МК с ней отлично мерит сигнал с генератора от 10 до 200Гц (а больше мне и не нужно)


А вот когда на вход контроллера подал с сигнал с сенсора, результат получился плачевным.
Частота прыгала как ненормальная. Виной этому оказался «дребезг» сигнала с оптического датчика. Фольга давала массу помех. Попытка настроить сигнал подстроечником или заменить кусочек фольки на другой не дали ощутимого результата.
Тогда я решил давить «дребезг» программно. Осциллограф показал, что помехами являются импульсы в 0.3 — 1 мкс, тогда как сигнал — это импульсы 5мс (При частоте 12000RPM) и больше.

Программа показала 100% результат с тестового генератора. При включенном моторе с сенсора показывались стабильные обороты, которые хорошо коррелировали с режимом работы мотора. На том и остановимчя



Еще одна проблема нартсовалась при выборе места установки счетчика на станок.
В длинных проводах наводились сильные помехи от мотора и БП и индикатор, отлично работавший «на коленках» никак не хотел работать на станке. В результате смонтировал контроллер в непосредственной близости от сенсора и запитал его через импульсный DC-DC преобразователь от 24В. (Напряжения для шаговиков, подсветки, вентиляторов охлаждения).


Так мой новый станочек обзавелся счетчиком оборотов шпинделя. индикаторы К слову, данный измеритель должен практически без изменения схемы и программы заработать и с «кошерным» датчиком холла и магнитиком на валу.

Пока собирал станок, приехали 5-ти разрядные индикаторы. Хотел переделать измеритель скорости вращения на них с более компактным Atmega8 в TQFP32. Но потом решил, что лучшее — враг хорошего.

Следующий обзор я посвящу контроллеру станка, его доработке и настройке.
Весь мой путь от старого к новому станку есть в моем блоге.

Читайте также:  Вентилятор e style 100 pro

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *