Измерение частоты вращения. Автомобильный тахометр своими руками Тахометр электронный своими руками для авто

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

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.

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.

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 образую 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 так же 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 трех контактный 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 ниже приведенной таблицы и откалибровать шкалу.

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.

Некоторые обладатели «железных коней» считают спидометр главным измерительным прибором, установленным на мотоцикле. Конечно, скорость, с которой вы двигаетесь – информация важная (особенно для сотрудников ГИБДД). Однако, «рассказать» правильно ли выбрана передача для данной скорости, поможет только тахометр, информирующий мотоциклиста о количестве оборотов двигателя. Не все байки оборудованы этим полезным прибором. Установить же тахометр на мотоцикл своими руками в настоящее время довольно просто.

Назначение и принцип действия тахометра

Тахометр – это устройство, которое измеряет количество оборотов двигателя мотоцикла за одну минуту и отображает эту информацию на приборной панели (в удобно читаемом виде). Показания этого прибора необходимы мотоциклисту (особенно начинающему) для:

• своевременного переключения скорости на коробке передач: как только обороты двигателя увеличиваются до определенного значения, необходимо переключаться на повышенную передачу и наоборот;
• предотвращения эксплуатации силового агрегата мотоцикла на предельных режимах (об этом сигнализирует красный сектор тахометра);
• экономии топлива в том случае, если работа двигателя осуществляется на оптимальных оборотах (наиболее соответствующих включенной передаче, нагрузке на мотоцикл и дорожным условиям).

Приборная панель многих современных байков изначально оборудована этим полезным «информатором». Однако на бескрайних просторах нашей Родины в использовании находится еще огромное количество мотоциклов советского и российского производства (например, «Урал», «ИЖ», «Восход»), не оснащенных тахометрами. К слову, многие модели легендарных «Harley Davidson» и «Triumph», также не имеют штатных указателей числа оборотов двигателя. Тахометр на мотоцикл, не установленный при постройке, можно приобрести и установить самостоятельно.

Модели, производители и цены

Модельный ряд тахометров, предназначенных для установки на мотоциклах, мопедах и скутерах, весьма разнообразен как по цене, дизайну, исполнению (со стрелкой или цифровым дисплеем), так и по количеству производителей, изготавливающих продукцию данного назначения.

Универсальный электронный тахометр (от китайских производителей «Vodool» или «Kkmoon») со светодиодной подсветкой в корпусе из нержавеющей стали (Ø=56 мм, высотой корпуса – 60 мм) стоит всего 540÷650 рублей.

За те же 500÷700 рублей можно приобрести изделия с цифровой индикацией количества оборотов в минуту от «Ironwalls» или «FCD».

Владельцы дорогих и престижных марок мотоциклов (однако, не оборудованных штатным тахометром) могут приобрести и установить изделия от всемирно известных и хорошо зарекомендовавших себя «Baron», «Koso», «J&P Cycles» или «Sunpro». Однако стоимость этих изделий будет находиться уже в пределах от 3000 до 12000 рублей.

Установка и подключение

Монтаж тахометров, дополнительно устанавливаемых на мотоцикл, довольно прост. Кронштейн, закрепленный на корпусе изделия, позволяет легко установить прибор на один из болтов крепления руля к вилке.

Установить изделия на руль в наиболее удобном для обзора месте позволит применение специальной крепежной муфты для установки дополнительного оборудования. Ее можно без труда приобрести за 200÷300 рублей в любом магазине аксессуаров для мотоциклов. Некоторые модели тахометров имеют такие крепежные приспособления уже в комплекте поставки.

Некоторые производители в составе с самим измерительным прибором поставляют полный набор самых различных крепежных элементов и проводов для подключения.

Схема подключения довольно проста и не вызовет затруднений даже у не очень «продвинутых» в электрике байкеров (к сведению: расцветка проводов указана для тахометров от китайских производителей):

• один короткий провод (как правило, черный) подключаем к коммутируемому «+» замка зажигания;
• второй короткий (зеленый) – к раме мотоцикла (в удобном месте);
• третий короткий (черно-желтый) – к низковольтному контакту катушки, идущему на прерыватель;
• два длинных тонких провода (черный и красный) – параллельно лампочке подсветки спидометра.

Важно! Провода подключения тахометров американских и европейских производителей имеют другую расцветку. Но в отличие от китайских поставщиков в комплекте обязательно присутствует схема подключения устройства.

Самостоятельное изготовление тахометра

Наиболее распространенный вариант изготовления тахометра на мотоцикл своими руками – использование в качестве основы для самодельного измерительного устройства штатного прибора ТХ-193-38130 от автомобиля ВАЗ-2106 (или ВАЗ-2103, или Нива-2121).

Методика изготовления:

• Аккуратно разбираем автомобильный тахометр ТХ-193.
• Конденсатор (емкостью 0,22 мкФ), установленный в цепи амперметра, выпаиваем и устанавливаем новый (емкостью 0,47 мкФ). В противном случае показания прибора будут занижены в 2 раза.

• Собираем устройство в обратной последовательности.
• Из металлической банки (например, из-под кофе) подходящего диаметра изготавливаем корпус.

• Крепим изготовленное устройство в наиболее удобном месте (например, рядом со спидометром).
• Подключаем прибор к электрической цепи мотоцикла (схема аналогична описанной выше).

• Заводим мотоцикл и проверяем самодельный тахометр в работе.

Для информации! Создавать такой «шедевр» экономически оправдано, если есть возможность приобрести б/у ТХ-193 на автомобильной разборке, так как новый стоит сейчас 900÷1100 рублей.

Главная » Современные модели » Измерение частоты вращения. Автомобильный тахометр своими руками Тахометр электронный своими руками для авто