Счетчик оборотов шпинделя на ИК-сенсоре

31 Окт 2017 14 комментариев

Недавно собрал новый станок ЧПУ для сверления и гравировки печатных плат, корпусов и прочих мелочей.

Для станка ЧПУ приобрел мотор шпиндель с регулировкой оборотов.
Радиолюбительский зуд не давал покоя — захотелось иметь на станочке показометр оборотов. Вариант с оптическим энкодером показался слишком сложным. Датчика холла, который применяется во всех автомобилях, не было под рукой. И тут на одном форуме подкинули идейку — попробовать ИК сенсор. Как раз без дела лежал ИК датчик препятствий, который не знал куда применить. Решил его попробовать — и вот что из этого получилось.

Данный модуль применяется в основном в ардуинщиками в роботостроительстве как ИК датчик препятствия. Представляет маленькую очень бюджетную платку (особенно если покупать партиями штук по 10)

Схема у этого сенсора очень простая

В основе лежит ИК пара диод-транзистор. Что вроде L-53P3C/L-53F3C работающие в диапазоне 940нм
Компаратор LM393 сравнивает уровень фоторанзистора с уровнем, выставляемым подстроечным резистором.
Подцепил к валу шпинделя кусочек фольги, поднес сенсор к валу, покрутил подстроечник — модуль стал моргать светодиодом в так вращения.

Поковырявшись в своей барахолке нашел ATmega328 в DIP корпусе (писал по ним статью) и четырехразрядный семисегментный индикатор
Максимальная скорость вращения у мотора 12000RPM и лучше было бы применить 5-разрядный индикатор, но будем работать с чем имеем
Накидал такую схему

Порядок подключения выводов индикатора к микроконтроллеру значения не имеет (так как настраивается в программе) и обусловлен исключительно из удобства проектирования печатной платы

«Квадратный» дизайн платы потому что на данном этапе я осваивал изготовление печатных плат на станке ЧПУ
Закругленные полигоны сложнее, а главное, дольше выбирать гравировкой.
Основным достоинством изготовления плат на станке является то, что весь процесс происходит не отрывая зада от кресла. С покупкой ламинатора я отказался от этого метода, оставив для станка сверление отверстий и обрезку плат.
Итак гравируем, сверлим, режем

Паяем плату и можно приступать к отладке программы

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.

В результате родилась такая программка с подавлением помех длительностью менее 2мкс

// Библиотека работы с 7-сегментным индикатором
// https://github.com/sparkfun/SevSeg
#include <mSevSeg.h>

SevSeg myDisplay;
byte displayType = COMMON_CATHODE; //Your display is either common cathode or common anode

byte digit1 = 18; 
byte digit2 = 19; 
byte digit3 = 8; 
byte digit4 = 10; 

byte segA   = 17; 
byte segB   = 9; 
byte segC   = 12; 
byte segD   = 14;      
byte segE   = 15; 
byte segF   = 16; 
byte segG   = 13; 
byte segDP  = 11; 
byte numberOfDigits = 4;     

int  dot       = 0;
uint32_t ms, ms1 = 0, ms0 = 0, ms2 = 9;
uint32_t rps = 0;
uint32_t count = 0;
char buf[10];

void setup(){
// Инициализация индикатора
    myDisplay.Begin(displayType, numberOfDigits, digit1, digit2, digit3, digit4, segA, segB, segC, segD, segE, segF, segG, segDP);     
    myDisplay.SetBrightness(100); 
    myDisplay.DisplayString("----", 0); 
// Инициализация входа для счета импульсов   
   attachInterrupt(0, pulseCount, RISING);   
}


void loop(){
    ms = millis();
    char s[10];
    uint16_t rpm = 0;
// Перевыдача дисплея    
    myDisplay.DisplayString(buf, dot);  
// Каждую секунду перевыдаем значение скорости 
    if( ms2 == 0 || ms2 > ms || ( ms - ms2 )>1000 ){
      ms2 = ms;
// Переводим в коичество оборотов в минуту      
      rpm = rps*60;
// Отображение 10=тичной точки, сли число больше 4-х разрядов      
      if( rpm > 9999 ){
         dot = 2;
         sprintf(buf,"%4d",rpm/10);
      }
      else{
         dot = 0;
         sprintf(buf,"%4d",rpm);
      }
      rps = 0;          
   }    
}

/**
 * Счетчик импульсов
 */
void pulseCount(){
   uint32_t ms = micros();
// Убираем импулься менее 2 мс (дребезг)   
   if( ms - ms0 > 2000 )count++;
   ms0 = ms;
// 0.5 сек цикл подсчета импульсов   
   if( ms - ms1 > 500000 ){
      ms1   = ms;
      rps   = count*2;
      count = 0;
   }
}

// Библиотека работы с 7-сегментным индикатором

// https://github.com/sparkfun/SevSeg

#include <mSevSeg.h>

SevSeg myDisplay;

byte displayType = COMMON_CATHODE; //Your display is either common cathode or common anode

byte digit1 = 18;

byte digit2 = 19;

byte digit3 = 8;

byte digit4 = 10;

byte segA = 17;

byte segB = 9;

byte segC = 12;

byte segD = 14;

byte segE = 15;

byte segF = 16;

byte segG = 13;

byte segDP = 11;

byte numberOfDigits = 4;

int dot = 0;

uint32_t ms, ms1 = 0, ms0 = 0, ms2 = 9;

uint32_t rps = 0;

uint32_t count = 0;

char buf[10];

void setup(){

// Инициализация индикатора

myDisplay.Begin(displayType, numberOfDigits, digit1, digit2, digit3, digit4, segA, segB, segC, segD, segE, segF, segG, segDP);

myDisplay.SetBrightness(100);

myDisplay.DisplayString("----", 0);

// Инициализация входа для счета импульсов

attachInterrupt(0, pulseCount, RISING);

}

void loop(){

ms = millis();

char s[10];

uint16_t rpm = 0;

// Перевыдача дисплея

myDisplay.DisplayString(buf, dot);

// Каждую секунду перевыдаем значение скорости

if( ms2 == 0 || ms2 > ms || ( ms - ms2 )>1000 ){

ms2 = ms;

// Переводим в коичество оборотов в минуту

rpm = rps*60;

// Отображение 10=тичной точки, сли число больше 4-х разрядов

if( rpm > 9999 ){

dot = 2;

sprintf(buf,"%4d",rpm/10);

}

else{

dot = 0;

sprintf(buf,"%4d",rpm);

}

rps = 0;

}

/**

* Счетчик импульсов

void pulseCount(){

uint32_t ms = micros();

// Убираем импулься менее 2 мс (дребезг)

if( ms - ms0 > 2000 )count++;

ms0 = ms;

// 0.5 сек цикл подсчета импульсов

if( ms - ms1 > 500000 ){

ms1 = ms;

rps = count*2;

count = 0;

}

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 остановимся

Корпус

Корпус делаю на станочке из обрезков ПВХ пластика 3мм

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.

Как работает станок с датчиком можно посмотреть здесь

Кот за любой кипишь кроме голодовки )))

Posted in Станок ЧПУ | Метки: AVR, CNC, Дисплей, Корпус, ЧПУ

Вы можете оставить отзыв или трекбек со своего сайта.

14 комментариев на «Счетчик оборотов шпинделя на ИК-сенсоре»

Фрол:

22.03.2018 в 16:13

Дуб дубом я в программировании, не могли бы Вы переделать программу под индикатор 1602?

Войдите, чтобы ответить
Владимир:

15.12.2018 в 20:22

В 1995 дребезг можно было убрать обычным RC фильтром низкой частоты, частота регулируется подстроечником в цепи фильтра.

Войдите, чтобы ответить
Владимир:

15.12.2018 в 20:54

Вместо фольги можно белую пленку самоклейку приклеить, до этого нанести на нее 6 черных полос, а далее достаточно подключить частотомер
И еще! от регулятора оборотов выходит не непрерывный а широтноимпульсный сигнал, можно на выходе поставить преобразователь частота — напряжение и снимать обороты обычным мультиметром

Войдите, чтобы ответить
Григорий:

25.04.2019 в 21:45

Зачем нужен резистор подтяжки и его номинал D5 на +, почему его нет в схеме?
Я использовал дисплей с общим анодом(ca56-21srwa), распиновка точно такая как у вашего. Есть проблема с мерцанием дисплея и не верные показания(не подскажите куда смотреть?).

Войдите, чтобы ответить
Сергей:

23.10.2019 в 22:39

А можно выложить хекс и фьюзы для повторения?

Войдите, чтобы ответить
- Alexey:
  
  27.10.2019 в 18:23
  
  HEXсы и фьюзы сильно заточены под конкретный МК
  Здесь исходник, который за пару минут компилится под то что нужно
  
  Войдите, чтобы ответить
  - Сергей:
    
    28.10.2019 в 10:54
    
    Алексей, я на компиляторы смотрю широко раскрытыми глазами. Да и нет их у меня. Все, что умею — это прошить микроконтроллер.
    
    Войдите, чтобы ответить
    - Alexey:
      
      30.10.2019 в 07:45
      
      МК то какой?
      
      Войдите, чтобы ответить
Сергей:

28.10.2019 в 10:48

Никто не хочет поделиться секретными материалами. Жаль, хотелось бы собрать этот девайс для самодельного токарного станочка.

Войдите, чтобы ответить
Болтов:

06.03.2020 в 11:41

Ээээээээээ… Да тут Ардуино, что ли. Если нет, то какой компилятор, ради такого дела установлю, даже программатор сделаю.

Войдите, чтобы ответить
- Alexey:
  
  07.03.2020 в 11:52
  
  Я программирую в Arduino IDE. Там уже есть компилятор. Данный контроллер прошит загрузчиком Optiboot и полностью совместим с Arduino UNO
  Как это сделать, написано здесь:
  http://samopal.pro/atmega328-arduino/
  Но можно заливать программу через ICSP программатор без загрузчика
  Можно также использовать вместо микросхемы MK Arduino UBO, Arduino NANO или Arduino Pro Micro на аналогичном контроллере
  
  Войдите, чтобы ответить
Антон:

20.07.2020 в 18:27

Автор, доброго времени суток! У меня не заработал Ваш скетч на UNO.
Почему в каждом цикле uint16_t rpm = 0; или это ошибка в скетче?

Войдите, чтобы ответить
- Alexey:
  
  21.08.2020 в 08:15
  
  Не понял вопроса
  Сперва объявляется переменная с начальным значением 0. Потом она используется.
  
  Войдите, чтобы ответить
Павел:

05.06.2021 в 18:46

Дребезг контактов не от фольги, а так работает компаратор, LM339 в данном случае, любой компаратор так работает. Вблизи точки срабатывания возникает точка неопределённости, и система на очень высокой частоте мечется. Так происходит на каждом фронте и спаде сигнала. Нужен не компаратор, а триггер шмитта, который впринципе уже встроен в микроконтроллер.
Поэтому микросхему исключить, а сигнал брать прямиком в коллектора оптопары.
Но вообще, продаются отличные оптические сенсоры с интегрированным триггером шмитта — в этом случае помехи не страшны.

Войдите, чтобы ответить