VrtuleOtacky

Vyhodnocení otáček pomocí senzoru pro měření malých vzdáleností

Pro měření otáček můžeme využít různé typy senzorů (IRC snímač, světelnou závoru, reflexní snímač, tachodynamo apod.). V této úloze se bude využívat pro měření otáček optický senzor pro měření vzdálenosti.

Zadání

  1. Zapojte obvod dle schématu.
  2. Změřte průběh napětí pro různé rychlosti otáčení vrtule.
  3. Měření opakujte pro různé vzork0vací frekvence analogového signálu.
  4. Z časových průběhů vyhodnoťte otáčky.
  5. Porovnejte vliv vzork0vací frekvence na přesnost měření a zhodnoťte dosažené výsledky.

Schéma zapojení

Obr.1 Popis použité sestavy

Obr.2 Blokové schéma zapojení

Teoretický rozbor

CNY 70 je optický reflexní senzor, který obsahuje infračervený zářič a fototranzistor v obalu, který blokuje viditelné světlo.

Obr.3 Senzor CNY 70

Princip snímače je patrný z obr. 4. LED dioda generuje optický signál v infračervené oblasti. Překážka zajistí odraz optického signálu v závislosti na vzdálenosti, hodnotu odraženého signálu snímá fototranzistor.

Obr. 4 Princip senzoru CNY 70

Elektrické zapojení tohoto senzoru pro vyhodnocení signálu je stejné jako pro optickou závoru. Parametry rezistorů R3 a R2 jsou dány mezními proudy pro jednotlivé prvky tj. IF diody a Ic tranzistoru. Zapojení je na obr. 5.

Obr. 5 Zapojení senzoru CNY 70

Výstup ze senzoru je přiveden na analogový vstup jednotky USB 4711A (12-bit převodník). Tento vstup lze z aplikace v PC vzorkovat s maximální vzorkovací frekvenci 150 kS/s pro jeden kanál. Jednotka je připojena k PC pomocí rozhraní USB (USB 3).

Ovládání otáček a směru otáčení je realizováno pomocí dvou PWM výstupů jednočipového počítače PIC 16F876A. Ten komunikuje s aplikací v PC pomocí USB převodníku USB/TTL (USB2). Z aplikace v PC lze tak nastavit velikost otáček  a směr otáčení.

Aplikace v PC je vytvořena v prostředí LabView a umožňuje konfigurovat celou úlohu a provádět záznam signálu ze senzoru CNY 70. Indikuje nejen přítomnost vrtule před senzorem, ale protože jde o snímač vzdálenosti lze z něj také dostat informace o profilu vrtule v měřeném místě.

Obr. 6 Aplikace v prostředí Labview

Postup měření

Postup měření lze rozdělit do několika bodů.

  1. Připojte úlohu pomocí USB rozhraní k PC a napájení. USB 1 připojit k napájecímu adaptéru, USB 2 a USB 3 k PC.
  2. Spusťte aplikaci v prostředí LabView.
  3. Nastavte vzorkovací frekvenci na max. tj. 150 kS/s a vzorků na kanál 8192. Rozsah A/D převodníku nastavte na ±5V.
  4. Postupně nastavujte hodnoty PWM signálu a zaznamenejte průběhy signálu ze senzoru CNY 70 do jednotlivých souborů (pro 5 hodnot v celém rozsahu PWM).
  5. Změňte vzorkovací frekvenci a měření opakujte.
  6. Bod 4 a 5 proveďte pro inverzní otáčky.
  7. Vyhodnoťte naměřené průběhy a určete skutečnou hodnotu otáček pro jednotlivé signály PWM. Do grafu vyneste závislost otáček na hodnotě PWM signálu. Při vyhodnocení otáček zvolte vhodnou úroveň pro trigger.
  8. V závěru zhodnoťte měření a výsledky.

Tab. 1 Tabulka pro záznam naměřených hodnot

Kontrolní otázky

  1. Jaký je princip senzoru CNY 70.
  2. Jak souvisí vzorkovací frekvence s přesnosti vyhodnocení otáček.
  3. Co je to světelná závora? Pro měření kterých veličin ji lze použít?