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
- Zapojte obvod dle schématu.
- Změřte průběh napětí pro různé rychlosti otáčení vrtule.
- Měření opakujte pro různé vzork0vací frekvence analogového signálu.
- Z časových průběhů vyhodnoťte otáčky.
- 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.
- Připojte úlohu pomocí USB rozhraní k PC a napájení. USB 1 připojit k napájecímu adaptéru, USB 2 a USB 3 k PC.
- Spusťte aplikaci v prostředí LabView.
- Nastavte vzorkovací frekvenci na max. tj. 150 kS/s a vzorků na kanál 8192. Rozsah A/D převodníku nastavte na ±5V.
- Postupně nastavujte hodnoty PWM signálu a zaznamenejte průběhy signálu ze senzoru CNY 70 do jednotlivých souborů (pro 5 hodnot v celém rozsahu PWM).
- Změňte vzorkovací frekvenci a měření opakujte.
- Bod 4 a 5 proveďte pro inverzní otáčky.
- 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.
- V závěru zhodnoťte měření a výsledky.
Tab. 1 Tabulka pro záznam naměřených hodnot
Kontrolní otázky
- Jaký je princip senzoru CNY 70.
- Jak souvisí vzorkovací frekvence s přesnosti vyhodnocení otáček.
- Co je to světelná závora? Pro měření kterých veličin ji lze použít?