Handheld IR-basierter Drehzahlmesser - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Dieses Instructable basiert auf der von electro18 in Portable Digital Tachometer beschriebenen Schaltung. Ich dachte, es wäre nützlich, ein Handheld-Gerät zu haben und dass es ein lustiges Projekt wäre, es zu bauen.

Mir gefällt, wie das Gerät geworden ist - das Design könnte für alle möglichen anderen Messgeräte verwendet werden, indem man den Sensor-Pod, die Verkabelung und den Arduino-Code ändert. Die Tatsache, dass es wie ein Blaster oder eine Strahlenkanone aus einem Vintage-SF-Film aussieht, ist nur ein zusätzlicher Bonus!

Der Drehzahlmesser hat einen Auslöser und misst, während der Auslöser gedrückt wird. Während der Messung leuchtet eine Anzeige-LED. Das Gerät kann über USB oder eine 9V Batterie mit Strom versorgt werden. Das Gerät schaltet sich ein, wenn der USB angeschlossen ist. Bei Verwendung einer Batterie wird der Drehzahlmesser über einen Netzschalter eingeschaltet.

Während der Messung zeigt das LCD in der ersten Zeile die aktuelle Drehzahl und in der zweiten Zeile die durchschnittliche und maximale Drehzahl an. Wenn der Auslöser nicht gedrückt wird und keine Messung durchgeführt wird, werden die durchschnittliche und maximale Drehzahl der vorherigen Messsitzung angezeigt.

Wenn die IR-Fotodiode durch Umgebungswärme ausgelöst wird, wird "HIGH" auf dem LCD angezeigt, um anzuzeigen, dass die Empfindlichkeit verringert werden sollte. Die Empfindlichkeit wird durch ein Rad hinter dem LCD gesteuert.

Um den Drehzahlmesser zu verwenden, müssen Sie etwas Reflektierendes auf das sich drehende Objekt legen, das Sie messen möchten. Ein einfaches Lichtmalerband funktioniert gut. Ich habe auch einen Klecks weißer Acrylfarbe verwendet und ich habe gesehen, wie Leute eine glänzende Metallplatte oder ein Stück Aluminiumfolie auf die Oberfläche geklebt haben. Gut auf der Oberfläche geklebt, da sich alles, was Sie messen, ziemlich schnell dreht und der Reflektor einer großen Zentrifugalkraft ausgesetzt ist. Ich habe das Klebeband meines Malers mit 10.000 U / min fliegen lassen.

Die Musik im Video ist von Jukedeck - erstellen Sie Ihre eigene unter

Schritt 1: Die Schaltung

An der "Nase" des Drehzahlmessers befindet sich ein Sensor-Pod, der eine IR-LED und einen IR-Detektor enthält. Wenn der Detektor nicht ausgelöst wird, sollte er als normale Diode fungieren und den Strom von Plus (lange Leitung) nach Masse (kurze Leitung) durchleiten. Wenn der Melder ausgelöst wird, lässt er den Strom in die entgegengesetzte Richtung durch - von negativ nach positiv. Ich habe jedoch festgestellt, dass mein Detektor den Strom anscheinend nie in die "normale" Richtung (positiv gegen Masse) durchlässt - Ihre Laufleistung kann je nach Detektor variieren.

Beim Einrichten der Schaltung haben wir die Möglichkeit, den Eingangsport des Arduino auf LOW zu lassen, wenn kein Signal vorhanden ist, oder auf HIGH, wenn kein Signal vorhanden ist.

Wenn der Basiszustand HIGH ist, verwendet Arduino einen internen Pullup-Widerstand, während wenn der Basiszustand LOW sein soll, muss ein externer Pulldown-Widerstand hinzugefügt werden. Das ursprüngliche Instructable verwendete LOW-Basiszustand, während im optischen Tachometer für CNC-tmbarbour HIGH als Basiszustand verwendet wurde. Dies spart zwar einen Widerstand, aber die Verwendung eines expliziten Pulldown-Widerstands ermöglicht es uns, die Empfindlichkeit des Geräts anzupassen. Da ein Teil des Stroms durch den Widerstand leckt, ist das Gerät umso empfindlicher, je höher der Widerstand ist. Damit ein Gerät in einer Vielzahl von Umgebungen verwendet werden kann, ist die Möglichkeit, die Empfindlichkeit einzustellen, entscheidend. Dem Design von electro18 folgend, habe ich einen 18K-Widerstand in Reihe mit zwei 0-10K-Töpfen verwendet, sodass der Widerstand von 18K bis 38K variiert werden kann.

Der Strom der IR-LED und der IR-Diode wird von Port D2 angesteuert. Port D3 wird über den RISING-Interrupt ausgelöst, wenn der IR-Melder auslöst. Port D4 wird auf HIGH gesetzt und geerdet, wenn der Auslöser gedrückt wird. Dies startet die Messung und schaltet auch die Anzeige-LED ein, die an Port D5 angeschlossen ist.

Angesichts des sehr begrenzten Stroms, der an alle Eingangsports angelegt werden kann, fahren Sie alle Spannungen zum Lesen nur von anderen Nano-Ports, niemals direkt von der Batterie. Beachten Sie auch, dass sowohl IR- als auch Anzeige-LEDs von 220-Ohm-Widerständen unterstützt werden.

Das von mir verwendete LCD hat eine serielle Adapterplatine und benötigt nur vier Anschlüsse - vcc, Masse, SDA und SCL. SDA geht an Port A4, während SCL an Port A5 geht.

Schritt 2: Teileliste

Sie benötigen folgende Teile:

• Arduino Nano
• 16x2 LCD-Display mit seriellem Adapter, wie LGDehome IIC/I2C/TWI
• 2 220 Ohm Widerstände
• ein 18K Widerstand
• zwei kleine 0-10K Potentiometer
• 5mm IR-LED und IR-Empfängerdiode
• 3mm LED für die Messanzeige
• 5 30mm M3 Schrauben mit 5 Muttern
• eine Feder mit 7 mm Durchmesser für Auslöser und 9-V-Batteriebefestigung. Ich habe meine von ACE bekommen, kann mich aber nicht mehr an die Lagernummer erinnern.
• ein kleines Stück dünnes Blech für diverse Kontakte (meine war ca. 1mm dick) und eine große Büroklammer
• 28AWG-Draht
• ein kleines Stück 16AWG Litze für den Auslöser

Bevor Sie den Drehzahlmesser selbst bauen, müssen Sie das Potentiometerrad für die Empfindlichkeitseinstellung, die Triggerbaugruppe und den Netzschalter bauen.

Schritt 3: STL-Dateien

body_left und body_right bilden den Hauptkörper des Drehzahlmessers. lcd_housing stellt die Gehäusebasis her, die in den Tachometerkörper eingesetzt wird, und das Gehäuse, das das LCD selbst hält. sensor pod bietet Befestigungspunkte für die IR-LED und den Detektor, während battery_vcover die Schiebeabdeckung des Batteriefachs bildet. Trigger und Schalter stellen die gedruckten Teile für diese beiden Baugruppen her.

Ich habe alle diese Teile in PLA gedruckt, aber fast jedes Material wird wahrscheinlich funktionieren. Die Druckqualität ist nicht so entscheidend. Tatsächlich hatte ich beim Drucken der beiden Gehäusehälften Druckerprobleme (d. h. dumme Benutzerfehler) und alles passte immer noch gut.

Wie immer, als ich die Hauptteile druckte, waren verschiedene Dinge etwas falsch. Ich habe diese Probleme in den Dateien in diesem Instructable behoben, aber nicht nachgedruckt, da ich alles mit ein wenig Schaben und Schleifen zum Laufen bringen konnte.

Ich werde die OpenSCAD-Quelldateien einem späteren Schritt anhängen.

Schritt 4: Empfindlichkeitseinstellungsbaugruppe

Ich habe diese Assembly auf Thingiverse veröffentlicht. Denken Sie daran, dass der höhere Widerstand eine höhere Empfindlichkeit bedeutet. In meinem Build erhöht das Vorwärtsbewegen des Rads die Empfindlichkeit. Ich habe es als nützlich empfunden, das empfindlichste Ende am Rad zu markieren, damit ich visuell überprüfen kann, wie die Empfindlichkeit eingestellt ist.

Schritt 5: Trigger-Baugruppe

Mein ursprüngliches Design verwendete ein wenig Draht für den Kontakt auf der Unterseite des beweglichen Teils, aber ich fand, dass ein dünnes Stück Blech besser funktioniert. Das bewegliche Teil verbindet zwei Kontakte auf der Rückseite des Gehäuses. Ich habe ein bisschen 16AWG Litze für die beiden Kontakte eingeklebt.

Schritt 6: Netzschalter

Dies ist der Teil, der mir die meisten Schwierigkeiten bereitet hat, da die Kontakte knifflig geworden sind - müssen genau stimmen. Während der Schalter zwei Anschlüsse zulässt, müssen Sie nur einen verdrahten. Das Design ermöglicht es einer Feder, den Schalter zwischen zwei Positionen zu erzwingen, aber ich habe diesen Teil nicht zum Laufen gebracht.

Kleben Sie die Leitungen in das Gehäuse. Im Drehzahlmessergehäuse ist nicht viel Platz, daher die Leitungen kurz halten.

Schritt 7: Montage

Passen Sie alle Teile trocken in den Körper ein. Schneiden Sie zwei kurze Stücke der Feder ab und fädeln Sie sie durch die Löcher in der Batteriehalterung. Der Sprint in body_left ist VCC, die Feder in body_right ist Ground. Ich habe body_left verwendet, um alle Teile während der Montage zu halten.

Legen Sie die IR-LED und den Detektor flach, wo sie sich gegenüberstehen - langes (positives) Kabel der LED sollte an das kurze Kabel des Detektors und an das Kabel zum D2-Port gelötet werden.

Ich fand es notwendig, die Anzeige-LED mit einem Klecks Kleber zu befestigen.

Das LCD passt sehr eng in das Gehäuse. Tatsächlich musste ich die Platine von mir ein wenig schleifen. Ich habe das Gehäuse etwas vergrößert, damit es hoffentlich besser für Sie passt. Ich habe die Header-Kabel an der LED etwas gebogen, um mehr Platz zu haben, und die Drähte daran angelötet - es ist kein Platz, um dort etwas einzustecken. Das LCD passt nur in eine Richtung in das Gehäuse und die Basis wird auch nur in einer Richtung befestigt.

Alles zusammenlöten und die Teile wieder einbauen. Ich hatte Nano mit Headern - besser wäre eine Version gewesen, die direkt gelötet werden kann. Stellen Sie sicher, dass Sie die LCD-Drähte vor dem Löten durch die LCD-Basis ziehen.

Es sieht alles ziemlich unordentlich aus, da ich die Drähte etwas zu lang gelassen hatte. Schließen Sie das Gehäuse und setzen Sie die Schrauben ein.

Schritt 8: Die Arduino-Skizze

Sie benötigen die Liquid Crystal I2C-Bibliothek, um das LCD anzusteuern.

Wenn Sie den Drehzahlmesser an einen seriellen Monitor anschließen, werden während der Messung Statistiken über den seriellen Monitor gesendet.

Nur für den Fall, dass es Rauschen gibt, habe ich einen einfachen Tiefpassfilter in den Algorithmus integriert. Drei Variablen in der Skizze bestimmen, wie oft der Bildschirm aktualisiert wird (derzeit jede halbe Sekunde), wie oft die Drehzahl berechnet wird (derzeit alle 100msec) und die Anzahl der Messungen im Filterträger (derzeit 29). Bei niedrigen Drehzahlen (z. B. unter 300 oder so) schwankt der tatsächliche Drehzahlwert, aber der Durchschnitt ist genau. Sie können die Filterunterstützung erhöhen, um eine genauere Laufdrehzahl zu erhalten.

Sobald Sie die Skizze geladen haben, können Sie loslegen!

Schritt 9: OpenSCAd-Quellcode

Ich hänge alle openSCAD-Quellen an. Ich mache keine Einschränkungen für diesen Code - Sie können ihn gerne ändern, verwenden, teilen usw., wie Sie möchten. Dies gilt auch für die Arduino-Skizze.

Jede Quelldatei enthält Kommentare, von denen ich hoffe, dass Sie sie nützlich finden. Die wichtigsten Teile des Drehzahlmessers befinden sich im Hauptverzeichnis, der Netzschalter befindet sich im Verzeichnis der Konstrukte, während sich das Pot_wheel und der Auslöser im Komponentenverzeichnis befinden. Alle anderen Quellen werden aus den Hauptteildateien aufgerufen.