Главная » 2013 Апрель 18 » Цифровой вело-спидометр.
01:11 Цифровой вело-спидометр. | |
Для велосипедиста в процессе движения важно знать скорость велосипеда и пройденный путь. Определение длины велопробега довольно просто решается с помощью механического прибора, серийно выпускаемого промышленностью и устанавливаемого на одну из вилок колеса. Механический указатель скорости велосипеда не получил широкого применения.
Вам предлагается несложная схема цифрового велоспидометра, который позволяет измерять скорость велосипеда с погрешностью не более 1…2 км/ч и питается от источника с напряжением 9 В. При включении схема потребляет ток около 30…40 мА. Она реализована на пяти цифровых КМОП-микросхемах серии К564 или К561, одной аналоговой микросхеме К140УД1А и двух цифровых индикаторах К490ИП1, в каждой из которых входят внутренний десятичный счетчик, дешифратор и семисегментный индикатор.
Общий принцип работы цифрового велоспидометра заключается в следующем. Светодиод типа АЛ107Б в инфракрасной области непрерывно генерирует световые импульсы, которые принимаются фотодиодом ФД-9 и далее усиливаются операционным усилителем К140УД1А. Светодиод и фотодиод устанавливаются на вилке одного из колес велосипедиста друг против друга между спицами на расстоянии 1…2 см. Когда спица закрывает световое излучение, то на фотодиоде и выходе операционного усилителя на время пролета спицы устанавливается уровень логического 0. Специальная триггерная схема непрерывно анализирует состояние между входом и выходом оптопары и при исчезновении импульсов с фотодиода формирует сигнал, соответствующий времени пролета спицы между светодиодом и фотодиодом. Далее генерируется определенный интервал времени, в течение которого суммируются все спицы, зафиксированные оптопарой. Полученная сумма и даст скорость велосипеда, так как количество промелькнувших спиц линейно возрастает со скоростью велосипеда. Изменением длины интервала суммирования (счета) добиваются необходимой колибровки прибора.
Принципиальная схема и временные диаграммы работы цифрового велоспидометра приведены соответственно на рис. 1 и 2.
Рис. 1. Принципиальная схема велоспидометра.
(Щелкните по схеме чтобы ее увеличить)
Рис. 2. Временные диаграммы.
На микросхемах DD1.1 и DD1.2 собран генератор импульсов с периодом следования около 20 мкс. Последовательность этих сигналов усиливает и одновременно инвертирует транзистор VII, в коллекторной нагрузке которого включен светодиод VD1 типа АЛ107Б. Импульсы светового излучения на длине волны около 1 мкм принимает фотодиод VD2 типа ФД-9, включенный между входами операционного усилителя DA1. Соотношением резисторов R4 и R5 устанавливают необходимую чувствительность фотоприемной схемы. Транзистор VT2 согласует выход усилителя DA1 с требуемым входным потенциалом КМОП-микросхем. Конденсатор С2 не пропускает постоянную составляющую на базу транзистора VT2. Триггеры DD3.1 и DD3.2 непрерывно следят за состоянием между входом и выходом оптопары. В исходном состоянии, когда спица не закрывает световое излучение, триггер DD3.1 по S-входу устанавливается в единичное состояние, а триггер DD3.2 по R-входу - устанавливается в нулевое состояние. Триггер DD5.1 делит частоту с генератора на микросхемах DD1.1 и DD1.2 на два.
Как только спица велосипеда закрывает световое излучение, импульсы с выхода триггера DD5.1 по синхровходу сбрасывают в нуль триггер DD3.1. Если через два последующих такта не приходит сигнала с фотодиода, то триггер DD3.2 устанавливается в единицу, тем самым формируя фронт 4-1 для суммирования количества спиц. Одновременно по входу R блокируется в нуль триггер DD5.1, запрещая прохождение сигналов со входа оптопары. В таком состоянии схема находится несколько секунд, пока спица закрывает световой поток. Длительность времени пролета спицы определяется скоростью велосипеда и толщиной спицы. Когда открывается световой поток, срабатывает фотодиод VD1, и все триггеры по входам R и S устанавливаются в исходное состояние. Триггер DD5.1 необходим для ликвидации схемы при входе спицы в полосу светового излучения. Микросхемы DD1.5 и DD1.6 совместно с конденсатором С3 и резисторами R8 и R9 образуют генератор импульсов, во время действия которых суммируется количество спиц за определенный промежуток времени (1сч = 100…200 мс). Резистором R8 плавно регулируется длительность интервала счета.
Следует отметить, что у различных типов велосипеда интервал счета также различен. Он определяется в зависимости от радиуса колес, количества спиц и других параметров. Поэтому величина 1сч - для каждого велосипеда устанавливается экспериментально. Схема велоспидометра непрерывно определяет скорость велосипеда с периодом 81сч (от 1 до 1,5 с), в результате чего можно оперативно следить за изменением скорости на определенных участках пути: с горы, при ускорении или торможении.
Причем на время 1сч индикаторы погашены, а на время 1инл = 71сч индицируется сумма количества спиц, которая и определит скорость велосипеда в единицах измерения (км/час) за данный промежуток времени.
Погрешность измерения зависит от стабильности интервала 1сч при изменении уровня питающего напряжения и температуры окружающей среды и не превышает 3…5%.
Схема индикации и счета работает следующим образом.
Тактовые сигналы с генератора на микросхемах DD1.5 и DD1.6 поступают на триггеры DD4.1 и DD4.2, которые делят исходную частоту на четыре. При поступлении с выхода микросхемы DD4.2 фронта восьмого импульса цепочка микросхем DD1.3, DD2.3 и DD2.4 формирует короткий сигнал для сброса в нуль по установочным R-входам триггера DD5.2 и цифровых индикаторов DD6 и DD7. Сигнал логического 0 с инверсного выхода микро-схемы DD5.2 гасит индикацию по входу Г DD6 на время 1сч. Одновременно импульс логической 1 с прямого выхода микросхемы DD5.2 разрешает на время 1сч проход сигналов суммирования 1 с микросхемы DD2.2.
В состав индикатора DD7 входит внутренний десятичный счетчик, который суммирует эти сигналы. При поступлении на счетчик DD7 десятого импульса на выходе Р формируется сигнал переноса, который поступает на индикатор DD6. Первым после-дующим тактом с генератора триггер DD5.2 переходит в нулевое состояние, в результате чего запрещается счет импульсов и высвечивается сумма количества спиц на время 71сч. Далее цикл повторяется вновь. Резисторы R11 и R12 уменьшают яркость свечения индикаторов, сокращая потребляемую мощность от источника питания. Велоспидометр включается в работу кнопкой SВ1. В первый такт измерения (около 1 с) за счет переходных процессов возможно неверное определение скорости велосипеда, после чего каждую секунду высвечивается точное значение скорости до выключения питания.
Наладку спидометра начинают с проверки осциллографом работы генератора на микросхемах DD1.1 и DD1.2. На коллекторе транзистора VT1 должна быть последовательность импульсов с периодом следования около 20 мкс. Далее размещают светодиод и фотодиод друг против друга на расстоянии 1…2 см и проверяют наличие импульсов на выходе операционного усилителя DA1. Резисторами R4 и R5 устанавливают такую чувствительность фотоприемной схемы, при которой еще сохраняются сигналы на коллекторе транзистора VT2 при увеличении расстояния между светодиодом и фотодиодом до 4…5 см. Проверяют исходное состояние триггеров DD5.1, DD3.1 и DD3.2 согласно временным диаграммам (рис. 2). Затем налаживают схему индикации и счета. Длительность импульсов на выходе 13 микросхемы DD5.2 должна плавно регулироваться резистором R8 в пределах от 100 до 200 мс. Подается напряжение 9 В на входы Г индикаторов DD6 и DD7 и на выход 5 микросхемы DD2.2, а входы R индикаторов DD6 и DD7 заземляют. Если между светодиодом и фотодиодом поместить предмет толщиной, со спицу велосипеда, то на индикаторах должна прибавиться единица. После этого следует восстановить схему согласно рис. 1. Калибровку схемы производят в процессе движения резистором R8.
О заменах деталей.
Вместо фотодиода ФД-9 можно использовать фотодиоды ФД-10, ФД-5, ФД26К, ФД27К, ФД265А, но тогда уменьшится чувствительность схемы, которую можно увеличить изменением резисторов R4 и R5. Возможно использование светодиодов АЛ107А, АЛ107Б, АЛ115А, АЛ115Б, АЛ118А, АЛ118Б, а также операционных усилителей К140УД1Б. Микросхемы серии К564 можно заменить серией К561, которая более критична к уровню питающего напряжения и исполнена в другом пластмассовом корпусе. Подстроечный резистор R3 типа СПЗ-16а, однако лучше применять резисторы с фиксатором ручки потенциометра, так как в процессе езды возможны толчки и смещение движка резистора. Тип разъемов XI-X5 можно выбрать по своему усмотрению, но для обеспечения надежности лучше использовать разъемы с резьбовым соединением.
Конструкция и установки схемы.
Вид печатной платы велоспидометра представлен на рис. 3 и 4. Она изготовлена из двухстороннего стеклотекстолита и установлена вместе с источником питания GB1 в специальный герметичный корпус с разъемами XI-X5.
Рис. 3. Печатная плата велоспидометра:
а - со стороны деталей; б - с противоположной стороны.
Рис. 4. Расположение деталей на плате велоспидометра.
На рис. 5 показана плата индикаторов, которая крепится либо на торцевой части коробки, либо на руле велосипеда и соединяется с основной схемой гибкими проводниками.
Рис. 5. Печатная плата индикатора:
а - со стороны деталей; б - с противоположной стороны.
Возможные варианты установки рабочих элементов схемы на велосипеде представлены на рис. 6 и 7. В первом варианте корпус со схемой, индикаторами, источником питания крепится под рулем велосипеда. Светодиод и фотодиод устанавливается на передней вилке, а кнопка В1 - на руле. Во втором варианте оптопара крепится на заднем колесе, схема с источником питания - под сиденьем, а индикаторы с кнопкой - на руле. Можно положить корпус со схемой просто в кобуру для ключей. Тип крепления элементов к раме каждый радиолюбитель может выбрать по своему усмотрению в зависимости от размеров, конструкции вилок и типа велосипеда.
Рис. 6. Расположение велоспидометра в передней части велосипеда.
Рис. 7. Расположение велоспидометра в задней части велосипеда.
Автор неизвестен
| |
|
| |
| Всего комментариев: 0 | |