Тахометр на ардуино датчик холла: Тахометр на основе Ардуино | Дух Творца

Модуль датчика Холла с датчиком A3144 показан ниже.

Этот модуль имеет 4 контакта: Vcc для питания +5 В, GND для земли, D0 для цифрового выхода и A0 для аналогового выхода. Здесь мы подключим контакт Vcc модуля датчика к +5V, а GND к GND Arduino. Цифровой выход D0 модуля датчика Холла подключен к контакту 2 Arduino. Это как показано.

Теперь нам нужен мотор, обороты которого мы хотим измерить. Здесь мы использовали

Для питания двигателя постоянного тока мы использовали переменный источник питания постоянного тока, который может обеспечивать максимальное напряжение до 12 В и максимальный ток до 2 А. Преимущество использования такого источника питания заключается в том, что мы можем знать как ток, так и напряжение, при которых мы измеряем обороты, и, следовательно, мы можем рассчитать другие параметры двигателя. Установка с блоком питания, двигателем с магнитом, датчиком и Arduino показана ниже.

Модель Simulink для тахометра

На рисунке ниже показана имитационная модель, используемая здесь.

Блок датчика тахометра можно найти в библиотеке simulink в разделе Поддержка Simulink для оборудования Arduino > Датчик. Блок отображения можно найти в разделе Simulink > Commonly used blocks > Sinks.

Мы можем настроить свойства блока Tachnometer, дважды щелкнув по нему. Там мы можем указать, какой вывод использовать в качестве входа и шаг расчета. Здесь использовалась настройка по умолчанию: вывод 2 для ввода и время выборки 0,1 секунды.

Прежде чем мы начнем моделирование в реальном времени, мы должны настроить аппаратную плату, которую будем использовать. В нашем случае мы используем Arduino Uno. Аппаратную плату можно выбрать на вкладке «Оборудование», затем перейти в «Настройки оборудования», а затем в «Реализация оборудования». Это показано ниже.

После настройки аппаратной платы мы можем развернуть код, сгенерированный Simulink, и затем запустить симуляцию в реальном времени. Для этого нажмите кнопку Monitor & Tune, как показано на рисунке.

Во время аппаратной симуляции в реальном времени включите двигатель и переместите датчик тахометра к вращающемуся магниту. Рассчитанное значение RPM будет показано в блоке дисплея, как показано ниже.

 Как видите, значение RPM равно 2400. Это зависит от напряжения и тока, подаваемых на двигатель. Во время моделирования в реальном времени мы можем изменять напряжение и ток и наблюдать за оборотами двигателя постоянного тока.

Демонстрационное видео

Ниже представлено видео, показывающее, как работает самодельный тахометр с использованием датчика Холла A4133, неодимового магнита, Arduino и Simulink.

Заключение и резюме

В этом отчете мы показали, как можно сделать самодельный тахометр , используя датчик Холла , неодимовый магнит, Arduino и Simulink. Конструкция и работа этого тахометра очень просты. Это не требует никакого программирования, кроме создания модели simulink с блоком датчика тахометра. Его довольно легко собрать и получить обороты двигателя. Здесь мы проиллюстрировали это, используя регулируемый источник питания для записи тока и напряжения, подаваемых на двигатель постоянного тока.

Применение тахометра включает в себя автоматическое управление двигателем постоянного тока, управление датчиком влажности и температуры DHT11 с помощью Arduino при обнаружении определенного порога оборотов и другие подобные приложения.

Теги: Проект Arduino Simulink

4,94 / 169 ставок

Датчики Холла — физические вычисления

Содержание

1. Введение
2. Эффект Холла
3. Датчики Холла
   1. Применение датчиков Холла
   2. Аналоговый и двоичный выход
      1. Аналоговые датчики Холла
      2. Двоичные датчики Холла (с переключателями)

      90500

      Герконы Датчик Холла
      1. Подключение DRV5055
      2. Реакция датчика на магнитное поле
4. Делаем вещи
5. Делаем магический магнитный осветлитель светодиодов
   1. Workbench Video
   2. Улучшение схемы
6. Сделать магнитный магнитный магнитный магнитный магнитный магнитный

   На этом уроке вы познакомитесь с двумя типами магнитных датчиков: датчиками Холла и герконами. Затем вы будете использовать датчик Холла DRV5055 для создания простой схемы светодиода с автояркостью сначала без, а затем с микроконтроллером.

   Введение

   Магнитные датчики, такие как герконы и датчики Холла, реагируют на присутствие магнитного поля. Это действительно вездесущие датчики, которые можно найти во всем: от автомобильных цепей управления и систем контроля жидкости до электронных устройств, таких как мобильные телефоны и компьютеры. В то время как герконы являются электромеханическими: два внутренних контакта физически замыкаются, когда правильно ориентированное магнитное поле находится в пределах допустимого диапазона, датчики Холла являются твердотельными преобразователями (без движущихся частей): они преобразуют магнитную энергию в электрическую и могут либо использоваться в качестве аналоговых датчиков или переключателей.

   Основным преимуществом датчиков на основе магнита является то, что сам магнит не нуждается в питании и даже может быть полностью заключен в движущуюся часть, такую ​​как окно, колесо, турбина и т. д. и т. д. Например, велосипедный тахометр работает, прикрепляя магнит к велосипедному колесу (которое вращается), в то время как датчик Холла или геркон прикрепляется к вилке колеса и используется микроконтроллером для подсчета оборотов. Датчики на основе магнитов также обычно используются для отслеживания вращения электродвигателей постоянного тока, которые уже содержат магниты для питания двигателя.

   Два примера системы слежения за колесами велосипеда (слева и посередине), а также велосипедный спидометр. Как правило, эти системы изготавливаются с датчиками на эффекте Холла или герконами для измерения оборотов колеса, которые преобразуются в расстояние и скорость с помощью небольшого компьютера с дисплеем (часто установленным на руле). Примечание: чтобы использовать эту систему, велосипедист должен сначала выполнить шаг калибровки, переместив колесо на заданное расстояние (тем самым предоставив необходимые данные для преобразования оборотов в расстояние).

   Эффект Холла

   Как взаимодействуют электрические и магнитные поля? Возможно, вы помните, что электрический ток создает магнитное поле (вспомните правило правой руки из школьного курса физики). Но влияет ли магнитное поле на ток? Да!

   Электричество и магнетизм давно интересовали людей, но считались отдельными явлениями. Только в конце 19-го века, когда Джеймс Максвелл опубликовал Трактат об электричестве и магнетизме , электричество и магнетизм были объединены в одну взаимосвязанную силу: электромагнетизм. Но остались ключевые вопросы, в том числе, наиболее актуальные для нас: как сделать магниты взаимодействуют с электрическим током ?

   Входит Эдвин Холл. Будучи аспирантом Университета Джона Хопкинса в 1879 году, Холл открыл «эффект Холла», который представляет собой создание небольшой разницы напряжений на электрическом проводнике поперек электрического тока при приложении магнитного поля (Википедия). Эта анимация от How to Mechatronics помогает продемонстрировать эффект. Когда вводится магнит, он отталкивает отрицательные заряды на одну сторону проводника, создавая асимметричное распределение заряда (перпендикулярно потоку тока) на проводнике. Это разделение заряда создает новое электрическое поле с небольшим электрическим потенциалом (часто в милливольтах), который можно измерить мультиметром или подобным устройством.

   Анимация из книги «Как сделать мехатронику»

   Обратите внимание, что хотя анимация показывает прекращение тока в проводнике во время эффекта Холла, это не так. Ток продолжает течь даже в присутствии магнитного поля. Анимация также не показывает, что при переворачивании магнита эффект Холла также меняется на противоположный: отрицательные и положительные заряды сместятся в противоположные стороны проводника (и опять же, это смещение равно поперечных к потоку тока).

   Запутались? Все нормально!

   Чтобы лучше понять эффект Холла, посмотрите это 5-минутное видео от профессора Боули из Ноттингемского университета. Он предоставляет замечательный набор визуальных экспериментов и объяснений (лучшее из того, что мы видели), которые должны прояснить ситуацию:

   В этом замечательном видео из Ноттингемского университета профессор Боули объясняет физику эффекта Холла.

   Датчики Холла

   9Датчики на эффекте Холла 0002 используют «эффект Холла» для измерения величины проксимального магнитного поля. Точнее, датчики на эффекте Холла измеряют «магнитный поток» (\(Φ\)), который представляет собой полное магнитное поле \(\vec{B}\), проходящее через заданную область \(\vec{A}\) (где A — площадь чувствительного элемента по нормали к магнитному полю): \(Φ = \vec{B} \cdot \vec{A}\). В то время как индуктивные датчики реагируют на изменяющихся магнитных полей, одно из преимуществ датчиков Холла заключается в том, что они работают со статическими (неизменяющимися) полями. Таким образом, датчик Холла может реагировать на магнит, даже если он не движется.

   Смоделированный магнитный поток магнита NdFeB. Изображение из таблицы данных датчика Холла DRV5055.

   Поскольку векторы магнитного поля текут от северного полюса магнита к южному, магнитный поток будет изменяться в зависимости от ориентации магнита относительно датчика Холла. Величина магнитного потока максимальна, когда полюса магнита ортогональны датчику. Чтобы узнать больше о магнитном потоке, посмотрите этот урок Академии Хана.

   Применение датчика Холла

   9Датчики Холла 0002 используются в различных потребительских и промышленных приложениях, от автомобильной промышленности до мониторинга жидкостей и автоматизации зданий. Некоторые приложения, такие как определение положения сиденья и ремня безопасности, используют датчики на эффекте Холла для локализации объектов, в то время как другие используют датчики на эффекте Холла для бесконтактных измерений постоянного тока (измерение индуцированного магнитного поля с помощью тока через провод). Одни только современные автомобили содержат 10 или более датчиков Холла для всего, от определения положения стеклоочистителей до педалей тормоза и газа и системы зажигания (Landuyt et al. , SPLC’14).

   В своем справочнике по датчикам Холла Honeywell предлагает десятки идей по применению:

   Подмножество идей по применению датчиков Холла, представленных в справочнике Honeywell.

   Аналоговый и двоичный выход

   Датчики Холла могут обеспечивать либо аналоговый , либо двоичный выход. В любом случае это активных датчика с тремя контактами (\(V_{CC}\), \(GND\) и \(Out\)).

   Аналоговые датчики Холла

   В предыдущих уроках мы рассмотрели резистивные датчики, такие как чувствительные к силе резисторы и фоторезисторы, которые изменяют свое сопротивление в зависимости от внешнего воздействия. Напротив, аналоговый датчик на эффекте Холла выдает переменное напряжение . Это напряжение прямо пропорционально воспринимаемой плотности магнитного потока.

   Бинарные датчики Холла (на основе переключателей)

   Некоторые датчики Холла действуют как переключатели: либо включены (при наличии достаточно сильного магнитного поля), либо выключены (в противном случае). Например, US5881LUA, продаваемый Adafruit, обычно имеет размер 9.0253 ВЫСОКИЙ , но переключается на НИЗКИЙ при наличии южного магнитного полюса . Некоторые переключатели на эффекте Холла фиксируются и остаются в активированном состоянии даже при удалении магнита. Например, фиксирующий датчик Холла US1881 переключается на ВЫСОКИЙ при наличии магнитного полюса северный , но остается в этом состоянии даже после удаления магнита и до тех пор, пока не будет обнаружен магнитный полюс южный .

   Для получения бинарного выхода эти датчики Холла имеют дополнительный внутренний элемент, называемый триггером Шмитта, подключенный к аналоговому выходу, который преобразует внутренний аналоговый выходной сигнал во внешний цифровой выход ( ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ ). Смотрите это видео от «Как к мехатронике».

   Герконы

   Изображение из Википедии.

   Хотя некоторые датчики на эффекте Холла выдают бинарный выходной сигнал ( HIGH или LOW ) и, таким образом, могут работать как переключатели, их не следует путать с герконами, которые являются электромеханическими устройствами. В герконовом переключателе два контакта из ферромагнитного металла замыкаются в присутствии магнитного поля (в остальном они нормально разомкнуты). Поскольку геркон представляет собой механическое устройство, контакты переключателя со временем изнашиваются. Смотрите анимации ниже.

   3 Активация замедленной съемки из Википедии.

   Геркон — это пассивный датчик: его контакты замыкаются в присутствии магнитного поля независимо от того, включен ли он в цепь. В отличие от датчиков Холла, герконы не чувствительны к полярности магнитного поля; однако магнитное поле должно быть параллельно камышам — либо с севера на юг, либо с юга на север. См. рисунок ниже.

   В датчике на эффекте Холла плотность магнитного потока через датчик максимальна, когда магнитный полюс направлен непосредственно на датчик. У геркона магнитные полюса должны быть параллельны датчику. Изображение получено от KJMagnetics.

   Вот видео, демонстрирующее работу геркона с тремя различными магнитами от K&J Magnetics:

   Датчик Холла DRV5055

   В наших комплектах оборудования мы предоставляем логометрический линейный датчик Холла DRV5055 Texas Instruments (TI), который изменяет свое выходное напряжение пропорционально плотности магнитного потока. Ратиометрический означает, что выходное напряжение датчика пропорционально напряжению питания (\(V_{CC}\)).

   DRV5055 может работать с источниками питания 3,3 В и 5 В (с допуском +/- 10 %). Датчик может сниматься на частоте 20 кГц. Чтобы обеспечить надежное выходное напряжение в различных условиях развертывания, микросхема DRV5055 включает в себя схемы температурной компенсации, компенсацию механических напряжений, преобразование сигнала и усиление. Таким образом, несмотря на небольшой размер, в этот аппарат встроено значительное количество сложного оборудования.

   Доступны две упаковки: для поверхностного монтажа SOT-23 (левая схема внизу) и для сквозного монтажа TO-92 (справа). Мы будем использовать сквозной пакет (ТО-92).

   Два корпуса DRV5055 с конфигурацией контактов и расположением элемента Холла помечено красным (в центре датчика) , ногу 2 к \(GND\), а ногу 3 к аналоговому входному контакту на вашем Arduino (скажем, A0 ).

   *TI рекомендует соединить ветвь 1 с керамическим конденсатором с заземлением емкостью не менее 0,01 мкФ. это называется развязывающий конденсатор (или шунтирующий конденсатор) и является обычным дополнением, помогающим сгладить подачу напряжения во время работы датчика. См. схему подключения ниже. Хотя это не является абсолютно необходимым — и у некоторых из вас может не быть доступа к керамическим конденсаторам — это рекомендуется (это повысит производительность и надежность). Чтобы увидеть влияние добавления развязывающего конденсатора на подачу напряжения на микросхему, посмотрите это видео. Дэйв Джонс из EEVblog также предлагает хороший урок на доске (ссылка).

   Мы включили две эквивалентные проводки Arduino. Левая диаграмма включает макетную плату, которая, по нашему мнению, может немного сбить с толку тех, кто все еще знаком с макетными платами. Средняя схема — та же разводка, но без макетной платы. Схема справа скопирована/вставлена ​​непосредственно из таблицы данных DRV5055.

   Реакция датчика на магнитное поле

   Итак, как выходной контакт DRV5055 (ножка 3) реагирует на магнитное поле?

   При отсутствии магнитного поля аналоговый выход управляет половиной от \(V_{cc}\). Итак, на Arduino Uno AnalogRead(A0) вернет 512 (1023/2) в состоянии по умолчанию (без магнита). Затем выходной сигнал датчика будет линейно изменяться в зависимости от приложенной плотности магнитного потока. Если южный полюс магнита обращен к датчику, аналоговый выход увеличится между \(V_{cc}/2\) — \(V_{cc}\). Если северный полюс обращен к датчику, выходное напряжение уменьшится с \(V_{cc}/2\)) до 0 В. См. приведенный ниже график магнитного отклика и раздел 7.3.2 технического описания DRV5055.

   График магнитного отклика датчика Холла DRV5055. На диаграмме справа показан южный полюс магнита, ортогональный сенсорной поверхности, что приводит к положительному \(\vec{B}\) и аналоговому выходному напряжению > \(V_{cc}/2\). Если ориентация магнита изменена таким образом, что северный полюс обращен к датчику, то \(\vec{B}\) будет отрицательным, а аналоговое выходное напряжение будет находиться в диапазоне от 0 до \(V_{cc}/2\) .

   Давайте сделаем что-нибудь

   Сначала мы собираемся использовать датчик Холла в простой схеме без микроконтроллера, а затем покажем, как использовать датчик с Arduino.

   Сделайте волшебный магнитный осветлитель светодиодов

   Давайте воспользуемся датчиком эффекта Холла для автоматического изменения яркости нашего светодиода. Напомним, что \(V_{out}\) увеличивается по мере приближения к южному полюсу магнита, а \(V_{out}\) уменьшается по мере приближения к северному полюсу. Давайте используем это свойство для управления яркостью нашего светодиода.

   Даже с этой простой схемой открывается множество творческих возможностей: представьте себе свет в стиле Гарри Поттера, который включается только тогда, когда палочка волшебника находится рядом (светильник будет содержать датчик Холла, а палочка — магнит).

   В техническом описании DRV5055 указано, что максимальный непрерывный выходной ток составляет 1 мА. Используя закон Ома, мы можем рассчитать безопасное значение сопротивления токоограничивающего резистора, чтобы светодиод не потреблял слишком много тока. \(I=\frac{V_{cc} — V_f}{R} \to 1mA=\frac{5V-2V}{R} \to R=\frac{3V}{0,001A} = 3000Ω\). Итак, мы будем использовать 3,3 кОм.

   Мы включили две схемы подключения: слева рекомендуемая схема подключения согласно спецификации DRV5055 с развязывающим конденсатором, а справа такая же схема подключения, но без конденсатора. Оба будут работать одинаково для наших целей, поэтому, если у вас нет под рукой конденсатора, просто сделайте схему справа.

   Видео верстака

   А вот видео верстака, демонстрирующее схему (без конденсатора). Во второй половине видео показаны два мультиметра: один для измерения тока в цепи, а другой для измерения выходного напряжения датчика Холла.

   Мое голосовое повествование довольно мягкое, так как я записал видео рано утром и не хотел беспокоить свой дом! 😀

   Улучшение схемы

   Что, если бы мы хотели подать более 1 мА через наш светодиод? У нас есть два варианта:

   1. Как и в случае с нашей схемой фоторезистора, мы можем изменить нашу схему, чтобы использовать транзистор . В этом случае выход датчика Холла будет подключен к транзистору, который будет управлять током через наш светодиод. Если у вас есть транзистор, не стесняйтесь попробовать это!
   2. Мы могли бы перейти к использованию микроконтроллера, что мы и собираемся сделать!

   Создание волшебного магнитного осветлителя светодиодов на основе Arduino

   Давайте адаптируем нашу схему для использования Arduino. Мы создадим одну схему для считывания показаний датчика Холла на A0 и другую схему для включения и автоматического увеличения яркости светодиода с помощью ШИМ (через контакт 3 GPIO).

   Схема Arduino на эффекте Холла

   Ниже мы приводим две схемы подключения: одну с развязывающим конденсатором (0,01 мкФ) и одну без него. Развязывающий конденсатор необходим для обеспечения постоянного напряжения питания во время работы датчика Холла; однако это не обязательно для простого прототипирования и обучения.

   Код

   Наш код самый простой из возможных. Мы просто считываем выходное напряжение датчика Холла на A0 и напрямую переводим его в ШИМ-выход светодиода. Напомним, что датчик на эффекте Холла выдает \(V_{cc}/2\), когда магнит отсутствует. Таким образом, светодиод «включен наполовину» ( AnalogWrite(LED_PIN, 128) ) без магнита, полностью яркий, когда южный полюс обращен прямо перед датчиком, и полностью выключен, когда северный полюс обращен прямо к датчику. перед датчиком.

   Одно простое изменение, которое вы можете попробовать: когда магнита нет, выключите светодиод. При обнаружении южного или северного полюса магнитного поля яркость светодиода увеличивается соответствующим образом.

   Этот исходный код находится на GitHub.

   Workbench Video

   Ссылки

   • TI DRV5055 DataShing Teet, Texas Instruments
   • Эффект зала.
   • Датчики Холла, Ludic Science
   • Учебное пособие по Arduino: тахометр (счетчик оборотов), InterlinkKnight
   • Учебное пособие по байпасному конденсатору, EEVblog

   Цитаты

   , Свен Мейнкенс, Гьялт де Йонг, Оливье Баре и Матье Ашер. 2014. На пути к управлению изменчивостью конструкции безопасности автомобильного датчика Холла. В материалах 18-й Международной конференции по линейке программных продуктов — Том 1 (SPLC ’14).

   Похожие записи

   

   28.08.2023 0

   Датчик вентилятора ваз 2106. Датчик вентилятора ВАЗ 2106: особенности, устройство и замена

   

   13.08.2023 0

   Распиновка датчика скорости ваз 2115. Датчик скорости ВАЗ 2115: расположение, принцип работы и замена

   

   12.08.2023 0

   Принцип работы термодатчика. Датчики температуры: типы, принципы работы и применение в геотехническом мониторинге

   Добавить комментарий Отменить ответ

   Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

   Комментарий *

   Имя *

   Email *

   Сайт

   Герконовый переключатель Анимация	Видео активации замедленной съемки