Схема счетчика импульсов. Счетчики импульсов: принцип работы, виды и применение в промышленности

Что такое счетчик импульсов. Как работают электронные и механические счетчики импульсов. Какие виды счетчиков импульсов существуют. Где применяются счетчики импульсов в промышленности и производстве. Как выбрать подходящий счетчик импульсов для конкретной задачи.

Содержание

Что такое счетчик импульсов и как он работает

Счетчик импульсов — это устройство, предназначенное для подсчета количества поступающих на его вход электрических сигналов (импульсов). Принцип работы счетчика импульсов основан на преобразовании входных импульсов в цифровой код, который затем отображается на дисплее или передается в систему управления.

Основные компоненты типичного электронного счетчика импульсов включают:

Входную цепь для приема и нормализации импульсных сигналов
Счетный регистр для накопления количества импульсов
Дешифратор для преобразования двоичного кода в десятичный
Устройство индикации (светодиодный или ЖК-дисплей)
Микроконтроллер для обработки данных и управления работой счетчика

При поступлении импульса на вход счетчика происходит инкремент (увеличение на единицу) значения в счетном регистре. Это значение преобразуется в десятичный вид и выводится на дисплей.

Основные виды счетчиков импульсов

Существует несколько основных видов счетчиков импульсов, различающихся по принципу действия и конструкции:

1. Электромеханические счетчики

Это простейший тип счетчиков, в которых подсчет осуществляется с помощью механической системы шестеренок и колесиков. При поступлении импульса происходит поворот счетного механизма на один шаг. Такие счетчики надежны и не требуют питания, но имеют ограниченное быстродействие.

2. Электронные цифровые счетчики

Наиболее распространенный в настоящее время тип счетчиков. Работают на базе микроконтроллера, который обрабатывает входные сигналы и выводит результат на цифровой дисплей. Обладают высоким быстродействием и широкими функциональными возможностями.

3. Программируемые счетчики

Продвинутый вариант электронных счетчиков с возможностью программирования различных режимов работы и дополнительных функций. Позволяют настраивать параметры счета, пороговые значения, выходные сигналы и т.д.

Области применения счетчиков импульсов в промышленности

Счетчики импульсов широко используются в различных отраслях промышленности и производства для решения следующих задач:

Подсчет количества выпущенной продукции на конвейерных линиях
Измерение частоты вращения валов и других движущихся механизмов
Учет потребления энергоресурсов (электричество, вода, газ)
Контроль наработки оборудования и межсервисных интервалов
Измерение длины, площади или объема материалов
Дозирование жидких и сыпучих материалов

Как выбрать подходящий счетчик импульсов

При выборе счетчика импульсов для конкретной задачи необходимо учитывать следующие параметры:

Тип входного сигнала (напряжение, ток, частота)
Требуемая скорость счета (максимальная частота входных импульсов)
Разрядность счетчика (максимальное отображаемое значение)
Наличие дополнительных функций (предустановка, сброс, фиксация показаний)
Тип выходного интерфейса для подключения к системам управления
Условия эксплуатации (температура, влажность, вибрации)

Правильный выбор счетчика импульсов позволит обеспечить точный учет и контроль технологических процессов на производстве.

Преимущества использования современных счетчиков импульсов

Современные электронные и программируемые счетчики импульсов обладают рядом преимуществ по сравнению с механическими аналогами:

Высокая точность и стабильность показаний
Возможность работы на высоких частотах (до нескольких МГц)

Широкий диапазон настроек и режимов работы
Наличие интерфейсов для подключения к системам автоматизации
Компактные размеры и удобство монтажа
Длительный срок службы без необходимости обслуживания

Использование таких счетчиков позволяет повысить эффективность производственных процессов и качество выпускаемой продукции.

Особенности подключения и настройки счетчиков импульсов

При подключении и настройке счетчика импульсов необходимо учитывать следующие моменты:

Правильный выбор типа датчика, формирующего входные импульсы
Согласование уровней входных сигналов счетчика и датчика
Настройка параметров счета (коэффициент умножения, предделитель)
Конфигурирование выходных сигналов и интерфейсов
Калибровка счетчика для обеспечения требуемой точности измерений

Корректная настройка счетчика импульсов позволит получить достоверные данные о контролируемом процессе и избежать ошибок в учете.

Перспективы развития технологий счета импульсов

Развитие технологий в области счетчиков импульсов идет по следующим направлениям:

Повышение быстродействия и разрядности счетчиков
Расширение функциональных возможностей и режимов работы
Интеграция счетчиков в системы промышленного интернета вещей (IIoT)
Применение технологий машинного обучения для интеллектуальной обработки данных
Миниатюризация и снижение энергопотребления счетчиков

Эти тенденции позволят создавать более совершенные системы учета и контроля в промышленности, повышая эффективность производственных процессов.

Разработка универсального счетчика импульсов / Хабр

В производстве и на конвейерных линиях часто возникает задача подсчета продукции или операций оборудования. Во многих случаях станки уже имеют комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих получить данную информацию. Также существуют специализированные счетчики, адаптированные под конкретную задачу или оборудование. Но при наличии разнотипного оборудования затраты на программное сопряжение становятся существенными. Хотелось бы иметь простой универсальный счетчик, который легко адаптируется под разные задачи и передает события на сервер для дальнейшей аналитики. Об опыте разработке такого счетчика и пойдет речь в данной статье.

Оптические датчики и их особенности

Чаще всего при подсчете продукции или отслеживании механического перемещения внешним датчиком используются оптические датчики барьерного, рефлекторного или диффузионного типа.

Рисунок 1. Типы датчиков (И — источник, П — приемник, О — объект).

Принцип работы барьерного датчика очень простой — имеются разнесенные в пространстве источник света и приемник, между ними проходят объекты, тем самым закрывая источник света от приемника. Полученный сигнал с фотоприемника коррелирует с прохождением объекта и практически не требует обработки. Однако системы с таким датчиком не лишены недостатков — обычно это несколько модулей, требуется прокладка кабелей и юстировка оптической системы. В случае рефлекторного и диффузионного типа датчиков установка проще, так как источник и приемник находятся в одном корпусе. Рефлекторный датчик принимает отраженный от объекта или специальной отражающей метки свет, а диффузионный — рассеянный, учитывая при этом его интенсивность. Но для датчиков этих типов полученный сигнал требует дальнейшей обработки. Вне зависимости от выбранного типа датчика, для счета обычно используется независимый микрокомпьютерный или микропроцессорный блок как отдельное устройство.

Первый прототип датчика

Так как нам хотелось бы иметь устройство в едином корпусе, максимально адаптируемое под разные задачи, было решено: во-первых, использовать датчик работающий на отражение, во-вторых, реализовать блок подсчета на встроенном компьютере.

За отправную точку было решено взять аналоговую часть универсального тахометра, который работает на отраженном свете. В этом случае на движущийся механизм (например, вал) крепится яркая светоотражающая метка, наводится луч света, и прибор показывает частоту вращения. Источником света может выступать как лазер, так и обычный светодиод. В первом прототипе нашего счетчика импульсов за источник света был взят светодиод, использовалась линза с фокусным расстоянием 35 мм. На одном операционном усилителе был собран компаратор, на другом буферный элемент. Также была собрана цепочка, обеспечивающая плавающий порог срабатывания компаратора.

Принципиальная схемаРисунок 2. Первый прототип датчика — принципиальная схема.

Испытания показали работоспособность в диапазоне 10-30 см с очень контрастными метками (использовали световозвращающий скотч). Но такой результат нас еще не устраивает, так так датчик на просвет работает на значительно больших расстояниях. Также система оказалась чувствительна к включению/выключению освещения в помещении, и при использовании подобного подхода от этого недостатка избавиться не получится.

Второй прототип датчика

В следующей версии для улучшения чувствительности и расстояния срабатывания датчика добавили гистерезис, настраиваемый с помощью подстроечного резистора. Остальные элементы были подобраны эмпирически в предыдущих опытах.

Принципиальная схемаРисунок 3. Второй прототип датчика — принципиальная схема.

Второй прототип работал лучше предыдущего — увеличилось расстояние срабатывания и снизились требования к отражающим характеристикам меток. Однако все еще имеется ряд проблем. Во-первых, на низкой скорости движения объектов был замечен пропуск импульсов. Это связано с тем, что схема плавающего порога успевала подстроиться под изменения. Во-вторых, при глянцевой поверхности объекта счетчик давал много ложных срабатываний, так как не хватало гистерезиса. Но поднимать гистерезис бесконечно нельзя, система просто перестанет реагировать на обычные метки. И в-третьих, что самое печальное, в некоторых случаях счетчик ловил пульсацию бюджетного освещения в производственных помещениях.

Третий прототип датчика

В результате проведенных опытов стало понятно, что нельзя обойтись без дополнительной настройки системы, которую можно осуществить только с помощью микроконтроллера. Также для исключения влияния помех от фонового освещения решили добавить модуляцию опорного сигнала и преобразование Фурье на приемнике. Корпус уже был разработан и изготовлен на предыдущих этапах, и нам хотелось вписаться в его габариты. Так выбор пал на практически единственный вариант — STM32G030J6M6 Cortex — M0+ c ADC 2.5Msps в корпусе SOIC-8. Отличное решение для непрерывной обработки данных от АЦП. Общение с микроконтроллером осуществляется по шине I2C.

Принципиальная схемаРисунок 4. Третий прототип датчика — принципиальная схема.

На операционном усилителе собран трансимпедансный усилитель тока фотодиода. Лазер модулируется дискретным сигналом от таймера, потому что в данном случае нет необходимости получать чистый синус. Для совместимости с предыдущими решениями был сделан дискретный вывод для использования аппаратного счетчика событий (1й пин разъема P1), а конфигурация осуществляется один раз при старте системы. Таким образом, сохраняется полная преемственность с уже написанным ПО.

В микроконтроллере реализованы генерация сигнала ШИМ, обработка оцифрованных данных и общение по I2C. За генерацию ШИМ отвечает таймер, синхронизированный с АЦП. Данные передаются в память по DMA и обрабатываются по половинам — пока заполняется первая половина буфера, вторая анализируется. Сам алгоритм обработки данных получится следующий:

Рисунок 5. Алгоритм обработки данных

Микрокомпьютер

С оптическим датчиком разобрались, теперь вернемся к самому устройству. Помимо датчика, нам также нужно реализовать подсчет импульсов и отправку данных на сервер для дальнейшей аналитики. Со всем этим справится одноплатный компьютер. Основные требования к нему следующие:

возможность запускать программу на Python 3,
место для пары сетевых библиотек,
интерфейсы Ethernet и Wi-Fi для связи с сервером,
питание по micro USB или PoE,
производительность — не критично,
время включения — не более 2 минут,
хранилище данных не требуется, так как мы хотим передавать их на сервер, и буфера в оперативной памяти будет достаточно.

Сначала мы использовали Orange Pi zero, однако, учитывая их немалые габариты и невозможность нормально сделать PoE, решено было поискать другие варианты. Так взгляд пал на одноплатный компьютер VoCore, характеристики которого полностью подходили под задачу. Изучив предложения на китайском рынке, был найден очень похожий вариант выпускаемый массово — процессор RT5350, 32Mb RAM, 8/16Mb Flash.

Рисунок 6. Одноплатный компьютер VoCore.

Он немного больше, чем оригинальный VoCore, зато под модулем остается место для размещения компонентов, а также у модуля есть удобный разъем для подключения к основной плате. Схематика незначительно отличается от оригинального VoCore, так что конфигурацию от VoCore можно легко адаптировать под китайского товарища.

Конструктив

Рисунок 7. 3Д модель счетчика.

Для удобство калибровки системы было решено дать одну степень свободы оптическому датчику, разместив его в отдельной поворотной голове.

Рисунок 8. Поворотная часть корпуса.

От люфта и случайного поворота защищает пружина и фрикционная шайба. Для большинства задач этого оказывалось достаточно. Материнская плата, модуль PoE и сам компьютер расположены максимально компактно в основной части корпуса.

Рисунок 9. Основная часть корпуса.

Так как партии пока относительно небольшие корпус изготавливается методом SLS печати.

Итак, в итоге у нас получилась следующая архитектура устройства:

вычислительный модуль (одноплатный компьютер),
основная плата, на которой расположены разъемы Ethernet, USB, I2C, светодиоды и кнопка,
плата питания (устройство может питаться как от microUSB так и от PoE).

Подсчет срабатываний

Теперь пара слов о том, как реализован подсчет срабатываний датчика. Независимо от типа датчика, алгоритм подсчета импульсов остается одинаковым. Выход датчика подключается к GPIO процессора. Количество импульсов подсчитывалось через GPIO interrupt. Для этого требуется настроить GPIO на вход и включить прерывания. Об этом хорошо написано, например, тут. Число срабатываний можно посмотреть командой cat /proc/interrupts | grep gpiolib. Если же требуется реагировать на каждое событие или записывать время его срабатывания, то уже придется написать простую программу. Данный подход хорошо себя зарекомендовал и является необходимым и достаточным источником данных для подобного класса датчиков. В случае датчика с микроконтроллером, нужно перед началом работы загрузить необходимые параметры по I2C.

Заключение

Итак, что мы имеем на выходе? Компактное устройство для подсчета импульсов с оптическим датчиком и готовой реализацией отправки данных на сервер по Ethernet или WiFi. Была реализована передача данных по MQTT. Адаптивная архитектура также позволяет легко подключать практически любой другой датчик по I2C или SPI через переходник. На данный момент имеются такие варианты счетчиков: лазерный с аналоговой обработкой сигналов, лазерный с цифровой обработкой сигналов, а также индукционный счетчик для подключения внешнего промышленного индукционного датчика. Разработанный корпус позволил осуществлять поворот оптического модуля, а также его замену на другой тип датчика. В ближайших планах хотим подключить тепловизионный датчик для мониторинга нагруженных узлов в производстве.

Сообщество Экспонента

Публикация
08.01.2023

Глубокое и машинное обучение(ИИ)

🦾 Готовим для вас: Дайджесты новостей; Истории успеха; Анонсы ивентов. Присоединяйтесь!

Мы создали канал, чтобы помочь вам разобраться с лучшим подходам внедрения ИИ в промышленности и воплотить их в ваших проектах.

глубокое обучение
ИИ
Искусственный интеллект

08.01.2023

Публикация
08.01.2023

Цифровая обработка сигналов, Изображения и видео, Системы связи, Встраиваемые системы, Глубокое и машинное обучение(ИИ), Автоматизация испытаний, Робототехника и беспилотники, ПЛИС и СнК, Радиолокация, Системы управления, Биология, Математика и статистика, Финансы, Электропривод и силовая электроника, Верификация и валидация

📖 20 статей на Хабре. Если вам интересны ИИ, ЦОС, электроэнергетика, ПЛИС, то в нашем блоге на Хабр вы точно найдете занимательные статьи. 💻 15+ вебинаров о том, как внедрять инженерию моделей в образовании, в разработке ИИ, ЦОС и других систем, как генерирова…

🎄 Итоги 2022 года – делимся ключевыми событиями

Публикация
06.01.2023

Цифровая обработка сигналов, Автоматизация испытаний

Здравствуйте. Пишу сейчас диплом по программе спектрального анализа, одно из заданий — ускорение работы программы. 1/3-октавный анализ обычно длится около 10 минут, а 1/12-октавный 35+ минут, что при большом количестве записей очень затратно. С помощью Profile…

Программа спектрального анализа данных лётных испытаний по шуму на местности. В программе используется функция octaveFilter, но почему-то она не работает в цикле так, как должна

ЦОС
parallel
OCTAVE
октавный фильтр

06. 01.2023

Публикация
04.01.2023

Другое, Изображения и видео, Математика и статистика

Графические построения «с помощью циркуля и линейки» являются критериями ПОДОБИЯ (графическими моделями), а не «натуральными Объектами», которые материально существуют «в окружающем пространстве Вселенной»!»Критерий подобия — безразмерная величина, соста…

Найдено ещё одно ГРАФИЧЕСКОЕ подтверждение того, что «число пи» является количественным соотношением двух натуральных чисел = 22/7 = 3+1/7.
Переводить это число в десятичную систему — НЕ РАЦИОНАЛЬНО!

https://www.math20.com/ru/forum/viewtopic.php?f=26&t=3326

Теория чисел

04.01.2023

вопрос
30.12.2022

Цифровая обработка сигналов

Доброго времени суток! Получил задание на разработку алгоритма и программы, реализующих преобразование ИКМ в ДИКМ(первого порядка). 1) Разработать методичку оценки сжатия; 2) Провести оценку степени с.

4 Ответа

вопрос
30.12.2022

Электропривод и силовая электроника, Цифровая обработка сигналов

Подскажите пожалуйста, может быть есть какой то блок, или уже написанная программа для загрузки файла осциллограммы формата COMTRADE в Simulink.

2 Ответа

MATLAB
Simulink

30.12.2022

вопрос
28.12.2022

Математика и статистика

Подскажите, пожалуйста, ссылки на видео и/или другую информацию (на русском) для того чтоб быстрее разобраться — как, после обучения модели и сохранив ее в виде скрипта , — использовать эт.

модель

28.12.2022

Публикация
24.12.2022

Системы связи

Скачать материалы семинара можно тут.

Недавно у нас в офисе прошел офлайн-семинар, который собрал на одной площадке специалистов данной тематики для обмена знаниями и опытом, чтобы вооружившись последними технологиями дать быстрый старт в развитии отечественного оборудования систем связи 5G.

5G
ИИ
Искусственный интеллект

24.12.2022

вопрос
23.12.2022

Глубокое и машинное обучение(ИИ), Робототехника и беспилотники, ПЛИС и СнК, Системы управления, Электропривод и силовая электроника, Радиолокация, Автоматизация испытаний, Системы связи, Цифровая обработка сигналов, Верификация и валидация, Математика и статистика, Изображения и видео

Здравствуйте! Есть такая вот статья. Мне в Matlab надо написать формулу, чтобы в результате получить диаграмму, как на рисунке 4 на статье. Только вот я не понимаю, какую формулу можно было бы написат…

3 Ответа

Отвеченный вопрос
21.12.2022

Другое, Математика и статистика, Цифровая обработка сигналов

Есть массив экспериментальных данных (9 спектров при разных концентрациях), который я пытаюсь описать спектрами нескольких форм (в данном примере для упрощения только одна форма со спектром x(2,: ) и…

6 Ответов

Результаты поиска

Нет результатов поиска, попробуйте задать другие параметры.

Магнитный счетчик импульсов с использованием датчика Холла US1881

2 месяца назад 19 апреля 2021 г. 5421 просмотр

В этом уроке мы собираем схему простого магнитного счетчика импульсов с использованием датчика Холла. Эта схема проста и легка в изготовлении, поскольку в ней используется всего несколько компонентов, таких как датчик Холла, оптопара, резистор и вычислитель.

Целью этой схемы является подсчет скорости двигателя или подсчет магнитных импульсов любого типа. Датчик Холла используется в целях обнаружения, это датчик, который определяет и измеряет величину магнитного поля вокруг него. Его напряжение прямо пропорционально напряженности магнитного поля. Другим важным компонентом этой схемы является фотопара, она отвечает за передачу электрических сигналов между двумя изолированными цепями с помощью света.

Hardware Components

The following components are required to make Magnetic Pulse Counter Circuit

S. no	Component	Value	Quantity
1	Input Supply DC	5- 12V	1
2	Датчик эффекта зала	US1881	1
3	Photocoupter	PC817	.0032	1
4	Calculator	–	1
5	Resistor	1KΩ	1

PC817 Pinout

For a detailed description of pinout, dimension features, и технические характеристики загрузите техническое описание PC817

US1881 Распиновка

Подробное описание цоколевки, размеров и технических характеристик загрузите техническое описание US1881

Цепь счетчика магнитных импульсов

Пояснение к работе

Эта схема может работать от 5 до 12 вольт постоянного тока, можно использовать любой тип батареи или источника питания. Работа этой схемы очень проста. Когда датчик Холла обнаруживает движущийся магнит, его напряжение будет увеличиваться с увеличением напряженности магнитного поля вокруг него. Таким образом, он будет посылать импульсы со своего затвора OUT, которые являются входным сигналом для фотопары PC817. Теперь эти выходные импульсы будут приниматься оптопарой и отправляться на вычислитель. Калькулятор подсчитает их и отобразит количество.

После сборки этой схемы вам нужно будет активировать режим счета, настроив счет. Для этого вам нужно нажать 0+1 на вашем калькуляторе, и после этого калькулятор будет готов к подсчету импульсов, полученных от оптопары.

Кабельматик

ПРОДАНО

Бематик Счетчик импульсов и электромагнитных событий 6-значный 18 cps

PVP

3,97 €

3,97 € НДС вкл.

PVD

3,40 €

зарезервировано 100%

REF: БУ071

Электронная почта

Количество

Телефон

+1+7+20+27+30+31+32+33+34+36+39+40+41+43+44+45+46+47+48+49+51+52+53 +54+55+56+57+58+60+61+62+63+64+65+66+81+82+84+86+90+91+92+93+94+95+98+211+212 +213+216+218+220+221+222+223+224+225+226+227+228+229+230+231+232+233+234+235+236+237+238+239+240+241+242+243+244+245+246+247+248+249+250+251+252+253+254+255+256+257+258+260+261+262+263+264+265 +266+267+268+269+290+291+297+298+299+350+351+352+353+354+355+356+357+358+359+370+371+372+373+374+375 +376+377+378+380+381+382+383+385+386+387+389+420+421+423+500+501+502+503+504+505+506+507+508+509+590 +591+592+593+594+595+596+597+598+599+670+672+673+674+675+676+677+678+679+680+681+682+683+685+686+687 +688+689+690+691+692+800+808+850+852+853+855+856+870+878+880+881+882+883+886+888+960+961+962+963+964 +965+966+967+968+970+971+972+973+974+975+976+977+979+992+993+994+995+996+998

Вам это нужно срочно?

Принять положения и условия

ПРОДАНО

Бематик Счетчик импульсов и электромагнитных событий 6-разрядный с фиксацией

ПВП

5,06 €

5,06 € НДС вкл.

PVD

3,75 €

зарезервировано 100%

REF: БУ072

Электронная почта

Количество

Телефон

+1+7+20+27+30+31+32+33+34+36+39+40+41+43+44+45+46+47+48+49+51+52+53 +54+55+56+57+58+60+61+62+63+64+65+66+81+82+84+86+90+91+92+93+94+95+98+211+212 +213+216+218+220+221+222+223+224+225+226+227+228+229+230+231+232+233+234+235+236+237+238+239+240+241 +242+243+244+245+246+247+248+249+250+251+252+253+254+255+256+257+258+260+261+262+263+264+265+266+267 +268+269+290+291+297+298+299+350+351+352+353+354+355+356+357+358+359+370+371+372+373+374+375+376+377+378+380 +381+382+383+385+386+387+389+420+421+423+500+501+502+503+504+505+506+507+508+509+590+591+592+593+594 +595+596+597+598+599+670+672+673+674+675+676+677+678+679+680+681+682+683+685+686+687+688+689+690+691 +692+800+808+850+852+853+855+856+870+878+880+881+882+883+886+888+960+961+962+963+964+965+966+967+968 +970+971+972+973+974+975+976+977+979+992+993+994+995+996+998

Вам это нужно срочно?

Принять положения и условия

ПРОДАНО

Бематик Счетчик импульсов и электромагнитных событий 6-значный для панели 18 cps

PVP

4,47 €

4,47 € НДС вкл.

Что такое счетчик импульсов и как он работает