Простой безэнкодерный датчик скорости на одном транзисторе для маломощных двигателей постоянного тока с ТТЛ выходом, который может быть подключен к микроконтроллеру для контроля скорости вращения мотора.
Теория
Маломощные двигатели постоянного тока имею медный коллектор, который коммутирует обмотки (обычно 2) во время вращения ротора.
Когда щетки переключаются между контактами коллектора, в питающем мотор токе возникают импульсы, частота которых пропорциональна скорости вращения мотора, с определенным количеством импульсов за оборот.
Этот оффект можно наблюдать на осциллографе. Импульсы более выражены, когда мотор работает под нагрузкой. Добавление перед двигателем резистора сопротивлением 1 - 10 ом еще более усиливает этот эффект.
Как это работает
Схема довольно проста:
Ограничения
Так как двигатель иногда может генерировать слишком много импульсов или пропускать импульсы, эта простая схема не предназначена для систем точного позиционирования или для измерения количества оборотов двигателя. Схема не может служить заменой оптическому или электромагнитному энкодеру.
Но эта схема подходит для измерения скорости вращения маломощных двигателей постоянного тока под умеренной нагрузкой.
Она подходит для иправления и контроля:
Детали схемы
импульсы напряжения должны быть размахом в идеале от 50mV до 100mV .
R1 ( около 1 ом) требуется только когда разма импульсов меньше 50mV при нормальной работе мотора. Увеличение R1 дает большие импульсы и увеличивает чувствительность датчика, но уменьшает полезную мощность двигателя, рассеивая тепло.
D1 (1N4148 или 1N914 (стекло)) нужен для мощных моторов (с током больше 2 А).
C1 (около 1 мкФ) передает импульсы на базу транзистора.
C2 ( от 0.1 мкФ до 1 мкФ) сглаживает импульсы, уменьшая шум и слишком большие всплески импульсов. Уменьшение C2 увеличивает чувствительность, но также увеличивает шумность схемыа. C1 и C2 под конкретный двигатель.
Q1 - любой транзистор NPN-типа.
Советы по использованию
Подстроечным резистором настраивается точка наибольшей чувствительности.
при больших расстояниях до двигателя сигнальный кабель к конденсатору C1 должен быть экранированным. Общий провод не требует особых подключений, но при использовании экранированного кабеля оплетка кабеля заземляется только со стороны датчика.
Для настройки используйте осциллограф, размах импульсов на централльном выводе подстроечника в идеале должен быть 50mV .
Еще лучше подключать выход датчика ко входу микроконтроллера, который имеет триггер Шмидта. Это даст дополнительное улучшение фронтов импульсов. .
Важно! Коллектор двигателя не гененрирует равномерные хорошо сформированные импульсы с постоянной частотой, а формирует пачку импульсов за оборот вала. Скорость вращения лучше измерять усреднением количества импульсов за определенный период времени, а не измерять время между двумя импульсами! Усреднение по 50 импульсам за определенный промежуток времени будет достаточным.