Как проверить обороты двигателя без тахометра?

Тахометр или спидометр: Поток мыслей про измерение частоты в Arduino

Если дома есть Arduino, в гараже машина или мотоцикл, а то и хоть мотособака, в голове туманные представления о программировании — возникает желание измерить скорость движения или обороты двигателя, посчитать пробег и моточасы.

В данной статье я хочу поделиться своим опытом по изготовлению подобных поделок.

// Сразу скажу, что код, указанный в статье не для копипаста, а для иллюстраций. // Я конкретно эти примеры не компилировал. У меня код ещё по проекту размазан.

Немного физики

Для измерения частоты вращения нам понадобится датчик положения колеса/вала/круга/итп. Датчик ставится как правило один. Возможно, что он будет срабатывать не один раз на каждый оборот. Например, у вас датчик Холла и 4 магнита на колесе. Таким образом, для правильного вычисления частоты нужно знать:

• количество срабатываний датчика на один оборот К;
• минимальная ожидаемая частота Мин.
• максимальная ожидаемая частота Макс.

Вычисленная = ВычисляемЧастоту() / К;Если (Частота < Мин) Частота = 0Иначе Если (Частота < Макс) Частота = Вычисленная

То есть, если частота меньше разумного минимума, то считаем, что она равна нулю, если больше максимума — игнорируем показания.

С количеством срабатываний понятно, но зачем ещё эти мины и максы? Давайте рассмотрим сначала варианты расчёта частоты.

Со скоростью всё проще, достаточно знать число π, диаметр колеса, а частоту вращения мы уже знаем.

Болванка для кода

Так как мы имеем дело с такими нежными величинами как время и пространство, то лучше сразу освоить прерывания.

const byte fqPin = 2; // Для ATMega32 только 2 или 3. volatile unsigned long counter = 0; // Функция для обработки прерывания.void ISR() { // Здесь код прерывания counter++; // Например} void setup() { Serial.begin(115200); // Подключаем функцию ISR на прерывание по появлению сигнала на ноге fqPin. attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(fqPin), ISR, RISING);} void loop() { // Копируем данные. noInterrupts(); unsigned long cnt = counter; interrupts(); // Здесь делаем что-то с полученными данными. // … Serial.println(cnt); delay(1000);}

Обратите внимание на модификатор volatile у переменной counter. Все переменные, которые будут изменяться в обработчике прерывания (ISR) должны быть volatile. Это слово говорит компилятору, что переменная может изменяться неожиданно и доступ к ней нельзя оптимизировать.

Функция ISR() вызывается каждый раз, когда появляется единица на ноге fqPin. Мы эту функцию не вызываем, это делает сам контроллер. Он это делает, даже когда основная программа стоит в ступоре на функции delay(). Считайте, что ISR() обслуживает событие, от вас не зависящее и данное вам свыше как setup() и loop(). Контроллер прерывает выполнение вашей программы, выполняет ISR() и возвращается обратно в ту же точку, где прерывал.

Так мы можем потерять один вызов, конечно же, но с другой стороны, переменная unsigned long имеет 32 бита, а процессор ATMega32 8-битный, вряд ли он скопирует данные за один такт, а ведь в процессе копирования может случиться прерывание и часть данных изменится.

По этой же причине мы копируем значение counter локально так как значение этой переменной при использовании в разных местах программы может быть разным опять же из-за изменения её в прерывании.

Тело функции ISR() должно быть максимально коротким, точнее, сама функция должна выполняться максимально быстро. Это важно, так как прерывается выполнение вашего кода, который может оказаться чувствительным к непредвиденным задержкам. Некоторые библиотеки отключают прерывания для выполнения чувствительных с задержкам операций, например для управления светодиодной лентой WS2812.

Считаем обороты за единицу времени

Первое, что приходит в голову, это взять интервал времени и посчитать количество измерений.

Частота = ( Счётчик / Время ) / К
const byte fqPin = 2; // Для ATMega32 только 2 или 3.const unsigned long interval = 1000000UL; // Интервал подсчёта в микросекундахconst int K = 1; unsigned long oldMks = 0; // предыдущий момент времени volatile unsigned long counter = 0; // Функция для обработки прерывания.void ISR() { // Здесь код прерывания counter++; // Например} void setup() { Serial.begin(115200); // Подключаем функцию ISR на прерывание по появлению сигнала на ноге fqPin. attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(fqPin), ISR, RISING);} void loop() { // вычисляем текущий момент времени unsigned long mks=microseconds(); // Получаем данные. noInterrupts(); unsigned long cnt = counter; counter = 0; // Сразу сбросим счётчик interrupts(); // Выводим частоту в оборотах в секунду Serial.println( 1000000f * (float)cnt / (float)(mks-oldMks) / (float)K ); // 1000000 микросекунд в секунде // далее по формуле выше. // mks-oldMks лучше, чем interval потому, что это реальное время от последнего // опроса счётчика, а interval — предполагаемое. // Все целые переменные приводим в вещественные oldMks=mks; // Сохраняем время вычисления. // Спим пока копятся отсчёты до следующего вычисления delayMicroseconds(interval);}

Как и у многих простых решений, у этого есть неочевидные минусы. Для повышения точности измерений вам необходим довольно большой интервал времени. Принцип тот же, что и у Шума квантования. При времени оборота колеса сравнимом с временем подсчёта, существенные изменения скорости вращения не будут замечены. Показания такого частотомера будут различаться до двух раз на каждый отсчёт.

Для повышени точности на малой скорости можно увеличить число К, как это сделано, скажем, в автомобильной технике для датчика ABS. Можно увеличить время подсчёта. Делая и то и другое мы подходим ко второй проблеме — переполнению счётчика. Да, переполнение легко лечится увеличением количества бит, но арифметика процессора Arduino не умеет считать 64-битные числа столь быстро, как хотелось бы и как она это делает с 16-разрядными.

Увеличение времени расчёта тоже не очень хорошо тк нам надо знать частоту прямо сейчас, вот при нажатии на газ, а не через пару секунд. Да и через пару секунд мы получим скорее некое среднее значение. За это время можно несколько раз сделать врумм-врумм.

Есть другой метод. Он лишён вышеописанных недостатков, но, как водится, имеет свои.

Считаем интервал между отсчётами

Частота = 1 / ( Интевал * К )

Мы можем засечь время одного отсчёта и другого, вычислить разницу. Величина, обратная вычисленному интервалу и есть частота. Круто! Но есть минусы.

const byte fqPin = 2; // Для ATMega32 только 2 или 3.const int K = 1; volatile unsigned long interval; // Функция для обработки прерывания.void ISR() { // Здесь код прерывания static unsigned long oldTime; // Сохраняем предыдущее значение. unsigned long Time=microseconds(); interval=Time-OldTime(); oldTime=Time;} void setup() { Serial.begin(115200); // Подключаем функцию ISR на прерывание по появлению сигнала на ноге fqPin. attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(fqPin), ISR, RISING);} void loop() { // Получаем данные. noInterrupts(); unsigned long cnt = interval; interrupts(); // Выводим частоту в оборотах в секунду Serial.println( 1000000f / ( (float)K * (float)(cnt) ); // 1000000 микросекунд в секунде // далее по формуле выше. // Все целые переменные приводим в вещественные // Спим, чтобы не заливать экран потоком данных // Четверть секунд — хорошее время. delay(250);}

Что делать, если наше колесо крутится еле-еле и измеренный интервал превышает разумные пределы? Выше я предложил считать частоты ниже разумного минимума за ноль.

Определённым недостатком метода можно считать шумы квантования на высоких частотах, когда целочисленный интервал снижается до нескольких двоичных разрядов.

Методом проб и ошибок я подобрал интервал отображения данных на дисплее в 250мс как оптимальный. Если чаще, то цифры размазываются, если реже — бесит тормознутость.

Комбинированный метод

Можно попробовать объединить достоинства обоих методов.

Частота = Счётчик / ИнтервалИзмерения / К

То есть, мы засекаем время не просто между отсчётами, а время между проверками данных и делим на количество отсчётов за это время. Получается усреднённый интервал между отсчётами, обратная величина от которого есть частота. Предоставим компилятору оптимизировать вычисления.

const byte fqPin = 2; // Для ATMega32 только 2 или 3.const int K = 1; volatile unsigned long counter; // Количество отсчётов.volatile unsigned long mks; // Время последнего отсчёта. unsigned long oldTime; // Время последнего отсчёта в предыдущем вычислении. // Функция для обработки прерывания.void ISR() { // Здесь код прерывания mks=microseconds(); // Момент последнего отсчёта counter++; // Количество отсчётов} void setup() { Serial.begin(115200); // Подключаем функцию ISR на прерывание по появлению сигнала на ноге fqPin. attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(fqPin), ISR, RISING);} void loop() { unsigned long rpm; // Получаем данные. noInterrupts(); unsigned long cnt = counter; counter = 0; unsigned long tmr = mks; interrupts(); // Выводим частоту в оборотах в секунду if (cnt > 0) { rpm = 1000000UL / ((tmr — oldTime) / cnt) / K; oldTime = tmr; } else { rpm = 0; } Serial.println( rpm ); delay(250);}

Обратите внимание, что за интервал считается не время опроса, как в первом примере, а время от последнего отсчёта до предыдущего последнего отсчёта в прошлом опросе. Это заметно поднимает точность вычисления.

Таким образом, мы можем получать вполне достоверные данные как на низких так и на высоких частотах.

Как говорят в рекламе, «но это ещё не всё».

Ошибки дребезга

Для устрашения вас предположу, что измеряем частоту вращения двигателя от индуктивного датчика зажигания. То есть, грубо говоря, на высоковольтный провод намотан кусок кабеля и мы измеряем индукцию в нём. Это довольно распространённый метод, не правда ли? Что же здесь сложного может быть? Самая главная проблема — современные системы зажигания, они дают не один импульс, а сразу пачку.

Примерно так:

Но даже обычная система зажигания даёт переходные процессы:

Старинные же кулачковые контактные вообще показывают замечательные картинки.

Как с этим бороться? Частота вращения не может вырасти мгновенно, не даст инерция. Кроме того, в начале статьи я предложил ограничить частоту сверху разумными рамками. Отсчёты, что происходят слишком часто можно просто игнорировать.

МинимальныйИнтервал = ( 1 / ( K * МаксимальнаяРазумнаяЧастота) )
const byte fqPin = 2; // Для ATMega32 только 2 или 3.const int K = 1;const unsigned long maxFq = 20000; // rpm (оборотов в минуту)const unsigned long minInterval = 1000000UL / ( K * maxFq ); // минимальный интервал в мкс volatile unsigned long counter; // Количество отсчётов.volatile unsigned long mks; // Время последнего отсчёта. unsigned long oldTime; // Время последнего отсчёта в предыдущем вычислении. // Функция для обработки прерывания.void ISR() { // Здесь код прерывания static unsigned long oldTmr; // сохраняем старый таймер unsigned long tmr=microseconds(); if (tmr — oldTmr > minImterval) { mks=microseconds(); counter++; oldTmr=tmr; }} void setup() { Serial.begin(115200); // Подключаем функцию ISR на прерывание по появлению сигнала на ноге fqPin. attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(fqPin), ISR, RISING);} void loop() { unsigned long rpm; // Получаем данные. noInterrupts(); unsigned long cnt = counter; counter = 0; unsigned long tmr = mks; interrupts(); // Выводим частоту в оборотах в секунду if (cnt > 0) { rpm = K * 1000000UL / ((tmr — oldTime) / cnt); oldTime = tmr; } else { rpm = 0; } Serial.println( rpm ); delay(250);}

Другой вид помех — это пропадание отсчётов. Из-за той же инерции у вас не может измениться частота в два раза за одну миллисекунду. Понятно, что это зависит от того, что вы собственно измеряете. Частота биения крыльев комара может, вероятно и за миллисекунду упасть до нуля.

Источник: https://habr.com/post/346126/

Не работает тахометр: причины, неисправности, ремонт своими руками. Почему перестал работать тахометр, дергается стрелка ВАЗ, ГАЗ, дизель

Тахометр в автомобиле используется для индикации количества оборотов коленчатого вала двигателя. Рассмотрим, почему не работает тахометр, как найти и устранить причину поломки. Обязательно остановимся на устройстве и принципе работы, что поможет выяснить, почему перестал работать тахометр, стрелка дергается либо ведет себя неадекватно.

Классификация по принципу работы

• Механические либо электромеханические тахометры с прямым приводом. На стрелочный указатель обороты передаются через гибкий вал, который посредством червячной передачи получает вращение непосредственно от коленчатого вала или одного из валов трансмиссии. Принцип работы индикатора основывается на явлении индукции вихревых токов. Работа и устройство магнитного тахометра крайне схожи с принципом действия автомобильного спидометра. В современных авто подобная конструкция тахометра не применяется.
• Электромашинные. Отличительная черта – подключение к генератору. Используется преимущественно на дизельных двигателях, но в целях унификации устройство такого типа может использовать и на бензиновых моторах.
• Электронные. Сигнал может быть взят как с системы зажигания, так и непосредственно с ЭБУ. Устанавливается на бензиновые и дизельные ДВС.

Устройство и принцип работы

Основные компоненты электромашинных и электронных тахометров:

• измерительный блок, или преобразователь сигнала. Может базироваться на элементах аналоговой схемотехники либо построен с использованием специальных микросхем;
• блок индикации с аналоговым или цифровым отображением количества оборотов;
• вспомогательные элементы.

Работа электронных тахометров основывается на преобразовании отдельных сигналов или импульсов, улавливаемых от ЭБУ, системы зажигания либо генератора, в «понятный» для блока индикации сигнал.

Схема подключения

При поиске причины, из-за которой не работает тахометр, в первую очередь важно понимать схему подключения и тип сигнала. Существуют 3 типовые схемы подключения:

• к бесконтактной системе зажигания (провод тахометра подключается к первичной цепи катушки зажигания). Принцип работы основывается на измерении частоты скачков напряжения в первичной цепи системы зажигания. Расчет угла зажигания невозможен без ориентирования на количество оборотов коленчатого вала, поэтому частота искрообразования прямо зависит от скорости вращения коленвала. На 4-цилиндровых ДВС полному обороту коленчатого вала соответствует 2 импульса напряжения в первичной цепи. Соответственно, чем выше скорость вращения коленвала, тем большей будет частота скачков напряжения;
• подключение к контактной системе зажигания. Принцип работы и схема подключения схожи с БСЗ, но устройство измерительного блока будет иметь отличия в зависимости от вольтажа входной цепи;
• подключение к ЭБУ двигателя. Принцип работы все так же основывается на регистрации импульсов напряжения в первичной цепи системы зажигания, но сигнал к тахометру поступает от блока управления двигателем;
• подключение к генератору (сигнальный контакт тахометра подключается к выводу W генератора). Вращение шкива генератора осуществляется ременной передачей от коленчатого вала, поэтому скорость вращения ротора генератора будет всегда пропорциональна частоте вращения коленвала. Изменение количества оборотов коленчатого вала можно рассчитать, постоянно измеряя генерируемую на обмотке величину ЭДС. По своему принципу работы электромашинный тахометр напоминает обычный вольтметр.

Характерные неисправности

Если на автомобиле перестал работать механический тахометр, имеет место механическое повреждение какого-либо из элементов конструкции. Обломанный трос гибкого вала, износ элементов червячной передачи, появлению люфтов, деформаций – все эти причины могут вывести индикатор количества оборотов двигателя из строя.

На что обратить внимание, если не работает электронный тахометр:

• целостность электропроводки. При этом важно проверять не только сигнальный провод, но и «массу», питание приборной панели;
• качество контактов. Наличие окислов, неплотный контакт внутри фишек вполне могут стать причиной выхода тахометра из строя;
• целостность элементов измерительного блока, которые находятся за защитным стеклом внутри приборной панели. Среди механических повреждений транзисторов, перегорания микросхем, дорожек или вздутия резисторов самой распространенной причиной неработающего тахометра является нарушение целостности пайки. К примеру, на Mitsubishi Padjero II появление микротрещин в местах пайки элементов тахометра – общепризнанная болезнь.

На автомобилях со схемой подключения от генератора неработающий тахометр может служить признаком неисправности генератора. В таком случае поломка сопровождается зажиганием индикатора низкого заряда АКБ, спорадическим загоранием на приборной панели «гирлянды» из предупреждающих лампочек.

В некоторых типах конструкции изменение погонного сопротивления высоковольтных проводов может вносить коррективы в точность показаний индикации оборотов двигателя.

Как самостоятельно найти причину неисправности

Помимо визуального осмотра, для диагностики своими руками потребуется универсальный измерительный прибор. Если вы знаете, как пользоваться мультиметром, то сможете без труда проверить питание, «массу», а также прозвонить сигнальный провод на предмет обрыва.

Проверка питания производится в режиме измерения постоянного тока, диапазон измерений – до 20 В. «Минус» – постоянный, «плюс» появляется только после включения зажигания. Импульсы на сигнальном проводе должны появляться при вращении коленчатого вала. Для поиска обрыва мультиметр необходимо перевести в режим измерения сопротивления – омметр. Иногда для обнаружения плохого контакта достаточно пошевелить разъем или жгут, в котором проложен сигнальный провод индикатора оборотов.

Стрелка тахометра дергается

Проблема дергающейся стрелки лучше всего знакома владельцам ГАЗ 3110 «Волга». Проблема возникает на автомобилях, выпущенных до сентября 1999 г и оснащенных комбинацией приборов 38.3801 (ОАО «Автоприбор»). Из-за конструктивных дефектов естественная работа автомобильного генератора, при которой величина тока зарядки регулируется переменной подачей напряжения на обмотку возбуждения, приводит к дерганью стрелки.

Стрелка тахометра может дергаться из-за ослабевшей натяжки ремня генератора, но в большинстве случаев отремонтировать тахометр на Волге удается заменой приборной панели и видоизменением схемы подключения.

Источник: https://autolirika.ru/remont/ne-rabotaet-tahometr.html

Причины неработающего тахометра

Тахометр в автомобиле используется для индикации количества оборотов коленчатого вала двигателя. Рассмотрим, почему не работает тахометр, как найти и устранить причину поломки. Обязательно остановимся на устройстве и принципе работы, что поможет выяснить, почему перестал работать тахометр, стрелка дергается либо ведет себя неадекватно.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Основные компоненты электромашинных и электронных тахометров:

• измерительный блок, или преобразователь сигнала. Может базироваться на элементах аналоговой схемотехники либо построен с использованием специальных микросхем;
• блок индикации с аналоговым или цифровым отображением количества оборотов;
• вспомогательные элементы.

Работа электронных тахометров основывается на преобразовании отдельных сигналов или импульсов, улавливаемых от ЭБУ, системы зажигания либо генератора, в «понятный» для блока индикации сигнал.

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ

При поиске причины, из-за которой не работает тахометр, в первую очередь важно понимать схему подключения и тип сигнала. Существуют 3 типовые схемы подключения:

к бесконтактной системе зажигания (провод тахометра подключается к первичной цепи катушки зажигания). Принцип работы основывается на измерении частоты скачков напряжения в первичной цепи системы зажигания. Расчет угла зажигания невозможен без ориентирования на количество оборотов коленчатого вала, поэтому частота искрообразования прямо зависит от скорости вращения коленвала.

Принцип работы все так же основывается на регистрации импульсов напряжения в первичной цепи системы зажигания, но сигнал к тахометру поступает от блока управления двигателем;подключение к генератору (сигнальный контакт тахометра подключается к выводу W генератора). Вращение шкива генератора осуществляется ременной передачей от коленчатого вала, поэтому скорость вращения ротора генератора будет всегда пропорциональна частоте вращения коленвала.

Изменение количества оборотов коленчатого вала можно рассчитать, постоянно измеряя генерируемую на обмотке величину ЭДС. По своему принципу работы электромашинный тахометр напоминает обычный вольтметр.

ХАРАКТЕРНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ

Если на автомобиле перестал работать механический тахометр, имеет место механическое повреждение какого-либо из элементов конструкции. Обломанный трос гибкого вала, износ элементов червячной передачи, появлению люфтов, деформаций – все эти причины могут вывести индикатор количества оборотов двигателя из строя.

На что обратить внимание, если не работает электронный тахометр:

• целостность электропроводки. При этом важно проверять не только сигнальный провод, но и «массу», питание приборной панели;
• качество контактов. Наличие окислов, неплотный контакт внутри фишек вполне могут стать причиной выхода тахометра из строя;

целостность элементов измерительного блока, которые находятся за защитным стеклом внутри приборной панели. Среди механических повреждений транзисторов, перегорания микросхем, дорожек или вздутия резисторов самой распространенной причиной неработающего тахометра является нарушение целостности пайки. К примеру, на Mitsubishi Padjero II появление микротрещин в местах пайки элементов тахометра – общепризнанная болезнь.

На автомобилях со схемой подключения от генератора неработающий тахометр может служить признаком неисправности генератора. В таком случае поломка сопровождается зажиганием индикатора низкого заряда АКБ, спорадическим загоранием на приборной панели «гирлянды» из предупреждающих лампочек.

В некоторых типах конструкции изменение погонного сопротивления высоковольтных проводов может вносить коррективы в точность показаний индикации оборотов двигателя.

КАК САМОСТОЯТЕЛЬНО НАЙТИ ПРИЧИНУ НЕИСПРАВНОСТИ

Помимо визуального осмотра, для диагностики своими руками потребуется универсальный измерительный прибор. Если вы знаете, как пользоваться мультиметром, то сможете без труда проверить питание, «массу», а также прозвонить сигнальный провод на предмет обрыва.

Проверка питания производится в режиме измерения постоянного тока, диапазон измерений – до 20 В.

«Минус» — постоянный, «плюс» появляется только после включения зажигания. Импульсы на сигнальном проводе должны появляться при вращении коленчатого вала. Для поиска обрыва мультиметр необходимо перевести в режим измерения сопротивления – омметр.

Иногда для обнаружения плохого контакта достаточно пошевелить разъем или жгут, в котором проложен сигнальный провод индикатора оборотов.

СТРЕЛКА ТАХОМЕТРА ДЕРГАЕТСЯ

Проблема дергающейся стрелки лучше всего знакома владельцам ГАЗ 3110 «Волга». Проблема возникает на автомобилях, выпущенных до сентября 1999 г и оснащенных комбинацией приборов 38.3801 (ОАО «Автоприбор»). Из-за конструктивных дефектов естественная работа автомобильного генератора, при которой величина тока зарядки регулируется переменной подачей напряжения на обмотку возбуждения, приводит к дерганью стрелки.

Стрелка тахометра может дергаться из-за ослабевшей натяжки ремня генератора, но в большинстве случаев отремонтировать тахометр на Волге удается заменой приборной панели и видоизменением схемы подключения.

Спасибо за посещение данной статьи. Пожалуйста, ставьте пальцы вверх статье, это поможет ее распространить иподписывайтесь на канал, читайте мои старые статьи и ждите новые.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5ad336113dceb74b285db6f8/5ae226edad0f2291ff28fd6d