TACHIMETRO § COME MISURARE LA VELOCITÀ DI UN MOTORE CC

Recentemente ho montato su un robot un circuito PWM per controllare la velocità dei motori. Questo circuito si è reso necessario perché i due motori utilizzati (in realtà un Tamiya 70097 Twin Motor Gearbox) avevano diverso rendimento e il robot non procedeva in linea retta.

Dopo aver realizzato i due oscillatori a duty-cycle variabile ed averli collegati al ponte-H, ho pensato di costruirmi un semplice tachimetro per misurare la velocità dei motori e aiutarmi nella taratura. Il circuito è molto semplice e lo consiglio a chi vuol "giocare" un po' e magari prepararsi a montare sul proprio robot degli shaft encoders.

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

Il modo più semplice per misurare la velocità di una ruota è di fissare sulla ruota stessa un disco diviso in settori bianchi e neri. Un sensore ottico a riflessione collocato davanti al disco darà in uscita un livello logico 1 in corrispondenza dei settori bianchi e un livello logico 0 in corrispondenza dei settori neri (o il contrario, a seconda della configurazione del circuito). 

In pratica, in uscita avremo un'onda quadra la cui frequenza (F) dipenderà dalla velocità del disco (fissato alla ruota) e dal numero di settori in cui è diviso il disco stesso:

F = (giri al minuto * numero settori) / 60

Misurando la frequenza, potremo quindi ottenere il numero di giri al minuto del nostro motore applicando la formula:

Giri al minuto = (F * 60) / numero settori

REALIZZAZIONE

1. Per prima cosa dobbiamo procurarci un sensore a riflessione. Io ho usato un TCRT1000 della Vishay (http://www.vishay.com/docs/83752/tcrt1000.pdf), recuperato da un precedente montaggio. In ogni caso qualsiasi sensore a riflessione va bene (ad esempio QRD1114, CNY70).

Il sensore a riflessione può anche essere autocostruito, utilizzando un diodo LED e un fototransistor e assemblandoli insieme. Come fototransistor io ho usato un BPW77N che ha una visuale molto ristretta (±10°) grazie a una lente montata direttamente sul case:

La sensibilità di picco del BPW77N è 850nm, la sensibilità spettrale va da 620 a 980nm. Questi dati vanno tenuti in considerazione quando si sceglie il diodo illuminatore. Io ho utilizzato un diodo LED ad alta luminosità alimentato a 5V attraverso una resistenza da 220 Ohm.

SCHEMA DI MONTAGGIO del sensore TCRT1000 (tratto da "Application of Optoelectronic Reflex Sensors TCRT1000, TCRT5000, TCRT9000, CNY70" di TELEFUNKEN Semiconductors - http://pe2bz.philpem.me.uk/pdf on typenumber/A-C/ANT014.pdf):

Il terminale d'uscita, corrispondente all'emettitore, è seguito da un inverter trigger tipo 74HC14. Le foto mostrano la forma del segnale sull'emettitore del TCRT (a sinistra) e all'uscita del 74HC14 (a destra) :

2. La seconda operazione da compiere è il montaggio del disco diviso in settori bianchi e neri. Una serie di dischi di questo tipo può essere scaricata da internet. Oppure potete usare i dischi che trovate qui sotto dopo averli stampati su carta spessa e ritagliati. Le modalità di fissaggio alle ruote (o all'albero motore) dipendono dal tipo di motori, telaio e sensori utilizzati. 

Usando il sensore TCRT1000 la distanza ottimale tra disco e sensore è di 2-3 mm (vedi datasheet).

3. Una volta montato il sensore e fissato il disco sull'albero motore, per leggere la velocità basta collegare al terminale Q (vedi schema) un frequenzimetro o un oscilloscopio per ottenere una lettura proporzionale alla velocità di rotazione.

Per chi non possedesse un frequenzimetro, segnalo che Nuova Elettronica vende un economico kit (LX.1414) che vi permette di leggere una frequenza con un comune tester (per i particolari, tutorial e schema vedi Nuova Elettronica n. 201).

Ecco alcuni valori misurati con un motore senza ingranaggi e un disco con 8 settori:
 

SITI DA VISITARE

http://www.robotroom.com/Tach.html
http://www.robotroom.com/Tach2.html
http://www.ereprijs.demon.nl/objectives/shaft_encoders.htm
http://www.seattlerobotics.org/encoder/200010/dead_reckoning_article.html

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