Drehzahlmesser

FatRat

Dies ist ein Bauvorschlag für einen Drehzahlmesser z.B. für den Modellbau.
Da ich zwischenzeitlich ein paar Modellbau-Motoren gebaut habe hat mich irgendwann interessiert, wie schnell die Dinger denn eigentlich drehen. Der Drehzahlmesser ist aber auch geeignet, um die Drehzahl z.B. einer Werkzeugmaschine (Drehbank, Fräse o.ä.) zu ermitteln.

Dieser Drehzahlmesser arbeitet berührungslos über eine optische Erfassung. Dazu werden die Helligkeitsschwankungen einer auf z.B. dem Schwungrad angebrachten Markierung (z.B. ein Stück weißes Klebeband) ausgewertet.

Der Drehzahlmesser kann in ein kleines Handheld-Gehäuse mit integriertem Batteriefach eingebaut werden.
Drehzahlbereiche:

Pulse pro Umdrehung
 n min
 n max
1
 343
 37500
2
 172
 37500
3
 114
 37500
4
 86
 37500

Es erfolgt eine automatische Messbereichsumschaltung bei 10.000 U/min.
Das heißt, bis 9999 U/min werden alle Stellen (einer bis tausender) dargestellt, ab 10.000 U/min entfällt die einer-Stelle und es wird auf 10 U/min gerundet. Dieser Modus ist erkennbar am Dezimalpunkt an der zweiten Stelle.

Die Schaltung ist rund um einen Microcontroller aus der Microchip PIC Serie, hier ein 16F690 realisiert.
Das Display besteht aus 4 x 7-Segment LED Anzeigen, die im Multiplex-Berieb mit ca. 100Hz angesteuert werden. Als Taktgeber fungiert ein 12Mhz Keramikschwinger. Die Stromversorgung erfolgt konventionell mit einem integrierten Linearregler.
Die analoge Eingangsbeschaltung ist aus vergleichbaren Veröffentlichungen im Internet entliehen und funktioniert recht zuverlässig. Allerdings musste ich feststellen, dass die reine passive optische Erfassung, die sich auf das Umgebungslicht verlässt, gelegentlich zu Fehlmessungen oder instabilen Anzeigewerten führt, gerade, wenn die Messung in der Werkstatt erfolgt und diese durch die Beleuchtung mit z.B. Leuchtstofflampen 100Hz-"verseucht" ist.
Ich habe daher unmittelbar neben dem Fototransistor eine Infrarot-Leuchtdiode plaziert, die den zu messenden Drehkörper zusätzlich bestrahlt. Damit ist in kritischen Fällen, ggf. unter Abschattung vom künstlichen Licht, eine zuverlässige Messung möglich. Im Freien bei Sonnenlicht ist weiterhin die "normale" Erfassung durch den auch im optischen Spektrum arbeitenden Fototransistor möglich. Wer darauf verzichten kann, kann alternativ auch den SFH300FA mit integriertem IR-Filter einsetzen, der Drehzahlmesser arbeitet dann nur noch unter Auswertung der von der IR-Diode gelieferten Beleuchtung.

Als Messverfahren kommt eine Periodenmessung zum Einsatz. D.h. es wird der zeitliche Abstand zwischen zwei eintreffenden Impulsen gemessen und in die Umdrehungszahl (in rpm) umgerechnet. Es werden immer die letzten 4 Messwerte gemittelt, um eine stabilere Anzeige zu erreichen.


Anmerkungen zum Bau:

Der Entwurf kommt mit einer einseitigen Platine aus, der Ein-Aus-Schalter und die optionale Infrarot-LED werden fliegend verdrahtet.
Die Platine passt z.B. in ein KEMO Gehäuse G01B.

Der Taster ist ein Standard Microtaster mit langem Betätigungshebel, wobei die Bedienknopf-Verlängerung ein selbstgefertigtes Drehteil aus Acrylglas darstellt.


Hier ein paar Bilder - Klick auf die Miniatur öffnet größere Ansicht.

ElektronikElektronik

GesamtansichtGesamtansichtGesamtansichtZur Funktion:

Durch Druck auf den Taster lässt sich der Messmodus zwischen 1 Impuls/Umdrehung bis 4 Impulse pro Umdrehung umschalten.
Die Darstellung erfolgt als "PPU", also "Pulse Pro Umdrehung".

Ein erster Druck auf den Taster stellt den aktuellen Wert dar. Wird innerhalb von ca. 4 Sekunden nochmals gedrückt wird der Wert auf den nächsten möglichen Wert erhöht (nach 4 erfolgt der Rückschritt zu 1). Der zuletzt dargestellte Wert wird gespeichert und das Menu automatisch verlassen. Der eingestellte Wert bleibt auch nach dem Ausschalten erhalten.
Sofern der Messwert die Bereichsgrenzen (siehe Tabelle oben) überschreitet, wird entweder "Lo" (für low) bei einem zu geringen Messwert oder "Hi" (für high) für einen zu hohen Messwert angezeigt.

Downloads

Schaltplan
Platinenlayouts und Bestückungsplan
Sourcecode in Assembler Übersetzter Sourcecode als HEX-File


Für die Funktion der Schaltung kann ich trotz sorgfältiger Prüfung keine Gewährleistung übernehmen. Nachbau und Nutzung also auf eigenes Risiko!