Dinamometar za mjerenje snage električnog motora ... · Web viewDinamometar za mjerenje snage električnog motora automodela na daljinsko upravljanje Dinamometar za mjerenje snage

TEHNIČKO VELEUČILIŠTE U ZAGREBU

STRUČNI STUDIJ ELEKTROTEHNIKE

Damir Cindrić

Dinamometar za mjerenje snage električnog motora automodela na daljinsko upravljanje

ZAVRŠNI RAD br. 1650

Zagreb, rujan, 2014.

TEHNIČKO VELEUČILIŠTE U ZAGREBU

STRUČNI STUDIJ ELEKTROTEHNIKE

Damir Cindrić

JMBAG: 0035164233


ZAVRŠNI RAD br. 1650

Zagreb, rujan, 2014.


Damir Cindrić – Završni rad br. 1650 2


Zahvala

Zahvaljujem mentoru dipl.ing.ele. Stipi Predaniću, Mirjani Cindrić, Damiru Vavri i

Ivanu Bobanu na vodstvu i potpori tijekom izrade ovog rada.



Sažetak

U ovom završnom radu prikazan je i opisan način izrade inercijskog dinamometra

za mjerenje snage električnog motora u automodelu na daljinsko upravljanje pomoću

Arduino Mega2560 razvojne pločice koja se temelji na ATmega2560 mikroupravljaču.

Uređaj se sastoji od mehaničke konstrukcije sa mjernim valjcima, senzora za

očitavanje okretaja valjaka, Arduino razvojne pločice, wattmetra i ekrana za ispis

rezultata. Opisani dinamometar na stolu simulira realne uvjete sa trkaće staze te

mjeri i daje korisniku podatke potrebne za daljnji razvoj automodela.

Prikazan je postupak izrade uređaja, način rada, način spajanja električkih

komponenti te je objašnjen upravljački program.



Sadržaj

1. Uvod......................................................................................................................9

2. Dinamometar u automobilizmu............................................................................10

2.1. Inercijski dinamometar.....................................................................................11

3. Arduino................................................................................................................12

3.1. Arduino Mega 2560......................................................................................12

3.2. Napajanje......................................................................................................14

3.3. Programiranje u Arduino-u............................................................................15

4. Konstrukcija uređaja............................................................................................16

4.1. Testni automodel..........................................................................................17

4.2. Mjerni valjak..................................................................................................18

4.2.1. Proračun momenta inercije mjernog valjka...................................................19

4.3. Nosači valjaka...............................................................................................21

4.4. Osovine i ležajevi..........................................................................................21

4.5. Postolje i kućište...........................................................................................22

5. Elektronički dio....................................................................................................25

5.1. Hall senzor....................................................................................................26

5.1.1. Princip rada Hall senzora..............................................................................27

5.2. LCD ekran (eng. Liquid Crystal Display).......................................................30

5.2.1. Shema i opis spajanja ekrana na Arduino Mega2560..................................31

5.3. Wattmetar.....................................................................................................34

6. Izrada..................................................................................................................36

6.1. Deklaracija varijabli.......................................................................................36

6.2. Funkcija setup...............................................................................................37

6.3. Funkcija rpmvaljka........................................................................................38

6.4. Funkcija loop.................................................................................................38

6.4.1. Proračun za mjerenje snage i ostalih parametara........................................39



6.4.2. Ispis rezultata na LCD ekranu......................................................................42

7. Upravljanje dinamometrom.................................................................................44

8. Zaključak.............................................................................................................45

9. Literatura.............................................................................................................46

10. Prilozi...............................................................................................................47

10.1. Upravljački program......................................................................................47

10.2. Nacrti............................................................................................................53



Popis oznaka i kratica

CNC Computer numerical control

CAM Computer-Aided manufacturing

LCD Liquid Crystal Display

LiPo Lithium Polymer

ABEC Annular Bearing Engineering Committee

ABS Antilock Braking System

RPM Revolutions Per Minute

PWM Pulse-Width Modulation

UART Universal Asynchronous Reciever-Transmitter

AREF Analogue Reference

LED Light-Emitting Diode

TX Transmit

RX Recieve

SPI Serial Peripheral Interface

EEPROM Electricaly Erasable Progammable Read-Only

SRAM Static Random-Access Memory

USB Universal Serial Bus



Popis tablica

Tablica 1. Arduino Mega2560 karakteristike..............................................................13

Tablica 2. Električne karakteristike Hall senzora........................................................29

Tablica 3. Opis pinova LCD-a....................................................................................31

Popis slika

Slika 1. Primjena dinamometra za mjerenje snage automobila.................................10

Slika 2. Arduino Mega2560........................................................................................14

Slika 3. Xray T4 automodel koji je testiran u ovom projektu......................................17

Slika 4. Mjerni valjak..................................................................................................20

Slika 5. Nosač valjka..................................................................................................21

Slika 6. Prikaz presjeka kućišta sa instaliranim valjcima i nosačima.........................23

Slika 7. 3D Vizualni prikaz sastavljenog inercijskog dinamometra.............................24

Slika 8. Izrađeni dinamometar sa automodelom na njemu........................................24

Slika 9. LiPo akumulator Turnigy Nanotech 6000mAh...............................................25

Slika 10. Princip rada Hall senzora............................................................................28

Slika 11. Hall senzor..................................................................................................29

Slika 12.LCD 16x2 ekran...........................................................................................30

Slika 13. Shema spajanja LCD ekrana......................................................................33

Slika 14. Shema spajanja dinamometra....................................................................34

Slika 15. Wattmetar....................................................................................................35

Slika 16. Korištene biblioteke.....................................................................................36

Slika 17. Setup funkcija..............................................................................................37

Slika 18. Rpmvaljka funkcija......................................................................................38

Slika 19. Funkcija loop...............................................................................................39

Slika 20. Ispis izmjerenih vrijednosti na ekran...........................................................43



1. Uvod

Autosport je vrsta sporta u kojoj se pobjeda zasniva najviše na inženjerskom

radu te ostatak pridonosi sam vozač koji upravlja automobilom. Kako i u svakom

sportu konkurencija postaje sve jača i jača tako i inženjeri stvaraju sve bolje i

bolje proizvode tj. automobile. Da bi znao napraviti bolje mora znati koliko je

dobro ono što je već napravio, a to će znati tako da izmjeri postojeće.

Jedan od takvih mjernih alata je dinamometar koji mjeri snagu motora u

automobilu.

U nastavku ovog rada opisana je detaljna izrada inercijskog dinamometra za

automodele na daljinsko upravljanje pomoću Arduino Mega 2560

mikroupravljačke platforme. Prvo je opisana upotreba i način rada dinamometra u

autoindustriji. Zatim je opisan proces od same mehaničke konstrukcije i

proračuna, načina spajanja upravljačkih i pokazivačkih komponenata do

završenog sustava spremnog za upotrebu od strane korisnika. Na kraju je opisan

upravljački program koji upravlja uređajem.



2. Dinamometar u automobilizmu

Dinamometar je uređaj koji mjeri vlačnu ili tlačnu silu. U autosportu i auto/moto

industriji dinamometar se koristi za mjerenje snage automobila. Takav dinamometar

za mjerenje snage automobila ima komercijalni naziv Dyno. Dyno je uređaj koji mjeri

moment, tj. silu koju proizvodi motor s unutarnjim izgaranjem, električni motor ili bilo

koji drugi motor koji se nalazi u automobilu. Sve parametre koje mjerimo dobivamo

tako da mjerimo frekvenciju okretaja valjaka koje pokreće automobil te mjerimo

moment koji stvaraju ti valjci prilikom vrtnje. Parametre poput snage izračunamo

pomoću mjerenih vrijednosti momenta i okretaja.

Postoji više izvedbi dinamometra za mjerenje snage, a razlikuju se prema

mobilnošću i načinu mjerenja, te da li su namijenjeni mjerenju snage motora dok se

nalazi u autu ili dok je motor spojen direktno na dinamometar.

U ovom radu je opisan inercijski dinamometar koji mjeri snagu električnog motora

koji se nalazi u automodelu na daljinsko upravljanje.

Slika 1. Primjena dinamometra za mjerenje snage automobila



2.1. Inercijski dinamometar

Inercijski dinamometar kao što mu samo ime kaže radi na principu zakona o

očuvanju količine gibanja. Takav dinamometar mjeri moment pomoću momenta

inercije valjaka i kutne akceleracije koju ti valjci stvaraju prilikom vrtnje te ima

nepromjenjivu inercijsku masu. Gubici koji se stvaraju su proporcionalni s brojem

okretaja u minuti zbog karakteristike kugličnih ležajeva na kojima su oslonjeni valjci

za mjerenje. Isto tako ovise i o vanjskoj temperaturi.

Način na koji mjeri snagu je da ubrzava poznatu masu valjaka te mjeri rotaciju

(o/min) i kutno ubrzanje valjaka. Na temelju toga se trenutno vrši kalkulacija poznatih

parametara iz kojih se dobije moment koji je potreban za dobivanje snage motora.

Ovaj oblik dinamometra je upotrebljen u ovom projektu zato što se radi o malim

snagama automodela i zbog mogućnosti mobilnosti uređaja.



3. Arduino

Arduino je platforma koja je razvijena kako bi bila pomagalo studentima da razviju

svoje ideje i lakše ih provedu u stvarnost u području mikroupravljača . Razvijena je

2005. godine u Italiji na sveučilištu Interaction Design Institute Ivera. S obzirom na

cijenu i jednostavnost Arduino je postao brzo popularan diljem svijeta.

Arduino je otvorena mikroupravljačka platforma (eng. „Open source“) koji se

temelji na 8 bitnom Atmel AVR ili na 32 bitnom Atmel ARM mikroupravljaču. S

obzirom na kompleksnosti raznih projekata Arduino je osmislio odgovor za takva

pitanja i napravio različite verzije svog mikroupravljača.

Tako imamo Arduino Uno, Arduino Nano, Arduino Mega 2560, Arduino Leonardo,

Arduino LylyPad itd.

Korisnik može odabrati mikroupravljač prema svojim potrebama. U ovom projektu je

odabran Arduino Mega 2560.

3.1. Arduino Mega 2560

Arduino Mega 2560 je razvojna pločica koja se temelji na Atmega2560

mikroupravljaču.

Sastoji se od 54 digitalnih ulaza i izlaza (eng. input/output) od kojih se 15 može

upotrijebiti kao PWM izlaz, 16 analognih ulaza i 4 UART-a, 16 MHz kristalnog

oscilatora koji daje radni takt mikroupravljaču, USB konekcija, konektora za

napajanje, reset tipkala, dva pina za napajanje ostalih elemenata od 3,3 i 5V, tri pina

za masu i AREF pin koji služi za referentni napon za analogne ulaze,4 pina za SPI

komunikaciju, LED indikatora TX i RX koji služe za prikazivanje komunikacije između



računala i Arduina, ON koji prikazuje stanje Arduina – ima li napajanja i LED

indikatora koji je spojen sa digitalnim izlazom 13 koji služi najčešće za ispitivanje

ispravnosti.

Atmega2560 sadrži 256KB memorije od kojih se 8KB koristi za

bootloader.Upravljački program se nalazi u flash memoriji. SRAM memorija služi za

spremanje varijabli tokom rada mikroupravljača i sadrži 8KB. Mikroupravljač

Atmega2560 sadrži 4KB EEPROM memorije koje su trajno pohranjene.

Svaki od 54 digitalnih pinova može biti upotrebljen za ulaz ili izlaz. Rade na

5V i maksimalno 40mA te imaju interni pull-up otpor vrijednosti 20-50k Ω koje je

potrebno prije korištenja uključiti.

Neki od pinova imaju specijalne funkcije poput vanjskih prekida koji se mogu

konfigurirati da rade na padajući ili rastući brid, tj promijeniti vrijednost. Digitalni izlazi

PWM 2-13 and 44-46 omogućavaju 8-bitni PWM.

Mikroupravljač Atmega2560

Radni napon 5V

Ulazni(preporučeni) napon 7-12V

Ulazni (granični) napon 6-20V

Digitalni ulazi/izlazi 54 (6 omogućuju PWM izlaz)

Analogni ulazi 16

DC struja po ulazu/izlazu 40mA

DC struja na 3.3V izlazu 50mA

Flash memorija 256KB od kojih je 8KB sačuvano za

bootloadera

SRAM 8KB

EEPROM 4KB

Takt 16MHz

Tablica 1. Arduino Mega2560 karakteristike



Slika 2. Arduino Mega2560

3.2. Napajanje

Arduino Mega2560 ima dva načina napajanja : preko USB konektora ili preko

konektora za vanjsko napajanje. Arduino automatski odabire izvor napajanja.

Vanjsko napajanje može biti sa baterije/akumulatora ili AC/DC pretvarača, a spaja

se putem konektora veličine 2.1mm s pozitivnim centrom. Moguće je spojiti bateriju i

na pinove Vin i Gnd.

Granice ulaznog napona su 6-20V ali se preporučuje 7-12V . Zato što ispod 7V

ulaznog napona postoji vjerojatnost da će doći do padova napona te mikroupravljač

neće biti stabilan, a za napone preko 12V bi moglo doći do pregrijavanja te oštećenja

pločice.



3.3. Programiranje u Arduino-u

Arduino razvojne pločice koriste službeni program koji se može besplatno

preuzeti sa službenih stranica Arduina. Program Arduino je namijenjen za sve

modele Arduino razvojnih pločica te se koristi za izradu upravljačkog programa koji

se zatim prebacuje u pločicu. Upravljački program se sprema kao .ino tip datoteke

koja se naziva skica (eng. Sketch).

Program Arduino je vrlo jednostavno osmišljen kako bi što više olakšao

studentima ili ljudima koji se prvi puta susreću s Arduino područjem. Sami program

Arduino se sastoji od prostora za pisanje i uređivanje koda, kontrolne trake,

obavijesne konzole i ostalih menija.

U konzolnoj traci su šest naredbi :

1. Verify- otkrivanje pogreški u unesenom kodu

2. Upload- kompajliranje i slanje upravljačkog programa na razvojnu

pločicu

3. New- pokretanje nove skice

4. Open- otvaranje spremljenih skica ili ostalih postojećih primjera

5. Save- spremanje skice

6. Serial Monitor- serijski promatrač koji služi za praćenje podataka koje

mikroupravljač šalje i prima

Kod pokretanja programa i prije unosa koda upravljačkog programa potrebno je

definirati Arduino program prema platformi koju koristite. Tako u ovom slučaju je

odabrana platforma Arduino Mega or Mega2560 u alatnoj traci Tools, te u

padajućem meniju Board se odabire odgovarajuća platforma. Analogno pločici

potrebno je i odabrati broj porta preko kojega računalo komunicira sa Arduinom. Port

se odabire isto pod Tools te u rubrici Port odaberete port koji koristite za

komunikaciju. U ovom slučaju se koristi port COM1.



4. Konstrukcija uređaja

Inercijski dinamometar koji je u ovom projektu konstruiran i izrađen se sastoji od

strojarske i elektroničke cjeline .Mehanički dio sklopa je konstruiran u programu za

3D modeliranje SolidWorks.

Cijeli projekt je započeo 3D modeliranjem prototipa kako bi se uvidjeli mogući

problemi oko izrade dinamometra i hoće li sklop biti dovoljno funkcionalan za mobilne

upotrebe , što ujedno znači da je unaprijed proračunata ukupna masa uređaja u

okviru zadanih tolerancija. Nakon izrade nacrta i CAM programa, mehanički dijelovi

su izrađeni na CNC tokarskom stroju i CNC stroju za glodanje. Paralelno tome je na

proto pločici napravljen prototip sa potrebnim elektroničkim komponentama te su

izvršeni prvi testovi. Opis pojedinih elemenata i dijelova je naveden u daljnjim

cjelinama, te isto tako popis svih dijelova.

Ovaj inercijski dinamometar je namijenjen mjerenju snage, okretaja u minuti

motora i brzine automodela klase u mjerilu 1:10. Pošto je automodel umanjen deset

puta naspram pravog automodela bilo je potrebno cijeli sustav optimizirati toj skali.

Automodel nije linearno skaliran pa tako nisu niti njegove karakteristike skalirane. Pri

tome je bilo potrebno posebno obratiti pažnju kod konstrukcije valjaka i odabira

materijala.

Popis dijelova:

Mehanika:

Mjerni valjci

Nosači mjernih valjaka

Osovine i ležajevi

Kućište i postolje

Vijci i ostalo



Elektronika:

Arduino Mega2560

Hall senzor

LCD 16x2 znakovni ekran

Wattmetar

Ožičenje i ostalo

4.1. Testni automodel

Testni subjekt automodela je Xray T4 . Motor koji se nalazi u njemu je asinkroni

istosmjerni električni motor bez četkica Hobbywing 13T 3000kV snage 200W i razvija

25000 o/min. Cijeli sustav je osmišljen da radi bez vanjskog napajanja te da koristi

napajanje iz automodela tj. njegovog akumulatora. Akumulator je LiPo sastava

kapaciteta 6000mAh i nominalne voltaže 7.4V (dvije ćelije od 3.7V spojene u seriju).

Slika 3. Xray T4 automodel koji je testiran u ovom projektu



4.2. Mjerni valjak

Mjerni valjak je valjak na kojemu je postavljen senzor za očitavanje rotacije

valjaka u minuti.

Dinamometar se sastoji od četiri valjaka od kojih je jedan mjerni , a ostali slobodno

rotirajući. Pošto inercijski dinamometar mjeri snagu pomoću inercije misli se na to da

mjerimo inerciju mase koju automobil ubrzava od jedne točke do druge u određenom

vremenu. Stoga da bi se dobili uvjeti na stolu isti kao i na trkaćoj stazi potrebno je

napraviti valjke proporcionalno skali automodela, njegovoj masi i snazi.

Svaki valjak ima masu od 350g±0.3. Izrađeni su od aluminijske legure 6061.

Aluminijska legura je odabrana zato što nije magnetična, lako obradljiva, otporna na

koroziju i manje mase u korištenim dimenzijama. Zadnji razlog je dvosmislen jer

poanta je dodavati masu i stvoriti teret ali s obzirom da se na valjak bočno

postavljaju magneti (2 komada svaki promjera 5mm) dobio bi se valjak istih dimenzija

ali puno veće mase u slučaju da je iskorišten čelik kao materijal. Tada zbog prevelike

mase potrebno je smanjiti dimenzije valjaka. Ako se smanje dimenzije valjaka tada je

teško izvesti montažu istog broja magneta kao i na većim dimenzijama. To bi

rezultiralo lošom simulacijom automodela te slabom rezolucijom očitavanja magneta.

Oblik i masa su bitni jer ta dva parametra zajedno stvaraju moment inercije koji je

potreban za računanje snage. Moment inercije raste povećanjem promjera valjka iste

mase i obrnuto. Moment inercije je proračunat prije izrade valjaka te isto tako je

izračunat nakon izrade valjaka. Razlika je minimalna i zanemariva, a postoji zato što

postoje nesavršenosti u materijalu. Isto tako je izračunat moment inercije i u

programu SolidWorks gdje je isti izmodeliran.



4.2.1. Proračun momenta inercije mjernog valjka

Materijal: aluminijska legura 6061 specifične gustoće 2720kg/m3

Volumen mjernog valjka

V=π ×r 2×h [m3]

V = π* 0.0322*0.04 =1,28679*10-4 m3

m = V * ρ = 1,28679*10-4 * 2720 = 350 g

Proračunata masa valjka je 350g , a izmjerena masa je 353g. Razlika postoji zbog

nesavršenosti sastava materijala te u daljnje proračune je upotrijebljena izmjerena

masa zbog točnosti mjerenja.

Formula za moment inercije cilindričnog valjka

I=m2×r2 [kg/m2]

I = 1,82784*10-4 kg/m2

Pošto postoje četiri valjaka onda je ukupni moment inercije zbroj momenta inercija

svih valjaka.

Iuk = 7,31136*10-4 kg/m2



Na valjku je izbušeno bočno 8 rupa po obodu namijenjeno za instalaciju i lijepljenje

magneta koji služe za očitanje pozicije valjka. Bušeno je glodalom umjesto svrdlom

jer glodalo ima paralelne rezne oštrice naspram obradne plohe. Time je uklonjena

mogućnost zračne rupe u valjku između magneta i valjka i otklonjena mogućnost da

valjak bude nebalansiran.

Kako bi se otklonila mogućnost proklizavanja kotača automodela na valjku bilo

je potrebno renderirati dodirnu površinu. U prvoj verziji je renderirano strojno na

tokarskom stroju sa alatom za takvu obradu . Ali taj način obrade gnječi materijal i

valjak postaje nebalansiran kada se rotira na visokim okretajima. Zbog toga je druga

verzija napravljena tako da se renderiralo na klasičnoj glodalici pomoću profilnog

glodala modula 0.8 za zupčanike upuštenog u materijal 0.7mm. Proces je vremenski

ne efikasan ali se dobio izvrstan rezultat.

Nakon obrade valjci su crno eloksirani radi dizajna i otpornosti na trošenje.

Slika 4. Mjerni valjak



4.3. Nosači valjaka

Nosači valjaka su oslonci koji imaju utore za kuglične ležajeve 16x8x5mm te

drže osovinu valjka na pravoj poziciji. Napravljeni su od iste legure kao i valjci na

CNC stroju za glodanje. Ujedno su i nosači senzora za očitavanje magneta

pozicioniranih na valjcima. Sustav sadrži 8 nosača .

Slika 5. Nosač valjka

4.4. Osovine i ležajevi

Za ovakav projekt ležajevi su jedni od ključnih elemenata jer unose gubitke u

sustav i o njima ovisi sigurnost rada samog sustava. Radi smanjenja gubitaka u

rotaciji korišteni su kuglični ležajevi sa keramičkom vodilicom kuglica klase ABEC5

dimenzija 16x8x5mm. Očišćeni su ultrazvučno prije upotrebe i podmazani uljem na

bazi keramike kako bi se postigla što lakša rotacija sa što manje gubitaka. U odnosu



na opterećenja koja trpe prilikom mjerenja koriste se predimenzionirani ležajevi radi

sigurnosti korisnika. Isto tako je radi još veće sigurnosti dodan još jedan par ležajeva

dodatno po osovini u slučaju havarije da korisnik ne nastrada.

Osovina koja se koristi je osovina napravljena iz čelika za osovine te je kaljena

naknadno. Na sebi ima utore za uskočnike radi pozicioniranja ležajeva u valjku i

nosačima.

4.5. Postolje i kućište

Kod ovakvog sustava potrebno je obraćati pažnju na sigurnost pri radu jer se radi

o snažnim motorima koji rade na visokim okretajima te analogno tome se i valjci

relativno velike mase vrte jako brzo ( do 10 000 o/min) što stvara vibracije i

mogućnost havarije.

Stoga materijal koji je odabran za postolje je konstrukcijski čelik debljine 7mm s čime

je postignuta velika masa na najnižem težištu sustava. Time se onemogućavaju

vibracije i poskakivanje po stolu gdje se izvršava mjerenje. Kako bi se još umanjile

vibracije postavljene su gumene noge ispod postolja.

Čelična ploča je čeono obrađena glodalom kako bi bila idealno ravna radi točnije

pozicije valjaka. Jer nakon rezanja ploče na plazmi je došlo do deformacije

materijala. Kućište je izrađeno od aluminijskog lima debljine 2mm te je sve naknadno

plastificirano u crnu mat boju.



Slika 6. Prikaz presjeka kućišta sa instaliranim valjcima i nosačima

Prije početka izgradnje dijelova bilo je potrebno konstruirati sve dijelove. Te

nakon što su svi dijelovi izmodelirani u SolidWorks programu tada je sastavljen sklop

dinamometra radi provjere ispravnosti nacrta. Nakon toga je napravljen vizualni

prikaz tog sklopa radi bolje predodžbe i kvalitetnije prezentacije kao što se vidi na

slici.



Slika 7. 3D Vizualni prikaz sastavljenog inercijskog dinamometra

Slika 8. Izrađeni dinamometar sa automodelom na njemu



5. Elektronički dio

Srcem sustava upravlja Arduino mega2560 mikroupravljač koji pomoću senzora

očitava poziciju valjka. Senzor koji se koristi radi pomoću Hallovog efekta te se tako i

zove (eng. Hall-effect sensor).

Rezultate koji se mjere i računaju, ispisuju se na LCD16x2 znakovnom ekranu. S

obzirom da sustav nema vanjsko napajanje zbog dizajna i lakše mobilnosti koristi se

unutarnje napajanje automodela . Radi dodatne telemetrije sustava ugrađen je

wattmetar koji prati pad napona napajanja pri najvećim opterećenjima te potrošnju

električne energije.

Ovaj sustav koristi LiPo akumulator nominalnog napona 7.4V kao napajanje koje

dobiva eksterno iz automodela koji je na mjerenju. Na taj način se istodobno vrši

kontrola napajanja u automodelu pomoću wattmetra koji je ugrađen u sustav.

Slika 9. LiPo akumulator Turnigy Nanotech 6000mAh



5.1. Hall senzor

Hall senzor je poluvodič koja mijenja svoj izlazni napon reakcijom na utjecaj

vanjskog magnetskog polja. Hall senzori se koriste za detektiranje blizine objekta,

pozicioniranje, određivanje brzine kretanja vozila itd.

Najčešće se koristi GaAs kao materijal za izradu Hall senzora makar se još izrađuje i

od InAs,InP i InSb.

U njegovom najjednostavnijem obliku se koristi kao analogni detektor blizine.

Približavanjem senzora magnetskom polju može analogno tome mijenjati vrijednost

izlaznog napona .

Ako se koristi u digitalnom obliku kao što se koristi u ovom projektu onda se

koristio kao prekidač. U takvom obliku se najčešće koristi u industriji npr. kod

detekcije položaja pneumatskog cilindra, ili u komercijalnoj upotrebi kod računalnih

pisača gdje detektiraju nedostaje li papir ili je poklopac otvoren.

Najčešće se koristi mjerenje brzine rotacije kotača i osovina kod automobila npr.

ABS (eng. Antilock Braking System).

Prednosti Hall senzora:

Niska cijena naspram mehaničkih prekidača , te su puno pouzdaniji

Mogućnost upotrebe i u sustavima gdje su frekvencije i do 100kHz

Otporan je na utjecaje vanjskih atmosferskih uvjeta (prašina,voda,vibracije)

Ako se upotrebljava kao linearni senzor za mjerenje jakosti magnetskog polja

tada može mjeriti širok raspon magnetskog polja i može mjeriti izmjenično i

istosmjerno magnetsko polje

Mjerenje bez kontakta



Nedostatak Hall senzora:

Postoji precizniji magnetometar od Hall senzora, a to je „Fluxgate

magnetometar“

Postoji više tipova Hall senzora a razlikuju se prema rasponu mjerenja, načinu

reakcije na detekciju magnetskog polja ovisno o polaritetu magneta u ( mogu

generirati Hallov napon pri detekciji Sjevernog ili Južnog pola u blizini), te postoje

Latch/Unlatch Hall senzori. Tj. u tom načinu rada Hall senzor radi kao prekidač te ga

aktivira jedan od polova magneta , a suprotni ga deaktivira.

5.1.1. Princip rada Hall senzora

Hall senzor je uređaj koji se aktivira pomoću utjecaja vanjskog magnetskog polja.

Znamo da magnetsko polje ima dvije važne karakteristike, a to su magnetski tok i

polaritet (Sjeverni i Južni pol). Izlaz iz Hall senzora je reakcija na gustoću

magnetskog polja koje se trenutno nalazi oko uređaja. Kada magnetski tok prevali

određeni namješteni prag, tada senzor detektira magnetsko polje i generira izlazni

napon kojeg zovemo Hallov napon VH.

Na slici je prikazan princip rada Hall senzora.



Slika 10. Princip rada Hall senzora

Ovdje je primijenjen Hall senzor 49E 2043CL koji radi u digitalnom načinu rada

reakcijom na Južni pol magneta. Odabran je taj senzor iz razloga što u ovom slučaju

je potreban senzor koji radi u digitalnom načinu rada , a u tom načinu rada je bitno da

detektira magnetsko polje zanemarive veličine i senzor će uklopiti i podići signal na

visok nivo svaki put kada prođe magnet pored njega. Njegov domet detekcije nije

velik ali je i više nego dovoljan. Radi se o maksimalnoj udaljenosti 10mm, a koristi se

na udaljenosti od 5 mm tako da je sigurnost rada dupla što je zadovoljavajuće.

Frekvencija rotacije valjaka ne dolazi do maksimalnih mogućnosti senzora tako da ta

veličina ne može utjecati na ispravnost mjerenja.

Hall senzor ima tri pina za spajanje od kojih je jedan izlazni pin koji je spojen na

Arduino pločici na digitalni pin 8, te ima jedan pin za napajanje i jedan za masu.



Slika 11. Hall senzor

Električne karakteristike:

Radni napon 3-6,5V

Ulazna struja Max 8mA

Izlazna struja Max 20mA

Vrijeme odziva 3 uS

Izlazni napon 0,8-4,20V

Radna temperatura -40―85⁰CTablica 2. Električne karakteristike Hall senzora



5.2. LCD ekran (eng. Liquid Crystal Display)

Svako mjerenje koje korisnik obavlja zahtjeva rezultate ispisane u nekom obliku.

U ovom slučaju se ne koristi konekcija sa računalom nego je projekt zamišljen da

uređaj za mjerenje bude samostalan i samoodrživ bez potrebe za spajanjem na

razne periferije poput eksternog monitora.

Zbog toga je ugrađen u uređaj LCD 16x2 znakovni ekran koji ima 16 znakovnih

mjesta i 2 reda. Ima LED pozadinsko osvjetljenje radi bolje vidljivosti i lakšeg

očitanja rezultata.

Na slici 12. je prikazan ekran koji se koristi.


Slika 12.LCD 16x2 ekran


Broj pina Simbol Funkcija

1 Vss Masa

2 Vdd +3V ili +5V napajanje

3 Vo Podešavanje kontrasta

4 RS H/L Register Select signal

5 R/W H/L Read/Write registar

6 E H/L podatkovna linija

7 DB0 H/L podatkovna linija








15 A/Vee +4,2V napajanje za LED osvjetljenje

16 K 0V napajanje za LED osvjetljenje

Tablica 3. Opis pinova LCD-a

5.2.1. Shema i opis spajanja ekrana na Arduino Mega2560

Ekran je prije instaliranja u sklop prvo spojen na Arduino razvojnu pločicu preko

proto pločice kako bi se provjerila ispravnost. Prvo je spojeno napajanje za

osvjetljenje . Pin 15 ekrana je spojen na +5 V te pin 16 na masu. Pošto ekran koji je

odabran za ovaj projekt nema u sebi ugrađen pred otpor za LED osvjetljenje

potrebno je bilo ugraditi odgovarajući otpornik. Da bi LED koji se koristi radio u

idealnim uvjetima potrebno mu je dovesti 3.5 V, a zna se da koristi jakost struje od 16

mA , tada pomoću Ohmovog zakona može se izračunati da je potrebno ugraditi

otpornik od 93.75 Ω. S obzirom da se otpornik takve vrijednosti ne može kupiti

ugrađen je otpornik od 100 Ω između +5 V i pina 15 na ekranu.



Sljedeće što je bilo potrebno napraviti je napraviti mogućnost podešavanja

kontrasta ekrana. A to je ovdje napravljeno tako da je spojen potenciometar od 10

kΩ. Pin 3 se koristi za podešavanje kontrasta pa je tamo doveden klizač

potenciometra te je spojen na masu i napajanje od 5 V.

Nakon što je ekran osposobljen za vizualni prikaz tada ga je bilo potrebno

osposobiti za logičko povezivanje sa Arduino razvojnom pločicom te samo napajanje

ekrana koje je odvojeno od osvjetljenja.

Pin 1 je spojen na masu (0 V) razvojne pločice i pin 2 na +5 V.

Sabirnica LCD ekrana sastoji se od 11 podatkovnih linija od kojih su 8 linija

D0-D7 koje služe za slanje podataka na ekran te RS,EN i RW . RS ili Register Select

je linija preko koje mikroupravljač odabire da li će slati podatak u obliku znakova ili će

npr. mijenjati poziciju kursora.

Pin EN ili Enable koristi se da bi se ekranu naredilo kada je spreman za učitavanje

podataka. Pin RW ili Read/Write register služi da odredimo smjer slanja podataka, u

smislu da li želimo podatke slati na ekran ili ih učitavati sa ekrana u mikroupravljač. S

obzirom da se najčešće ekrani koriste tako da se šalju podaci na njega, tada se u

tom slučaju taj pin ne koristi i spaja se na masu.

U ovom projektu se koristi 6 pinova za komunikaciju mikroupravljača sa ekranom, a

to su : RS,EN,D7,D6,D5 i D4. Kao što se vidi nisu iskorišteni svi pinovi jer ovaj sustav

koristi SPI komunikaciju sa LCD ekranom.

SPI (eng. Serial Peripheral Interface) je standard koji opsuje sinkronu serijsku

komunikaciju. Služi za povezivanje periferije (u ovom slučaju LCD ekran) i glavnog

uređaja (Arduino razvojna pločica) putem brzog dvosmjernog prijenosa podataka

(eng. full duplex). Takav protokol koristi 4-žično sinkrono serijsko sučelje, tj. pinove

navedene ranije u tekstu.

RS pin je spojen na digitalnom pinu 12, EN je spojen na digitalnom pinu 11, D4 na

digitalnom pinu 5, D5 na digitalnom pinu 4, D6 na digitalnom pinu 3 i D7 na

digitalnom pinu 2 Arduino razvojne pločice.

Biblioteka koju se koristi za upravljanje ovim ekranom je LiquidCrystal .



Slika 13. Shema spajanja LCD ekrana



Slika 14. Shema spajanja dinamometra

5.3. Wattmetar

Dinamometar koji je opisan u ovome radu mjeri dobivenu snagu električnog

motora u automodelu.

Mana mu je što ne mjeri uloženu snagu motora te na taj način ne može izmjeriti

efikasnost motora.

Zbog te mane ugrađen je digitalni wattmetar u uređaj koji je spojen između

izvora napajanja automodela i regulatora protoka električne energije k motoru. Na taj

način je vidljiva uložena snaga električne energije. Te se može izračunati efikasnost

motora u automodelu. Prednost ugradnje digitalnog wattmetra je to što se usput

može vidjeti napon akumulatora i potrošnju jakosti struje koju motor troši.

Formula za računanje efikasnosti motora glasi:

η=dobivenouloženo

∗100 [%]



Slika 15. Wattmetar



6. Izrada upravljačkog programa

Nakon pokretanja programa Arduino i prvotnog podešavanja razvojne

okoline opisanog ranije potrebno je upisati upravljački kod kojim će sustav

funkcionirati.

Pri pisanju upravljačkog koda je korišten jezik C koji je prilagođen Arduino razvojnoj

okolini.

Upravljački kod se sastoji od nekoliko cjelina koje su u nastavku

objašnjene svaka posebno. Jedan dio se odnosi na deklariranje korištenih varijabla i

funkcije setup (). Dok se drugi dio sastoji od funkcije loop () te programu koji se

nalazi unutar te funkcije i funkcije rpmvaljka ().

6.1. Deklaracija varijabli

Na početku koda se deklariraju biblioteke koje se koriste u upravljačkom programu

Slika 16. Korištene biblioteke

Varijable poput parametara koji se računaju su deklarirane kao float jer

se radi o decimalnim brojevima. Vremenske varijable su deklarirane kao unsigned

long zbog toga što se radi o velikoj količini milisekunda pa je potrebno koristiti takvu

deklaraciju. Hall senzor je deklariran kao const int jer će uvijek biti spojen na digitalni

ulaz 18.

Nekim od varijabla je pridružena određena vrijednost , tj. te vrijednosti su konstante

poput radijusa valjka, radijusa kružnice na kojoj su pozicionirani magneti, prijenosni

omjer zupčastog prijenosa u automodelu, i tako dalje.

Pinovi koji se koriste za povezivanje sa LCD ekranom su također deklarirani.



6.2. Funkcija setup

Funkcija setup je funkcija koja se poziva pri uključivanju upravljačkog programa i

izvršava se samo jednom. Služi za inicijalizaciju LCD ekrana , tj. njegovih znakovnih

polja koja ćemo koristiti, te ulaza/izlaza i varijabli. Pri pokretanju programa ova

funkcija je iskorištena i da prikaže početni zaslon sa natpisom i da postavi određene

varijable u nulu.

Funkcija pinMode definira ulazni pin mikroupravljača na koji je spojen hall senzor.

Kao što je prikazano na slici, hallpin označava broj tj. imenovani pin, a INPUT

određuje da je taj pin ulaz.

Slika 17. Setup funkcija

U setup funkciji se nalazi naredba attachInteruupt koja označava inicijalizaciju

prekida. U toj funkciji broj 5 određuje prekid koji se koristi tj., prekid broj 5 se nalazi

na digitalnom pinu 18 na kojem je spojen hall senzor. Na taj način se definira na



kojem pinu dovodimo vanjski prekid. Rpmvaljka označava koju funkciju će prekid

pokrenuti, a RISING definira to da će se prekid dogoditi na rastući brid. Pošto je

jednak razmak između magneta i magneti su istih dimenzija tada je svejedno da li će

se prekid dogoditi na rastući ili padajući brid.

6.3. Funkcija rpmvaljka

Ova funkcija se odvija svakim prekidom (eng. interrupt) koji se dogodi. U jednom

punom okretaju valjka koji ima na sebi montirana dva magneta dogoditi će se dva

prekida. Svaki prekid će se pribrojati brojaču (varijabla rpmbrojac) te će se te

vrijednosti kasnije iskoristiti u proračunavanju.

Slika 18. Rpmvaljka funkcija

6.4. Funkcija loop

Funkcija loop se poziva nakon inicijalizacije i nakon što su se postavili početni

uvjeti. Ova funkcija je beskonačna petlja koja radi sve dok je uređaj uključen.

U ovome projektu funkcija loop služi za proračunavanje pomoću poznatih

vrijednosti i vrijednosti koje su dobivene rezultatom vanjskih prekida. Tj. u njoj se

obavlja sav aritmetički dio proračuna potreban za dobivanje rezultata koji je potreban.



Na početku funkcije je korištena naredba delay(1000) što znači da je odgođen

proračun za 1000ms tj. 1 sekundu, a s obzirom da je ovo beskonačna petlja na taj

način je dobivanje uzorkovanje podataka svake sekunde.

Nakon odgode sa funkcijom detachInterrupt je postignuta izolacija proračuna

od vanjskog prekida. Tj. na taj način nema mogućnosti da dođe do pogreške prilikom

računanja. Na slici je prikazana funkcija loop , a u sljedećoj cjelini je opisan proračun.

Slika 19. Funkcija loop

6.4.1. Proračun za mjerenje snage i ostalih parametara

Jedan od najvažnijih parametara za izmjeriti snagu kod inercijskih dinamometra je

vrijeme. Preciznije, vrijeme koje prođe od očitanja prvog magneta do sljedećeg i tako

dalje. To vrijeme je ovdje izmjereno pomoću funkcije millis(). Funkcija millis() je

funkcija koja mjeri vrijeme od uključivanja Arduino razvojne pločice. A može mjeriti

oko 50 dana rada uređaja.



Takav podatak je ovom sustavu nepotreban jer namjena uređaja nije takva da

bude upaljen više od desetak minuta. U ovome radu je ta funkcija iskorištena tako da

je trenutno vrijeme millis() dodijeljeno određenim varijablama poput temptime i

timeold .

RPM (eng. Revolutions Per Minute)

Nakon što se dogodi prekid događa se proračun za računanje vremena koje

prođe između očitanja dva magneta. Kada se očita prvi magnet tada trenutnu

vrijednost millis() oduzima sa vrijednosti varijable timeold koja je u startu deklarirana

kao 0. Te slijedi kalkulacija broja okretaja u minuti valjka pomoću formule. Zatim se

varijabli timeold dodjeljuje trenutna vrijednost millis() kako bi u sljedećem prekidu

program imao početnu vrijednost vremena kod sljedećeg očitanja magneta. Ta

razlika vremena je deklarirana varijablom temptime.

Dio koda sa formulom za mjerenje okretaje u minuti valjaka:

rpm = (30*1000/temptime)*rpmbrojac

Rpm je varijabla koja opisuje o/min valjaka. Ova jednadžba je podijeljena s 2

jer se koriste dva magneta na valjku što znači dva prekida označuju vrijednost jednog

okretaja valjka. Formula je podijeljena s dva prije unosa u kod zbog tog kako bi

mikroupravljač imao manje posla u proračunu.

S obzirom da korisniku ovog dinamometra okretaji valjaka ne predstavljaju

ništa zanimljivog dodana je varijabla nazvana rpm2 koja prikazuje okretaje u minuti

motora koji se nalazi u automodelu. Na takav način da su preračunati o/min valjaka

pomoću poznate vrijednosti prijenosnog omjera zupčastog prijenosa u automodelu u

o/min motora. Nakon proračuna varijable rpm brojaču je dodijeljena vrijednost 0.



Brzina automodela

Sljedeći parametar koji mjerimo tj. računamo je brzina automodela. Pošto

imamo vrijednost RPM valjaka tada je lako matematički pomoću ove formule.

v=2∗r∗π∗RPM∗601000

[km /hr ]

Formula koja je korištena u upravljačkom kodu je skraćena i pojednostavljena

kako mikroupravljač ima više prostora za obavljati druge funkcije. Varijabla r je

radijus mjernog valjka, a varijabla RPM je broj valjaka u minuti.

Snaga električnog motora u automodelu

Da bi se mogla proračunati snaga potrebno je izmjeriti moment motora. Za

moment motora potrebno je znati kutno ubrzanje valjaka i moment inercije valjaka. S

obzirom da je moment inercije valjaka ranije već proračunat i izmjeren potrebno je

izračunati kutno ubrzanje.

α=dωdt

[rad /s2]

Kutno ubrzanje u kodu je deklarirano varijablom a , a vrijeme je već izmjereno

od prije (temptime) i potrebno je izračunati još kutnu brzinu ω koja je deklarirana u

kodu varijablom w. S obzirom na poznati podatak izmjerene vrijednosti varijable rpm

dolazi se do kutne brzine. Te tada je moguće izračunati koliko je kutno ubrzanje

mjernog valjka što je potrebno za daljnji proračun.

ω=π∗RPM30

[rad /s ]



Nakon izračunatog kutnog ubrzanja u upravljačkom kodu se proračunava

moment motora pomoću ove formule:

τ=α∗I [kgm ]

Gdje je moment u kodu deklariran kao t , a moment inercije valjaka kao I.

Moment je kasnije pretvoren u drugu mjernu jedinicu (Nmm) kako bi se mogla

prikazati vrijednost na ekranu jer mjereni motori imaju male vrijednosti momenta. Ta

nova vrijednost je deklarirana kao t2 i nije korištena u daljnjem proračunu nego

samo za prikaz na ekranu.

Kada su poznate sve potrebne veličine za proračunati snagu slijedi konačno

proračun snage koji glasi

P=τ∗ω[W ]

Snaga je deklarirana u upravljačkom kodu kao power. Ta snaga dobivena ovim

proračunom je izmjerena snaga električnog motora u automodelu.

6.4.2. Ispis rezultata na LCD ekranu

Sve izmjerene vrijednosti parametara koje se traže se ispisuju na LCD ekranu

unutar loop funkcije koja se ponaša kao beskonačna petlja pa se na ekranu

prikazuju trenutne vrijednosti parametara, a mijenjaju se ovisno o zadanoj vrijednosti

vremenskog uzorkovanja opisanog ranije.

Prije samog ispisa potrebno je unijeti u kod naredbu lcd.clear() koja služi da

obriše vrijednosti s ekrana i da bude čista podloga za znakove koji se namjeravaju

ispisati. Na taj način se izbjegava ispisivanje znaka preko postojećeg znaka.

Kako bi odredili gdje će se ispisati tekst koji želimo prije je potrebno pozicionirati

kursor . To se radi pomoću naredbe setCursor() čija je sintaksa : setCursor(a,b) gdje

a označava stupce, a b redove.



Nakon što je podešena lokacija gdje će se tekst ispisati tada je potrebno unijeti

naredbu lcd.print() gdje unutar zagrada se upisuje varijabla koju se želi ispisati ili

tekst.

Na slici je prikazan dio upravljačkog koda koji ispisuje izmjerene vrijednosti na ekran

ovog projekta.

Slika 20. Ispis izmjerenih vrijednosti na ekran



7. Upravljanje dinamometrom

Prije uključenja uređaja potrebno je postaviti automodel na dinamometar tako da

svaki kotač dodiruje jedan valjak. Nakon što se postavio i učvrstio potrebno je upaliti

daljinski upravljač, zatim spojiti konektore od automodela u konektore dinamometra.

Kada je automodel postavljen i spojen u dinamometar tada se njegov akumulator

priključuje preko svojih konektora u dinamometar i pritom uređaj i automodel dobivaju

napajanje te su pušteni u rad.

Mjerenje može započeti kada je sve priključeno. Mjerenje se vrši na takav način

da se automodel ubrza iz stanja mirovanja do maksimalne brzine naglim dodavanjem

maksimalnog gasa. Gas se dodaje pomicanjem poluge za gas na daljinskom

upravljaču. Da bi mjerenje bilo točno valjci dinamometra se ne smiju okretati prije

dodavanja maksimalnog gasa. Nakon što automodel postigne maksimalnu brzinu

koju može postići tada se očitavaju podaci sa ekrana. Podaci su RPM,snaga, i

moment motora u automodelu, te brzina automodela. Kada su podaci očitani, polugu

gasa na daljinskom upravljaču je potrebno vratiti u neutralan položaj. Kada auto

miruje potrebno je očitati uloženu snagu sa wattmetra i izračunati efikasnost motora.

Kada je mjerenje izvršeno potrebno je sve konektore isključiti kako bi se isključilo

napajanje.



8. Zaključak

U ovom završnom radu opisana i prikazana izrada inercijskog dinamometra za

mjerenje snage automodela pomoću Arduino Mega2560 razvojne pločice koja se

temelji na ATmega2560 mikroupravljaču. Objašnjen je način na koji se mjeri snaga

pomoću inercijskog dinamometra, upravljački program koji upravlja uređajem te je

prikazan način spajanja elektroničkih komponenti.

Nedostatak i trenutna mana ovog dinamometra je to što ne može samostalno

izračunati efikasnost motora jer wattmetar nije napravljen i povezan pomoću Arduino

razvojne pločice nego je kupljen gotov i montiran odvojeno.

Ovaj rad je ostvario cilj, omogućio je korisniku da od sada može vidjeti

telemetrijski prikaz podataka automodela na stolu te da ne mora više koristiti

štopericu ili procjenjivati da li je postigao napredak nakon poboljšavanja sa

automodelom.



9. Literatura

1. Arduino Mega2560, 10.9.2014

http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardMega2560,.

2. Arduino playground, http://playground.arduino.cc/, 10.9.2014.

3. Hall effect sensor, http://en.wikipedia.org/wiki/Hall_effect_sensor, 10.9.2014.

4. Karl Heinz Decker, Elementi strojeva, Golden marketing, 2006., 661

5. LCD 16x2 datasheet, 10.9.2014

http://arduino.cc/documents/datasheets/LCD-WH1602B-TMI-ET%23.pdf,

6. Serial Peripheral Interface, 10.9.2014,

http://en.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface_Bus

7. Inertion Dyno design guide, 10.9.2014., http://dtec.net.au/Inertia%20Dyno

%20Design%20Guide.htm

8. Dynamometer, 10.9.2014., http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamometer

9. Engine Inertia Dyno Sizer, 10.9.2014.,

http://performancetrends.com/Calculators/Engine-Inertia-Dyno/Engine-Inertia-

Dyno.php


http://performancetrends.com/Calculators/Engine-Inertia-Dyno/Engine-Inertia-Dyno.php

http://performancetrends.com/Calculators/Engine-Inertia-Dyno/Engine-Inertia-Dyno.php

http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamometer

http://dtec.net.au/Inertia%20Dyno%20Design%20Guide.htm

http://dtec.net.au/Inertia%20Dyno%20Design%20Guide.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface_Bus

http://arduino.cc/documents/datasheets/LCD-WH1602B-TMI-ET%23.pdf

http://en.wikipedia.org/wiki/Hall_effect_sensor

http://playground.arduino.cc/

http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardMega2560


10. Prilozi

10.1. Upravljački program

/*

Završni rad

RayceWork Dyno

Damir Cindrić

0035164233

Tehničko veleučilište u zagrebu

Elektrotehnički odjel

Komunikacijska i računalna tehnika

Strujni krug :

* LCD RS pin - digital pin 12

* LCD Enable pin - digital pin 11

* LCD D4 pin - digital pin 5




* LCD R/W pin - ground

* 10K potenciometar -> +5V i GND

* hall sensor - digital pin 18 (interrupt 5)

*/



const int hallPin = 18; // hall senzor spojen na pinu 18

volatile byte rpmbrojac; // brojac magneta

unsigned int rpm; //okretaji u minuti valjka

unsigned int rpm2; //okretaji u minuti motora u automodelu

unsigned long timeold; // prijasnje vrijeme

unsigned long temptime; // vrijeme proteklo izmedju 2 prekida

float velocity; //brzina automodela

float power; // snaga automodela

float t; // moment

float t2; // moment

float w; // kutna brzina

float a; //kutno ubrzanje

float I=0.00071402052; //moment inercije valjka sa rupom , a bez rupe 0.0007168

float GR = 6.65; // prijenosni omjer automodela

float pi=3.14159265; // pi

float magrad=0.026; //radijus polozaja magneta

float r=0.032; //radijus valjka

// popis biblioteka koje su potrebne

#include <SPI.h>

#include <LiquidCrystal.h>

// inicijalizacija pinova koji se koriste za ekran

LiquidCrystal lcd(12,11, 5, 4, 3, 2);



void rpmvaljka()

//u svakoj rotaciji ovaj prekid se desava dva puta zbog dva magneta koja su na valjku

rpmbrojac++;

void setup()

lcd.begin(16, 2); // inicijaliziranje znakovnih polja na ekranu

// pocetni zaslon

lcd.print(" RayceWork ");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(" Dyno");

delay(2000);

lcd.clear();

//koristimo prekid 5 koji se nalazi na arduinovom digitalnom pinu 18

//prekid se desava na rastućom bridu

attachInterrupt(5, rpmvaljka, RISING);

//definiranje hall senzora kao ulaza na pinu 18

pinMode(hallPin, INPUT);

rpmbrojac = 0;

rpm = 0;

timeold = 0;



void loop()

// uzorkovanje svake sekunde

delay(1000);

//izoliranje prekida tokom proracuna

detachInterrupt(5);

// 60*1000/(millis() - timeold)*rpmbrojac je jednadzba za uzorkovanje u slucaju koristenja 1 magneta

//tj. jednog prekida tokom jedne rotacije, s obzirom da imamo 2 magneta

// tada imamo 2 prekida tokom jedne rotacije pa iz toga proizlazi (60/2 * 1000/temptime)*rpmbrojac

temptime=millis()-timeold;

rpm = (30*1000/temptime)*rpmbrojac;

timeold = millis();

rpmbrojac = 0;

rpm2=rpm*GR;

velocity=float (rpm*r*0.10472)*3.59; // proracun brzine automodela

w=float (rpm/30)*pi;

a=float (w/temptime);

t=float (a*I);

power=float (t*w);

t2=t*9806.65; //pretvorba kgm u Nmm



//ispis rezultata na ekran

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,0); // pozicioniranje kursora

lcd.print(rpm2); // ispis rezultata na trazenoj poziciji

lcd.setCursor(6,0); //pozicioniranje kursora

lcd.print("RPM"); //ispis mjerne jedinice na trazenoj poziciji

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(velocity);

lcd.setCursor(4,1);

lcd.print("km/h");

lcd.setCursor(10,0);

lcd.print(power);


lcd.print("W");

lcd.setCursor(9,1);

lcd.print(t2);


lcd.print("Nmm");



//restart prekida

attachInterrupt(5, rpmvaljka, RISING);



10.2. Nacrti










Documents

Dinamometar za mjerenje snage električnog motora ... · Web viewDinamometar za mjerenje snage električnog motora automodela na daljinsko upravljanje Dinamometar za mjerenje snage