Устройство измерения скорости угла поворота лазерного луча

[l-e-o-n-a-r-d-o]

Время значительно можно понизить, если линейку дальше чуть, а после призмы поставить еще одну линзу, которая увеличит намного скорость движения луча.
А математику я люблю, просто препод у нас... ничего не обьясняет, а потом спрашивает, почему мы ничего не знаем, а на лекциях пишет сплошные крючки, ни одного слова и даже цифер нету... И это не прикол.

[dima1987]

В общем схема и идея в порядке. Преподаватель сказал, что желательно всю схему заменить микроконтроллером. Теперь нужно подобрать конкретные образцы для каждого устройства...

Нашел сайтец по подбору микроконтроллеров - там можно выставить всяческие параметры.. Только вот какой выбрать...

http://mcu.compel.ru/mcu_list.php

[NOPROBLEM]

Сейчас всё верно в схеме?

Почти! Вот только, связь со счетчика на регистр, с регистра на ЦАП, и с регистра на выход отображается как шина, тоесть двойной линией.
Еще. Триггер Шмидта хоть и выполняет ту-же функцию, что и представленной справа пороговое устройство, но не тождественно ему. У тригера Шмидта порог фиксирован, и есть гистерезис. У порогового устройства нет гистерезиса, а порог подстаивается так, что на выходе всегда длительность 0 и 1 равны Кроме того вход интегратора подключен к тому-же выходу порогового устройства что и входы счетчиков. Кроме того, по правилам на схемах входы блока всегда слева или вверху, а выходы справа или внизу.

Эээ.. Какие входы?

Таймер подключен к входу R счетчик и входу С регистра

UPD. Сейчас подумал, по идее сигнал от таймера должен поступать только на регистр, счетчику и без таймера хорошо будет)

Да, но только в первый раз! Все следующие отсчеты будут неправильны

[NOPROBLEM]

А математику я люблю, просто препод у нас... ничего не обьясняет, а потом спрашивает, почему мы ничего не знаем, а на лекциях пишет сплошные крючки, ни одного слова и даже цифер нету... И это не прикол.

Преподы, как и студенты бывают разные!

[NOPROBLEM]

В общем схема и идея в порядке. Преподаватель сказал, что желательно всю схему заменить микроконтроллером. Теперь нужно подобрать конкретные образцы для каждого устройства...
Нашел сайтец по подбору микроконтроллеров - там можно выставить всяческие параметры.. Только вот какой выбрать...
http://mcu.compel.ru/mcu_list.php

Весьма разумное решение! Строгих правил для выбора микропроцессора нет, обычно каждый выбирает ту фирму, с которой привык работать. Я бы выбрал PIC16F819. Ног у него хватит на всех, два входа АЦП использовал для входа с фотодатчиков. Выход ШИМ (ССР) использовал для формирования аналогового сигнала, на выход надо поставить ФНЧ (RC цепочку). У него есть внутренний тактовый генератор на 8мГц.

Насчет 18-ти секунд.. Это уж слишком много. За эти секунды луч может поменять скорость 10 раз и остановиться столько же - а в результате выдастся средняя скорость. Кроме пропорционального увеличения кол-ва полосок, нет другого решения для уменьшения этого периода?

Для уменьшения времени анализа без пропорционального увеличения частоты полосок можно применить программное умножение частоты с помощью синтезатора на основе ФАПЧ.

[_Master]

Подобную схему видел в одной книге Книга называется "Самоучитель по микропроцессорной технике" автор А.В.Белов его сайт http://avbelov.by.ru его email: belov@gomail.com.ua

[NOPROBLEM]

Подобную схему видел в одной книге Книга называется "Самоучитель по микропроцессорной технике" автор А.В.Белов его сайт http://avbelov.by.ru его email: belov@gomail.com.ua

Ну, схема там тривиальная. А вот сайт интересен для чайников! Рекомендую от души
Ну, вот теперь по сути. Микропроцессор следует питать с помощью микростабилизатора на 5В, который следует размещать рядом с микропроцессором. Это избавит от возможных наводок и сбоев по питанию, к которым микропроцессоры весьма чувствительны. Вход и выход микростабилизатора шунтируется керамическими конденсаторами емкостью 0,1мФ для защиты от возбуждения (требования изготовителя). Кроме микропроцессора от стабильного 5В через резисторы питаются три диода. Один в прямим включении светодиод (например АЛ307) для освещения оптического датчика положения линейки, второй его фотоприемник, а третий фотоприемник луча лазера (оба ФД24К). Сопротивление для светодиода задает стабильный ток через него для стабильности его светового потока. Сопротивления фотоприемников определяют коэффициент передачи преобразователя ток/напряжение. Так, например если мощность на фотоприенике от лазера или светодиода составит 1мВт, а коэффициент передачи ФД24К составляет 0,5А/Вт, то максимальный ток с выхода фотоприемника составит 0,5мА. Для напряжения в 5В надо взять сопротивление в 10кОм.
Оба вывода кварца, задающий частоту тактового генератора микропроцессора по требованиям его изготовителя следует блокировать керамическими емкостями 15пФ для исключения паразитных колебаний.
Один из выводов микропроцессора программируется как вывод ШИМ (ССР1 по терминологии микрочипа) В этом случае на выходе формируется колебания с частотой 350кГц с коэффициентом заполнения, соответствующим содержимому внутреннего 10 разрядного регистра. Для выделения постоянной составляющей, являющейся выходом ЦАП, достаточно было-бы RC цепочки с постоянной времени около 300мкс. Но без буферизации ее выводить из схемы неприлично, поэтому разумно совместить выходной буфер с активным фильтром в топологии Салена-Кея с единичным усилением и частотй среза в 3,6 кГц. Выход фильтра следует отвязать от разема небольшим сопротивлением (100ом) для устранения возбуждения от работы на кабель. Питание операционного усилителя для него надо брать не 5В, а нестабилизированное, большее, чтобы не потерять диапазон выходных напряжений. Помехи по питанию не страшны, у современных усилителей их подавление велико, например у LM7101 он составляет 104дБ!
Остальные выводы микропроцессора распаиваются на выходной разъем. Удобнее для программирования упаковки выходных данных, чтобы последовательность битов соответствовала последовательности номеров в порте, причем те выводы, которые запрограммированы на входы компараторов и выход ШИМ не пропускаются, а заменяются выводом другого порта.
Кроме информационных выводов следует сформировать стробовый выход. Сигнал на нем показывает, что информационный код истинный и может быть считан. Естественно, когда код переписывается, строб должен быть в пассивном (обычно высоком) уровне. Его смена сообщает приемнику информации о том, что данные обновились!
Двигатель, вращающий диск с штрихами можно питать от этого-же питающего напряжения, только исключить помехи от его коллекторных коммутаций с помощью конденсатора и продольного трансформатора на обоих питающих двигатель проводах!

[NOPROBLEM]

Время значительно можно понизить, если линейку дальше чуть, а после призмы поставить еще одну линзу, которая увеличит намного скорость движения луча.

При микропроцессорной реализации измерителя вовсе не стоит ждать целых 18 секунд, чтобы заполнить счетчик результатами измерения. Чтобы оценить скорость вполне хватит измерить время между двумя фронтами перепадов фототока, тоесть быстродействие системы вырастает на порядки Вопрос, почему этот принцип нельзя было реализовать в аппаратной структуре? Ответ - у нее не хватало интеллекта для проведения всех необходимых действий. В чем они состоят?
1. Требования к точности измерений фронта для данной реализации выростает на порядки. Если применить простой триггер Шмидта, то в результате при измерениях будем получать не скорость перемещения луча, а изменнение (тепловое и временнОе) чувствительности фотодатчика). Для устранения этого нужно система автоподстройки порога компаратора, фиксирующего фронт и срез изменения освещенности. Если мишень сделана точно (а иначе и нет смысла что-либо измерять), то единственная объективная точка переключения находится как момент, когда точно половина луча проходит на фотоприемник, а вторая-нет. При этом длительности 0 и 1 на выходе компаратора будут в точности равны. Это обстоятельство и используется для регулирования уровня. В момент переброса компаратора генерируется аппаратное прерывание, которое запускает процедуру измерений. Она состоит в чтении содержимого счетчика-таймера, который меняет свое состояние каждый такт микропроцессора. Микропроцессор специально заточен на эти измерения, поэтому он автоматически обнуляет таймер в момент чтения, поэтому каждое чтение дает оценку временного интервала с момента предыдущего чтения. Если сравнивать времена 0 и 1 (в соседних отсчетах) то можно принять обоснованное решение о необходимости и направлении коррекции значения порога компаратора. В результате порог всегда будет фиксироваться по правильному уровню, к тому же в момент максимальной крутизны изменения освещенности, тоесть с минимальным влиянием погрешности на определение момента фронта. Программные задержки при обработке прерываний во-первых малы при частоте 20 мГц, во вторых всегда постоянны, а следовательно всегда вычитаются друг из друга и на результат не влияют. Для получения правильного результата надо вычитать значения скорости вращения мишени из скорости перемещения луча на мишени, следовательно опорный измеритель должен иметь такую же погрешность, как и основной и его необходимо делать так-же тщательно, как и измеритель фронта фототока луча, тоесть оба канала должны быть одинаковы.
2. Последовательность измерений следующая:
а. При измерении времени между отсчетами опорного канала вычисляем скорость вращения как величину, обратную измеренного времени. Скорость вращения если и меняется, то очень медленно, поэтому разумно для уменьшения влияния случайных погрешностей ( царапинка на мишени) измеренные значения усреднять и сохранять в переменной.
б. При измерении времени между отсчетами основного (лазерного) канала вычисляем скорость перемещения луча на мишени как величину, обратную измеренного времени. Вычитаем из нее значение хранящуейся в переменной значение скорости вращения и получаем скорость перемещения луча.
в. Значение скорости прописываем в выходные порты и в регистр ШИМ, для получения аналогового сигнала о скорости. Перед началом записи устанавливаем строб в пассивный уровень, а по окончании возвращаем его в активный.
Вот и все!

[l-e-o-n-a-r-d-o]

Извините, может я чет не понял, Вы чтоли собираетесь измерять скорость всего по одному перепаду импульса?
Не проще ли будет взять штук 10 (или даже 5) перепадов и просто взять среднее арифметическое? тогда не надо слишком заморачиваться на погрешность. На контроллере это раз плюнуть. Да, кстати, для этой задачи пойдет любой современный контроллер с соответствующим количеством ножек и памяти.

[NOPROBLEM]

Извините, может я чет не понял, Вы чтоли собираетесь измерять скорость всего по одному перепаду импульса?

Да, это основа. Для курсового не по профилю этого достаточно. Тоесть на таком уровне анализа введение усреднения измерений больше вопросов поставит, чем решит. Но без усреднений в данной системе, если ее делать всерьез, не обойтись. Кратность усреднения должна выбираться как компромисс между погрешностями измерения и требуемым быстродействием. Никаких оценок этих параметров нет, а значит и компромисс не имеет смысла, поэтому не будем о грустном

Да, кстати, для этой задачи пойдет любой современный контроллер с соответствующим количеством ножек и памяти.

Согласен, за исключением памяти. В этой задаче ее просто не на что тратить

тогда не надо слишком заморачиваться на погрешность.

Ну уж фигушки! Усреднение уменьшает некоррелированную случайную погрешность пропорционально корню из кратности усреднения. Тоесть, чтобы уменьшить метания значений всего в 10 раз надо усреднять из 100 измерений. К тому-же в подобных (цифровых) системах нередки помехи типа сбоя вычислений. Они характерны дикими значениями, сильно отличающимися от средних измерений. Если усреднить такой "подарок", то будет напрочь испорчен кусок измерений, размером с кратность усреднения, тоесть, чем больше кратность, тем хуже. Для устраанения этого использутся медианная фильтрация. Другими словами, это совсем другая песня Однако замечу, что в любом случае единичные измерения должны быть проделаны перед началом любой фильтрации, тоесть они не теряют свою ценность никогда и не могут быть ничем заменены