Speedometer

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Geschwindigkeits- und Drehzahl Messgerät

Meter for Speed and rpm

Seit einiger Zeit plane ich die Geschwindigkeit von Modellzügen messen zu können. Das Angebot der Industrie hat mich bisher nicht angesprochen. Die Lösung einen Fahrradtacho auf einem Waggon zu montieren hat mich nicht befriedigt. Vor allem kann man damit die Geschwindigkeit nicht an einem bestimmten Punkt messen, und was ich kenne zeigt der Tacho nur die Maximalgeschwindigkeit an. Weiters beeinflusst der relativ schwere Tacho die Messung. Jede Messung beeinflusst das zu überwachende System, der dadurch entstehende Messfehler sollte aber möglichst klein sein.

Mein Ziel ist es verschiedene Sensoren einzusetzen: Reed-Kontakte, Optokoppler oder Schalter. Sie Sensoren sollten klein und leicht zu installieren sein um an jeder möglichen Stelle Messungen vornehmen zu können, oder mehrere Sensoren fix installiert haben können. Weiters soll das Gerät Batteriebetrieben sein um den Kabelsalat mit der Stromversorgung auszuweichen.

For some time I plan to build a speedometer for my model trains. The stuff offered by the industry did not satisfy me. There are several versions of bicycle meters available which travel on a car. The biggest problem with that for me is that it is not possible to measure the speed on a specific point only max or min speed is available. The second problem is that the meter car is relatively heavy which modifies behavior of the train too much.

I wanted to have a meter with several different sensors, reed contacts, optic couplers or switches which can be swapped easily. The sensors should be small and easily installable to allow flexible usage. The meter itself should run on batteries to avoid hassles with power supply.

Das hier vorgestellte Gerät hat unter € 50,- gekostet. Die Bauteile sind im Elektronikhandel gut erhältlich (Conrad und RS Components) Der BasicSamp II kostet allein etwa € 25,- The device costs roughly € 50,- All parts should be easy to get. I used Conrad and RS Components.

Konzept / Funktionsprinzip

Design / how it works

Das Messgerät besteht aus 2 Teilen. Der Anzeigebox mit LCD Display, Computer und Stromversorgung und externen Messfühlern. Am oberen Rand der Box befindet sich der Stecker am Bild oberhalb der roten Taste gut zu erkennen. Damit kann man leicht verschiedene Messfühler anschließen. The meter has 2 parts. The central unit with LCD display, computer and power supply and the sensors. All sensors are connected via a cable which gives flexibility to deploy various devices. The connector to the sensors is above the red button.
Es gibt einen Messeingang an dem diverse Fühler angeschlossen werden. Die Zentraleinheit misst den Abstand zwischen den eingehenden Impulsen und berechnet daraus die Drehzahl bzw. Geschwindigkeit. Man kann den Abstand der Messfühler und die Zahl der Pulse pro Umdrehung frei Konfigurieren. Die Messauflösung beträgt 2µs also 0,000002 Sekunden. There is a input line which measures the time between 2 pulses. The central unit calculates the rpm or speed based on this. It is necessary to define the distance between the sensors or the number of pulses per round. The resolution ist 2 µs it is 0,000002 seconds!

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Das obige Bild zeigt die provisorische Frontplatte, ich experimentiere derzeit mit diversen bedruckbaren Folien im ein Professionelles Aussehen zu erstellen The picture above shows the current front panel. I'm currently experimenting with printable foils to generate a nicer desing.

Aufbau

Construction

Die Zentralelektronik basiert auf einem Parallax BASIC Stamp II. Neben dem Stampmodul sind nur wenige Widerstände für die Taster nötig. Weiters habe ich einen Pieper vorgesehen, der jeden Tastendruck akustisch quittiert und für morse Ausgabe zur Verfügung steh (derzeit noch nicht implementiert).

Damit soll man Messungen machen können ohne immer aufs Display sehen zu müssen. Die paar Morsezahlen lernt man schnell.

The CU is based on a Parallax BASIC Stamp II module. Apart of the module there are only a few more resistors necessary for the input switches. Additionally I use a micro beeper to give acoustic feedback and eventually Morse output (not yet implemented). Both features can be turned off in the configuration menu.

The idea for Morse output is to allow working without being forced to read the display.

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Die Externen Komponenten sind über diverse Steckverbinder angeschlossen The external components are connected through various connectors.

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Meinen Prototyp habe ich auf einer Lochrasterplatte in Wirewrap Technik gelötet. Eine Umsetzung auf Basis einer einseitig Kupferkaschierten Platine sollte schnell möglich sein. My prototype was done in wire wrap, it could easily get implemented on a single side PCB

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Sensoren

Sensors

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Für die Drehzahlmesser Funktion gibt es einen Magnetsensor (Hall Detektor). Dieser reagiert auf die Intensität des Magnetfeldes. Damit lassen sich sehr sicher bei Motoren die Drehzahl aufnehmen.

Im Konfigurationsmenu definiert man die Zahl der Pulse pro Umdrehung um korrekte Werte ablesen zu können.

Der Hall-Sensor befindet sich rechts vom roten Schrumpfschlauch etwas verdeckt. Die LED daneben erleichtert das richtige positionieren und Zeigt das Vorhandensein eines Wechselfeldes an.

For the rpm meter there is a hall sensor, using magnetic fields. This device works very reliable.

In the configuration menu there is a option to define how many pulses per round will be detected to get correct readings.

The hall sensor is on the very right side covered by the red insulator. The LED close to the sensor gives feedback to the user when enough magnetism is detected.

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Das ist ein sehr früher Prototyp eines optischen Drehzahlsensors. Ein Zahnrad oder sonstiges rotierendes Teil mit einer oder mehrerer hell/dunkel Markierungen kann damit abgelesen werden. Offene Motoren bei denen die Ankerwicklungen sichtbar sind eignen sich ebenfalls.

Ich werde diesen Sensor noch überarbeiten, da sich das Einstellen der Lichtempfindlichkeit als recht fummelig herausgestellt hat.

Der Fototransistor hat einen Sensorwinkel von 30°, die schwarze Hülle gegen Streulicht ist gar nicht notwendig.

This is an early prototype of my rpm meter. Any rotating device with light dark markers on it can be read in. On open motors the anker can be used to measure.

I plan to redo the sensor as it is currently very touchy to set the brightness control.

The photo transistor has a input angle of 30°. The black protector around it is not really necessary.

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Für die Geschwindigkeitsmessfunktion müssen die Informationen der eigentlichen Sensoren auf eine Pulsfolge reduziert werden. Die Logik der CU hat nur einen Eingang. Es wird eine L-H-L-H Folge erwartet.

Das erste H ist eine Art Startbit die Zeit des L-H Übergangs dient letztlich als Messperiode für die Geschwindigkeit.

Die Logik ist symmetrisch ausgelegt und arbeitet daher in beide Richtungen.

To read in speed information the sensor data must be concentrated to one line as the CU has only one pin free for input. This module converts the 3 sensor lines to a L-H-L-H.

The first H is used as a start bit the second L-H period is the necessary info to calculate the speed.

The logic is symmetric, so it works in both directions!

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Eines der Geschwindigkeitssensor Module das die zuvor vorgestellte Auswerteelektronik benutzt arbeitet mit 3 Reflexlichtschranken. Sie Sind auf dem darunter befindlichen LMx24 (4-fach OP) aufgeklebt. Kombiniert mit dem Sockel darunter entsteht genügend Abstand zur Platine, da0 man damit nahe genug an vorbeifahrende Modelle herankommen kann.

Der blaue Regler dient zum anpassen an die jeweiligen Oberflächen der Modelle, also hell dunkel Kompensation.

Die LED am oberen Rand dient zur Kontrolle der Empfindlichkeit der Sensoren

One of the speed sensors is based on reflex optic couplers. It is a piggy pack board to the previously described logic. There are 3 sensors glued on top of the LMx24 (4 x OpAmp). This gives enough height against the board to place the sensors along the tracks to measure the speed of a passing model.

The blue pot is used to compensate environment changes as there are lighter and darker models.

The LED on the upper edge is used to calibrate the module.

Ein weiterer Sensor (ohne Bild) besteht aus 3 Miniatur-ReedKontakten die von unten in die Schwellen eingefräst sind. Nachteil zumindest ein Modell im Zugsverband muss einen Magneten montiert haben. Dafür ist praktisch kein Abgleich notwendig und funktioniert sehr zuverlässig.

Ähnlich könnte man mit Hall-Sensoren verfahren der Elektronikaufwand wäre aber höher.

Another sensor is based on mini reed switches, which are mounted inside the track bed. At least one model in a train mist carry a magnet. The positive side is that this works very reliable and there is no calibrating necessary.

Bedienung

Operation

Es gibt 5 Taster, die beiden rechts oben um die Optionen durch zu wählen bzw. die Funktionen ein und aus zu schalten.
Messbereich
Vorbild Zeigt die Geschwindigkeit des Vorbilds in km/h
Modell Geschwindigkeit des Modells in cm/s
Drehzahl in U/min
Speicher schreibt die eingestellten Paramater in den EEPROM. Die Daten bleiben auch ohne Strom gespeichert
Parameter
Distanz Abstand der Geschwindigkeits- Sensoren
Pole Anzahl der Impulse pro Umdrehung
Töne ein/aus
Schaltet das piepsen
Morse Morse Output
Maßstab wählt den Maßßstab (Z,N,TT,H0,0,I,G,VB) zur Geschwindigkeits- Berechnung des Vorbilds
Start -

Speichern

speichern ausgewählt legt die Paramater in EEPROM ab
ansonsten ein Meßzyklus wird gestartet.
There are 5 buttons. The 2 right of the display are used to browse through the options.
Meter
real scale


displays real speed in km/h
Modell model speed in cm/s
rpm in R/min
memory saves values
Parameter
distance distance between sensors
Pole how many pulses per round
sound sound on/off
Morse Morse Output
scale choose your scale (Z,N,TT,H0,0,IGVB) to calculate real speed
start - save
save saves parameters
any other display starts a meter cycle

 

 

 

 

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