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Geschwindigkeits- und Drehzahl Messgerät
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Meter for Speed and rpm
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| 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. |
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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,- |
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The device costs roughly
€ 50,- All parts should be easy to get. I used Conrad and RS Components. |
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Konzept / Funktionsprinzip
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Design / how it works
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| 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. |
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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. |
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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 |
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The picture above shows the
current front panel. I'm currently experimenting with printable foils to
generate a nicer desing. |
Aufbau
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Construction
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| 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. |
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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 |
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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. |
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My prototype was done in wire
wrap, it could easily get implemented on a single side PCB
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Sensoren
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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. |
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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. |
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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. |
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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 |
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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. |
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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. |
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Bedienung
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Operation
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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 |
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| 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 |
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| Start -
Speichern |
| speichern ausgewählt |
legt die Paramater in EEPROM ab |
| ansonsten |
ein Meßzyklus wird gestartet. |
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There are 5 buttons. The 2
right of the display are used to browse through the options.
| Meter |
| real scale
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displays real speed in km/h |
| Modell |
model speed in cm/s |
| rpm |
in R/min |
| memory |
saves values |
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| 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 |
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| start - save |
| save |
saves parameters |
| any other display |
starts a meter cycle |
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