これが最も作りたかったものであります^^;
この時にいただいたCNC用の強力な300Wスピンドルモーターに
回転数計（タコメーター）をつけたいのであります。
やっぱタコメータは、アナログじゃないと雰囲気でないよな～
と思いつつ、この辺りの5V電圧計で、
目盛りだけ2Dプリンタで自作かな～とポチっておいたのですが
US$ 5.17（5% OFF）
前々回、OLEDでこのデジアナ電圧計を作った時に
タコメーターにぴったしだと思い立ったわけであります^^;
CNC2418の回転数を測定したのが、
Arduinoで周波数カウンタを探しましたが
一定の期間のパルスをカウントするゲート方式だと、
1回の測定に100msecほど必要なのでちと長過ぎます。
で、Arduinoのパルス幅測定「pulseIn」命令を使うことにします。
1μsec100カウントの10KHz辺りが限界ということになります。
スピンドルモーターのファンの回りに
センサー用のスリット付きの輪っかを嵌めようと考えてて
回転するのでスリット１つだとバランスが心配なので3つにすることにして
rpmに対する周波数とpluseInでのカウント数は、
では、スケッチから！
ダイニングテーブルにシリコンマット敷いてテスト中！^^;
439Hz x 20 = 8780rpm ≒ 8800rpm というわけです。
あれっ？綴りが間違ってますね～ rmsじゃなくてrpmです(-_-;)
執筆中に気づいて＿|￣|○ この先全部間違ってました(T_T)
スケッチは、修正したのですが、写真の撮り直しが面倒でして～
以降の rms ⇒ rpm で読み替えてください(-_-;)
ちなみに、rms･･･実効値のことですね^^;
ようやく回転数表示にしました。
この状態は、約500Hz DUTY90%のパルスを入力しています。
実は、針とバーレベルの二重表示にしたのは、
今回、DUTY vs 回転数のグラフを取ってみると、
ん～ん、かなり直線から外れてますね～
EXCEL近似式いれてみると3次関数（右下青文字）になっちゃいました(T_T)
48V 無負荷です。
針は、DUTYから100% 12000rpmとして１次関数で回転数を算出してます。
これは、上のグラフでDUTY 50%の時、
針とバーレベルがこんなにズレるんですよね～(T_T)
ん～ん、針の意味がなくなる～？(T_T)
モーター後ろのファンを布で軽く押さえて負荷を掛けると
DUTY 90%以上では回転数はさほど落ちませんが
それより低いDUTYでは、負荷を掛けるほど回転数は落ちます。
まあ、針位置より低いと負荷が掛かり過ぎという目安にするかな？^^;
（さすがに最後だけrpmに修正して、写真撮り直しております）
DUTYが高い時は、
針：1次関数で算出した回転数 と バー：実回転数 の差はこうなります。
この辺では、ファンを布で押さえて少々負荷を掛けても回転数落ちません。
メーターデザインとしては気に入ったものができたと思います^^;
折角、バーレベルと針の両方できるようにしたので、採用したいけど
この辺は、実際に切削してみて考えることにしよう(-_-;)
それにしても、rpmとrmsを間違えるとは...(T_T)
かなりぼ～っとしてますね～(-_-;)
と思いつつ、この辺りの5V電圧計で、
目盛りだけ2Dプリンタで自作かな～とポチっておいたのですが
US$ 5.17（5% OFF）
前々回、OLEDでこのデジアナ電圧計を作った時に
タコメーターにぴったしだと思い立ったわけであります^^;
ずっと前の2017年4月、古～いPS2マウスのボードの
フォトインタラプタ部を使ってやりました。
フォトインタラプタ部を使ってやりました。
今回も同じもの使うつもりで、ここでもやってます。
Arduinoで周波数カウンタを探しましたが
一定の期間のパルスをカウントするゲート方式だと、
1回の測定に100msecほど必要なのでちと長過ぎます。
で、Arduinoのパルス幅測定「pulseIn」命令を使うことにします。
入力パルスのHIGH or LOWの時間を測定するもので、
HIGH期間とLOW期間を足せば１周期の時間が判ります。
ただ、分解能 1μsecなので、±1%精度とすると1μsec100カウントの10KHz辺りが限界ということになります。
スピンドルモーターの回転数は、Max 12000rpmなので
12000 ÷ 60 = 200Hz
pluseIn向きの低周波ですね～^^;
pluseIn向きの低周波ですね～^^;
スピンドルモーターのファンの回りに
センサー用のスリット付きの輪っかを嵌めようと考えてて
回転するのでスリット１つだとバランスが心配なので3つにすることにして
rpmに対する周波数とpluseInでのカウント数は、
3000rpm･･･50 x 3 = 150Hz･･･6667カウント（μsec）
12000rpm･･･200 x 3 = 600Hz･･･1667カウント（μsec）
となるので
pluseInで十分な精度が得られそうです^^;
まずは、Arduino UNOで文字ベースの周波数カウンタ＆タコメーター
3スリットとしてrpmを算出しています。
スケッチは、Google Driveのここに入れてます。
スケッチは、Google Driveのここに入れてます。
＊＊＊＊＊FreqCounter_Tachometer.ino＊＊＊＊＊
// Freqency Counter & Tachometer
// Arduino UNO & OLED I2C SH1106(128x64)
// Marty Vessel June, 2020
#include <Wire.h> // for I2C6
//#include <SPI.h> // If will use SPI
#include <Adafruit_GFX.h> // https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library
#include <Adafruit_SH1106.h> // https://github.com/wonho-maker/Adafruit_SH1106
#define OLED_RESET 4 // PA4 for RESET SH1106 PDA
Adafruit_SH1106 display(OLED_RESET); // RESET SH1106
volatile unsigned long LowTime = 0; // INPUT PulseのHIGH期間[μsec]
volatile unsigned long HighTime = 0; // INPUT PulseのLOW期間[μsec]
volatile unsigned long TotalTime = 0; // INPUT Pulseの１周期[μsec]
int SensorIn = 7; // Arduino UNO PD7
void setup() {
pinMode(SensorIn, INPUT); // Tachometer Sensor Input
display.begin(SH1106_SWITCHCAPVCC, 0x3C); // SH1106、I2C Address：0x3C
display.setTextSize(1); // FONT Size x1
display.setTextColor(WHITE);
}
void loop() {
// pluseIn usage
// unsigned long pulseIn(uint8_t pin, uint8_t state, unsigned long timeout));
// pin： 入力ピン
// state： カウントするレベル型、HIGH or LOW
// timeout： カウントのタイムアウト時間(μsec)、Default 1000000μsec(1sec)
HighTime = pulseIn(SensorIn, HIGH,500000) ; // timeout:0.5sec μsec
LowTime = pulseIn(SensorIn, LOW,500000) ; // timeout:0.5sec μsec
TotalTime = HighTime + LowTime ;
display.clearDisplay(); // clears display from any library info displayed
display.setCursor(2, 2);
display.print(HighTime) ;
display.print(" usec") ;
display.setCursor(2, 10);
display.print(LowTime) ;
display.print(" usec") ;
display.setCursor(2, 18);
display.print(TotalTime) ;
display.print(" usec") ;
unsigned long Freq = 1000000 / TotalTime ;
display.setCursor(2, 26);
display.print(Freq) ;
display.print(" Hz") ;
// 3スリット、100Hz位で四捨五入してRPM値を計算
unsigned long RPM = ( Freq * 20 +50) /100 *100 ;
display.setCursor(2, 34);
display.print(RPM) ;
display.print(" rpm") ;
// 描画バッファの内容を画面に表示
display.display();
delay(200) ;
}
//#include <SPI.h> // If will use SPI
#include <Adafruit_GFX.h> // https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library
#include <Adafruit_SH1106.h> // https://github.com/wonho-maker/Adafruit_SH1106
#define OLED_RESET 4 // PA4 for RESET SH1106 PDA
Adafruit_SH1106 display(OLED_RESET); // RESET SH1106
volatile unsigned long LowTime = 0; // INPUT PulseのHIGH期間[μsec]
volatile unsigned long HighTime = 0; // INPUT PulseのLOW期間[μsec]
volatile unsigned long TotalTime = 0; // INPUT Pulseの１周期[μsec]
int SensorIn = 7; // Arduino UNO PD7
void setup() {
pinMode(SensorIn, INPUT); // Tachometer Sensor Input
display.begin(SH1106_SWITCHCAPVCC, 0x3C); // SH1106、I2C Address：0x3C
display.setTextSize(1); // FONT Size x1
display.setTextColor(WHITE);
}
void loop() {
// pluseIn usage
// unsigned long pulseIn(uint8_t pin, uint8_t state, unsigned long timeout));
// pin： 入力ピン
// state： カウントするレベル型、HIGH or LOW
// timeout： カウントのタイムアウト時間(μsec)、Default 1000000μsec(1sec)
HighTime = pulseIn(SensorIn, HIGH,500000) ; // timeout:0.5sec μsec
LowTime = pulseIn(SensorIn, LOW,500000) ; // timeout:0.5sec μsec
TotalTime = HighTime + LowTime ;
display.clearDisplay(); // clears display from any library info displayed
display.setCursor(2, 2);
display.print(HighTime) ;
display.print(" usec") ;
display.setCursor(2, 10);
display.print(LowTime) ;
display.print(" usec") ;
display.setCursor(2, 18);
display.print(TotalTime) ;
display.print(" usec") ;
unsigned long Freq = 1000000 / TotalTime ;
display.setCursor(2, 26);
display.print(Freq) ;
display.print(" Hz") ;
// 3スリット、100Hz位で四捨五入してRPM値を計算
unsigned long RPM = ( Freq * 20 +50) /100 *100 ;
display.setCursor(2, 34);
display.print(RPM) ;
display.print(" rpm") ;
// 描画バッファの内容を画面に表示
display.display();
delay(200) ;
}
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
ダイニングテーブルにシリコンマット敷いてテスト中！^^;
左は周波数とDUTYをVR可変できるATtiny85のパルスジェネレータです。
Min 60Hz ～ 600Hz辺りまでを可変します。
「Generator_FreqDutyControl_min61Hz.ino」
一応スケッチは、Google Driveのここです。
A0にリード線がついてますが、ここでは未使用です。
Min 60Hz ～ 600Hz辺りまでを可変します。
「Generator_FreqDutyControl_min61Hz.ino」
一応スケッチは、Google Driveのここです。
A0にリード線がついてますが、ここでは未使用です。
テストなので簡素な表示です。
上からHIGH時間、LOW時間、1周期、周波数
一番下が、3スリット想定での回転数です。439Hz x 20 = 8780rpm ≒ 8800rpm というわけです。
あれっ？綴りが間違ってますね～ rmsじゃなくてrpmです(-_-;)
執筆中に気づいて＿|￣|○ この先全部間違ってました(T_T)
スケッチは、修正したのですが、写真の撮り直しが面倒でして～
以降の rms ⇒ rpm で読み替えてください(-_-;)
ちなみに、rms･･･実効値のことですね^^;
 |
| 誤:rms 正:rpm |
さて、メーターのデザインですが、こんなイメージで
水色部の様にメーターを円周上のバーグラフにして、
針とバーレベルで２重表示したいのです。
 |
| 誤:rms 正:rpm |
ひとまず、0～12000rpmの目盛りだけできました！
全てdrawLine命令で描いてます。
全てdrawLine命令で描いてます。
針は、まだ、この時の最後の電圧計のままです。
ここでも気づかず、rmsと勘違いしてるのであります(-_-;)
ここでも気づかず、rmsと勘違いしてるのであります(-_-;)
 |
| 誤:rms 正:rpm |
バーレベルは、半径方向のLine･･･120本分の始点と終点座標を
EXCELで計算したデータを配列に入れて
drawLine命令で呼び出していきます。
所が、ここで地雷を踏んでしまうことに...(-_-;)
これは、デバッグ中で目盛りは外してますが、
EXCELで計算したデータを配列に入れて
drawLine命令で呼び出していきます。
所が、ここで地雷を踏んでしまうことに...(-_-;)
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
const uint16_t ScaleMap[121][4] PROGMEM = {
{ 11, 63, 18, 63 },
{ 11, 62, 18, 62 },
{ 11, 60, 18, 61 },
～～～
{ 117, 62, 110, 62 },
{ 117, 63, 110, 63 }
};
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
これは、デバッグ中で目盛りは外してますが、
左下にレベル0～2まで正しくバーレベルが表示されてます。
上記の配列ScaleMapの 0～2までの3本を
for文でdrawLine命令を回してます。
for文でdrawLine命令を回してます。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
for(s=0; s<=2; s++) {
display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);
}
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
左上の数字は、s=3の時の座標データ |
| 誤:rms 正:rpm |
所が、forを4回以上回すと、グチャグチャになるのです(T_T)
s開始、s間隔には関係なく
for(s=10; s<=12; s++) ･･･OK
for(s=10; s<=13; s++) ･･･NG
ループ4回目から異常なラインになるのです。
座標データは正しく読み出されてるのにな～(T_T)
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
for(s=0; s<=10; s++) {
display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);
}
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
左上は、s=11の時の座標データで正しく呼び出されてるんですがね。 |
| 誤:rms 正:rpm |
上で、for(s=0; s<=3; s++) 以上回すとダメなのです。
whileで回してもダメ(T_T)
whileで回してもダメ(T_T)
挙句の果ては禁断のgotoで回してもダメなのです。
とにかく、drawLineの中を変数にして４回以上回すと描画異常になります。
drawLineの中のスタックか何かが2bit分しかないような...
adafruit_sh1106ライブラリのソースを見るも、よ～わからんし(-_-;)
マーティーのスケッチミスではないと思うのですが...
座標データ配列を1次元に
マーティーのスケッチミスではないと思うのですが...
座標データ配列を1次元に
const uint16_t ScaleMap[484] PROGMEM = {
してもダメ
s開始、s間隔には関係なく
for(s=10; s<=12; s++) ･･･OK
for(s=10; s<=13; s++) ･･･NG
ループ4回目から異常なラインになるのです。
座標データは正しく読み出されてるのにな～(T_T)
drawLineの引数は、uint16_tなので、配列定義は、
const uint16_t ScaleMap[121][4] PROGMEM = {
ですが
const uint8_t ScaleMap[121][4] PROGMEM = {
とかもやってみましたが、変わらずダメなのです。
スケッチの上方に回さず、単純に10回コードに分割すると
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
s = 0;
display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);
s+=1;
display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);
s+=1;
display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);
s+=1;
display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);
～～～10回続ける～～～
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
この様に正しく表示されるのです。
左下の0から10個のバーレベルが表示されてます。
狐につままれた感じです(-_-;)
左下の0から10個のバーレベルが表示されてます。
狐につままれた感じです(-_-;)
 |
| 誤:rms 正:rpm |
とにかく前に戻すルーチン（for、while、goto）全滅なので、
禁断のgotoで後ろに飛ばすしかありません(T_T)
禁断のgotoで後ろに飛ばすしかありません(T_T)
放射状のバーレベルは、120目盛りなので
入力ADC max1023でlevel=120にして
s値のカウントがlevelと同じになったらgotoで最後に飛ばす。
とってもアホなコードですが、whileもforも使えないので
これしか方法がないのです^^;
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
int s=0;
display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);
// ★
s+=1;
if(s > level) goto END;
display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);
// ★
～～～
★～★の３行を120個繰り返して記述
～～～
s+=1;
if(s > level) goto END;
display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);
END:
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
で、やっと予定通りの動作になりました！
描画スピードもそこそこです。
左上は、s、levelの値（max 120）です。
 |
| 誤:rms 正:rpm |
スケッチをここまで分解すると、
座標データを配列にする意味がありませんね～(-_-;)
座標データを配列にする意味がありませんね～(-_-;)
drawLine内に座標データを直接入れます。
ちなみに、この長～いスケッチはEXCELで生成しております^^;
ちなみに、この長～いスケッチはEXCELで生成しております^^;
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
int s=0;
display.drawLine( 11, 63, 18, 63, WHITE ) ;
s += 1;
if( s > level ) goto END;
display.drawLine( 11, 62, 18, 62, WHITE ) ;
～～～
120本全てのバーレベル用ラインを記述
～～～
s += 1;
if( s > level ) goto END;
display.drawLine( 117, 63, 110, 63, WHITE ) ;
END:
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
バーレベルがrpm（回転数）
中央下にrpm値を表示することにしました。相変わらずrmsになってますが(-_-;)
針は、まだ電圧計のままで、左上は電圧表示に戻してます。
 |
| 誤:rms 正:rpm |
ようやく回転数表示にしました。
この状態は、約500Hz DUTY90%のパルスを入力しています。
実は、針とバーレベルの二重表示にしたのは、
針でPWMのDUTYから比例計算した回転数を表示したいのです。
負荷がかかると、DUTY比例の回転数から下がるのが見たいな～
というわけです。
左上：DUTY、針：DUTYから比例計算した回転数 で、
この時やった方式でADCにPWMを直接入力してDUTYを計測してます。
この時やった方式でADCにPWMを直接入力してDUTYを計測してます。
 |
| 誤:rms 正:rpm |
ひとまず完成かな^^;
全景です^^;
これは、両方に同じパルス（520Hz、DUTY 89%）を入力中です。
周波数でrpmバーレベルが動き、DUTYで針が動きます。
バーレベルは、100rpm刻み（全体の120分割）なので、
真っ白に塗りつぶされず、黒ドットが残ってますが
50rpm刻みで240分割にすれば、バーがキレイに塗りつぶされると思います。
スケッチはGoogle Driveのここです（rms ⇒ rpmに修正済です）
「Tachometer-BarLevel_Duty_type180.ino」
バーレベルは、100rpm刻み（全体の120分割）なので、
真っ白に塗りつぶされず、黒ドットが残ってますが
50rpm刻みで240分割にすれば、バーがキレイに塗りつぶされると思います。
スケッチはGoogle Driveのここです（rms ⇒ rpmに修正済です）
「Tachometer-BarLevel_Duty_type180.ino」
 |
| 誤:rms 正:rpm |
接続図というほどのものではないですが
PD7：回転数測定用のセンサーからのパルス入力
A0：PWMのDUTY測定用のADC入力
です。
では、やっとできたので
実際のモーターでやってみます。
まず、テストでは、この6枚羽根を付けるので
スケッチを３スロット用から６スロット用に変更しておきます。
上のスケッチ
「Tachometer-BarLevel_Duty_type180.ino」から
ここを、20⇒10に変えるだけです。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
unsigned long Freq = 1000000 / TotalTime ;
// unsigned long RPM = ( Freq * 20 +50) /100 *100 ; // 3スリット
unsigned long RPM = ( Freq * 10 +50) /100 *100 ; // 6スリット
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
上のスケッチ
「Tachometer-BarLevel_Duty_type180.ino」から
ここを、20⇒10に変えるだけです。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
unsigned long Freq = 1000000 / TotalTime ;
// unsigned long RPM = ( Freq * 20 +50) /100 *100 ; // 3スリット
unsigned long RPM = ( Freq * 10 +50) /100 *100 ; // 6スリット
フォトインタラプタ・センサーは、概略こんな回路になっているはずです。
LEDは赤外線です。
元は、マウス用なので位相差を見て回転方向を判定のため２個入ですが、
片方の出力だけ使ってます。
LEDは赤外線です。
元は、マウス用なので位相差を見て回転方向を判定のため２個入ですが、
片方の出力だけ使ってます。
0～48V可変電源は、まだ0.02Vです。
上の写真の中央付近のこれは、モーターのPWM制御ボード
この時登場した
48V 20AまでモーターをPWM制御できるもので、最大定格：60Vです。
US$ 3.23（34% OFF）
ボードのPower MOS-FETのGateから220Ωで引っ張り出して
ATtiny85でドライブします。
ATtiny85の中身は、上と同じ時に作った
Soft Start／Stop制御回路です。
左上は、最初の方のパルスジェネレータで
Prescale 1/8にして、7.8KHzにしています。
その右で、 ATtiny85のSoft Start／Stop制御しています。
では、動画で
48V 20AまでモーターをPWM制御できるもので、最大定格：60Vです。
US$ 3.23（34% OFF）
ボードのPower MOS-FETのGateから220Ωで引っ張り出して
ATtiny85でドライブします。
ATtiny85の中身は、上と同じ時に作った
Soft Start／Stop制御回路です。
Prescale 1/8にして、7.8KHzにしています。
その右で、 ATtiny85のSoft Start／Stop制御しています。
DUTY値は、Soft Start／Stop制御する前のPWMのDUTYです。
針は、そのDUTY値から比例計算したRPM値で振れています。
パルスジェネレータのVRでDUTYを可変しています。
DUTY（針）の動きに対して
Soft Start／Stop制御で追従がゆっくりになってます。
針は、そのDUTY値から比例計算したRPM値で振れています。
パルスジェネレータのVRでDUTYを可変しています。
DUTY（針）の動きに対して
Soft Start／Stop制御で追従がゆっくりになってます。
で、この時測った無負荷時のグラフは、これで
電圧 vs 回転数の直線性は、とても良かったのです。
（電流は各3回測定で、測定精度が悪いので数十mA程振らついてます）
ん～ん、かなり直線から外れてますね～
EXCEL近似式いれてみると3次関数（右下青文字）になっちゃいました(T_T)
48V 無負荷です。
これは、上のグラフでDUTY 50%の時、
針とバーレベルがこんなにズレるんですよね～(T_T)
ん～ん、針の意味がなくなる～？(T_T)
モーター後ろのファンを布で軽く押さえて負荷を掛けると
DUTY 90%以上では回転数はさほど落ちませんが
それより低いDUTYでは、負荷を掛けるほど回転数は落ちます。
まあ、針位置より低いと負荷が掛かり過ぎという目安にするかな？^^;
（さすがに最後だけrpmに修正して、写真撮り直しております）
針：1次関数で算出した回転数 と バー：実回転数 の差はこうなります。
この辺では、ファンを布で押さえて少々負荷を掛けても回転数落ちません。
折角、バーレベルと針の両方できるようにしたので、採用したいけど
この辺は、実際に切削してみて考えることにしよう(-_-;)
それにしても、rpmとrmsを間違えるとは...(T_T)
かなりぼ～っとしてますね～(-_-;)
2 件のコメント:
おはようございます！
回転数計こってますね。デジタル表示全盛の今日この頃、ソフトでアナログ回帰もいいかも(笑)無線機のメーターも高級機は、デジタルでアナログメーター表示になってますね。当局のおんぼろ自作機のメーターに応用できるかも
その昔、昔青年さんからいただいた宿題がやっとできそうです。
センサーを幾つかポチっておりますので、もう暫くお待ち下さいm(_ _)m
そういえば、Arduino ProMiniをポチりました^^;
NANOとほぼ同価格ですが、小さい分重宝しそうです。
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