Разработка принципиальной схемы устройства

Внешнее прерывание микроконтроллера вызывается высоким уровнем сигнала (5В) на его выводе. Применяемы нами датчик холла является аналоговым, уровень его сигнала на выходе равен 2.5 В, и изменяется на ± 0.25 В при воздействии на него магнитным полем.

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой было решено применить компаратор, который будет выдавать высокий логический уровень при изменении сигнала на выходе датчика холла. При первоначальных экспериментах было замечено ложное срабатывание компаратора, что вело к ложному срабатыванию микроконтроллера и ложным результатам. Для избегания ложного срабатывания компаратора в следствии дребезга контактов было решено использовать схему компаратора с петлей гистерезиса (триггер Шмитта).

Датчик Холла подключен к инвертирующему входу компаратора, на не инвертирующем входе компаратора установлен делитель напряжения. Так же на компараторе имеется положительная обратная связь, обеспечивающая гистерезис, который защищает компаратор от ложного срабатывания в результате дребезга контактов.

Рис 7 Схема тригггера Шмитта

Рис 8 Смоделированная схема компаратора с гистерезисом

компьютер компаратор устройство порт Резисторы R4 и R3 формируют напряжение 2.3 В на не инвертирующем входе компаратора. Резисторы R2 и R5 формируют положительную обратную связи и отвечают за формирование петли гистерезиса. Компаратор LM393является компаратором с открытым коллекторным выходом, для работы компаратора его выход был подтянут через резистор R1 к напряжению питания 5 В.

Номиналы сопротивлений были доработаны на смоделированной системе с использованием пакета Micro-Cap 9.

Рис 9 Принципиальная электрическая схема устройства

Плата Arduino nano получает питание через разъем USB, а схема компаратора и датчик холла, получают питание через вывод 5V на плате Arduino. Выход компаратора подключен к выводу внешнего прерывания D3 на плате Arduino.

Рис 10 График зависимости выходного сигнала компаратора от сигнала на инвертирующем входе

Рис 11 Смоделированная схема компаратора

Рис 12 График анализа переходных процессов

В ходе разработки устройства была создана печатная плата в пакете SprintLayout.

Рис 13 Печатная плата

Так же, при испытании работоспособности схемы, были получены осциллограммы переходных процессов.

Рис 14 Переходный процесс на выходе компаратора, при воздействии магнита на датчик холла

Рис 15 Переходный процесс на выходе компаратора, при прекращении воздействия магнита на датчик холла

Рис 16 Сигнал с датчика холла на инвертирующем входе компаратора, без воздействия магнитного поля

Рис 17 Сигнал с датчика холла на инвертирующем входе компаратора, под воздействием магнитного поля

Рис 18 Сигнал на не инвертирующем входе компаратора

Разработка программного обеспечения

нет.

да Рис 19 Блок-схема программы

Формула расчета скорости вращения беговой дороожки:

V=рD/ t3, где V-скорость м/мин, D-диаметр вала беговой дорожки, р-математическая константа, t3-время одного оборота вала.