モーター回転数測定(周期測定の応用)
概要
ロボコン等にも興味がありますので、必須技術となるモーター制御の一環として、モーターの回転数を測定してみました。
動作原理
モーターの回転軸にスリット円板を取り付け、それをフォトインタラプタに通すことにより、機械的な回転変位を、電気的なパルスに変換し、そのパルス幅より、回転数rpm(revolution per minute)を求めます。
図Aのように、1回転で1回のパルスが出力される場合の回転数rpmは、60秒÷パルス幅で求めることが出来ます。
図Bのように、1回転で4回のパルスが出力される場合の回転数rpmは、(60秒÷パルス幅)÷4パルスで求めることが出来ます。
パルスの幅を求める方法は、パルス周期測定ユニットや周期&周波数測定ユニットV2(1Hz~100Hz)を参照してください。
尚、測定レンジは、4段階に自動で切り替え、出来るだけ精度を高めるように工夫してあります。
フォトインタラプタは、手持ちの物を使いました。(実は、型番が良く分かりません)
測定の対象としたモーターと厚紙で作ったスリット円板です。
回路図
ソースコード
- RotationMeasure.c
//********************************************************************** #define CLOCK2MHZ #ifdef CLOCK2MHZ // min1Hz #define PS1 2.00 // 2.00 = (1 / 2000000Hz) * 4 * 1 * 1000000 -> ≒8Hz～ #define PS2 4.00 // 4.00 = (1 / 2000000Hz) * 4 * 2 * 1000000 -> ≒4Hz～ #define PS4 8.00 // 8.00 = (1 / 2000000Hz) * 4 * 4 * 1000000 -> ≒2Hz～ #define PS8 16.00 // 16.00 = (1 / 2000000Hz) * 4 * 8 * 1000000 -> ≒1Hz～ /* １Ｈｚの時の精度（PS9の時） 小数点第４桁 １．０００００＝１÷（（６２５００× １６．０ ）÷１００００００） ０．９９９９８＝１÷（（６２５０１× １６．０ ）÷１００００００） ０．９９９９７＝１÷（（６２５０２× １６．０ ）÷１００００００） １０Ｈｚの時の精度（PS1の時） 小数点第３桁 １０．００００＝１÷（（５００００× ２．０ ）÷１００００００） ９．９９９８＝１÷（（５０００１× ２．０ ）÷１００００００） ９．９９９６＝１÷（（５０００２× ２．０ ）÷１００００００） ５０Ｈｚの時の精度（PS1の時） 小数点第２桁 ５０．００００＝１÷（（１００００× ２．０ ）÷１００００００） ４９．９９５０＝１÷（（１０００１× ２．０ ）÷１００００００） ４９．９９００＝１÷（（１０００２× ２．０ ）÷１００００００） １００Ｈｚの時の精度（PS1の時） 小数点第１桁 １００．００００＝１÷（（５０００× ２．０ ）÷１００００００） ９９．９８００＝１÷（（５００１× ２．０ ）÷１００００００） ９９．９６００＝１÷（（５００２× ２．０ ）÷１００００００） ５００Ｈｚの時の精度（PS1の時） 小数点第０桁 ５００．００００＝１÷（（１０００× ２．０ ）÷１００００００） ４９９．５００５＝１÷（（１００１× ２．０ ）÷１００００００） ４９９．００２０＝１÷（（１００２× ２．０ ）÷１００００００） １０００Ｈｚの時の精度（PS1の時） 小数点第０桁 １０００．００００＝１÷（（５００× ２．０ ）÷１００００００） ９９８．００４０＝１÷（（５０１× ２．０ ）÷１００００００） ９９６．０１５９＝１÷（（５０２× ２．０ ）÷１００００００） */ #endif #ifdef CLOCK16MHZ // min8Hz #define PS1 0.25 // 0.25 = (1 / 16000000Hz) * 4 * 1 * 1000000 -> ≒62Hz～ #define PS2 0.50 // 0.50 = (1 / 16000000Hz) * 4 * 2 * 1000000 -> ≒31Hz～ #define PS4 1.00 // 1.00 = (1 / 16000000Hz) * 4 * 4 * 1000000 -> ≒16Hz～ #define PS8 2.00 // 2.00 = (1 / 16000000Hz) * 4 * 8 * 1000000 -> ≒8Hz～ /* 最高精度（PS1の時） 小数点第３桁 ６１．０３６１＝１÷（（６５５３５× ０．２５ ）÷１００００００） ６１．０３７０＝１÷（（６５５３４× ０．２５ ）÷１００００００） ６１．０３８０＝１÷（（６５５３３× ０．２５ ）÷１００００００） １０Ｈｚの時の精度（PS8の時） 小数点第３桁 １０．００００＝１÷（（５００００× ２．０ ）÷１００００００） ９．９９９８＝１÷（（５０００１× ２．０ ）÷１００００００） ９．９９９６＝１÷（（５０００２× ２．０ ）÷１００００００） １００Ｈｚの時の精度（PS1の時） 小数点第２桁 １００．００００＝１÷（（４００００× ０．２５ ）÷１００００００） ９９．９９７５＝１÷（（４０００１× ０．２５ ）÷１００００００） ９９．９９５０＝１÷（（４０００２× ０．２５ ）÷１００００００） ５００Ｈｚの時の精度（PS1の時） 小数点第１桁 ５００．００００＝１÷（（８０００× ０．２５ ）÷１００００００） ４９９．９３７５＝１÷（（８００１× ０．２５ ）÷１００００００） ４９９．８７５０＝１÷（（８００２× ０．２５ ）÷１００００００） １０００Ｈｚの時の精度（PS1の時） 小数点第０桁 １０００．００００＝１÷（（４０００× ０．２５ ）÷１００００００） ９９９．７５０１＝１÷（（４００１× ０．２５ ）÷１００００００） ９９９．５００２＝１÷（（４００２× ０．２５ ）÷１００００００） */ #endif //********************************************************************** unsigned int measurement() { unsigned int dat; // T1CON.TMR1ON = 0; // タイマーオフ TMR1H = 0; // タイマー値クリア TMR1L = 0; // タイマー値クリア PIR1.CCP1IF = 0; // キャプチャフラグクリア asm { loop_001: // キャプチャフラグ確認(アセンブラで高速処理) btfss PIR1, 2 goto loop_001 } // while (PIR1.CCP1IF == 0) // キャプチャフラグ確認 // ; T1CON.TMR1ON = 1; // タイマーオン PIR1.CCP1IF = 0; // キャプチャフラグクリア asm { loop_002: // キャプチャフラグ確認(アセンブラで高速処理) btfss PIR1, 2 goto loop_002 } // while (PIR1.CCP1IF == 0) // キャプチャフラグ確認 // ; T1CON.TMR1ON = 0; // タイマーオフ dat = CCPR1H << 8; dat |= CCPR1L; // return (dat); } void main() { static unsigned char buf[15]; static unsigned int dat; static unsigned char prescale; static double prescaled, cycleTime, rpm; // OSCCON = 0b01010000; // クロックは2MHz CMCON = 0b00000111; // コンパレータは使用しない。 ANSEL = 0b00000000; // A/D変換は使用しない。 TRISA = 0b00111100; TRISB = 0b00001111; OPTION_REG.F7 = 0; // PORTBをプルアップする。 // T1CON.TMR1CS = 0; T1CON.T1CKPS0 = 0; T1CON.T1CKPS1 = 0; T1CON.TMR1ON = 0; TMR1H = 0; TMR1L = 0; PIE1.TMR1IE = 0; PIR1.TMR1IF = 0; prescale = 1; prescaled = PS1; // CCP1CON.CCP1M3 = 0; CCP1CON.CCP1M2 = 1; CCP1CON.CCP1M1 = 0; CCP1CON.CCP1M0 = 1; CCPR1H = 0; CCPR1L = 0; PIE1.CCP1IE = 0; PIR1.CCP1IF = 0; // Lcd_Custom_Config(&PORTA, 1, 0, 7, 6, &PORTB, 5, 6, 7); Lcd_Custom_Cmd(LCD_CURSOR_OFF); Lcd_Custom_Cmd(LCD_CLEAR); // while (1) { dat = measurement(); // cycleTime = (double)dat * prescaled; // usec変換 FloatToStr(cycleTime, buf); Lcd_Custom_Out(1, 1, buf); Lcd_Custom_Out(1, 13, "usec"); // rpm = ((1000000.0 / cycleTime) / 4.0) * 60.0; // 回転数変換 FloatToStr(rpm, buf); Lcd_Custom_Out(2, 1, buf); Lcd_Custom_Out(2, 13, "rpm"); // if (PIR1.TMR1IF == 0) { // オーバーフローチェック Lcd_Custom_Out(2, 16, "-"); } else { PIR1.TMR1IF = 0; Lcd_Custom_Out(2, 16, "*"); switch (prescale) { // プリスケーラ自動調整 case 1: T1CON.T1CKPS0 = 1; T1CON.T1CKPS1 = 0; prescale = 2; prescaled = PS2; break; case 2: T1CON.T1CKPS0 = 0; T1CON.T1CKPS1 = 1; prescale = 4; prescaled = PS4; break; case 4: T1CON.T1CKPS0 = 1; T1CON.T1CKPS1 = 1; prescale = 8; prescaled = PS8; break; case 8: break; } } // Delay_ms(500); // if (PORTB.F3 == 0) { // プリスケーラリセット（無し：１／１） T1CON.T1CKPS0 = 0; T1CON.T1CKPS1 = 0; prescale = 1; prescaled = PS1; } } } //**********************************************************************
動作原理
モーターを回しながら、フォトインタラプタに近づけて測定しました。
左側:モーターを1Vで廻した時のパルス幅と回転数です。
右側:モーターを2Vで廻した時のパルス幅と回転数です。
左側:モーターを3Vで廻した時のパルス幅と回転数です。
右側:モーターを4Vで廻した時のパルス幅と回転数です。
モーターへの印加電圧と回転数の関係をグラフにしてみました。
無負荷状態のモーターの回転数ですが、結構直線性は良いようです。
手作りのスリット円板にしては上出来ですね! 