Совсем недавно я опубликовал методическую статью о сборке макета тахометра на основе платы Ардуино и модуля датчика Холла. Это было сделано в учебно-просветительских целях. Статья стала основой сценария для моего учебного фильма по проведению лабораторной работы в магистратуре.
Однако написанию той статьи предшествовала сборка полноценного действующего образца тахометра, который я приспособил для измерения частоты вращения шпинделя своего самодельного фрезерного станка с ЧПУ. Настало время поделиться опытом изготовления тахометра.
Принцип работы цифрового тахометра подробно описан в моей статье. На нём останавливаться не будем.
Конструкция тахометра практически полностью повторяет конструкцию, описанную в статье. Однако, для компактности я использовал плату Arduino Nano, а вместо готового модуля датчика Холла собрал модуль собственной конструкции (рис. 2).
Этот модуль представляет собой небольшую плату, выполненный в соответствии со схемой (рис. 3), на которой установлен цифровой датчик Холла А3144 и подтягивающий резистор номиналом 10 кОм. Конденсатор на выходе модуля изначально не был предусмотрен.
Печатные платы для тахометра и для модуля датчика Холла были спроектированы в лицензионной версии САПР. По ним вручную были написаны управляющие программы для станка с ЧПУ. Пространства между дорожками были обработаны механически с использованием концевых фрез малого диаметра. В итоге получились довольно качественные печатные платы без применения химических реактивов, переноса тонера с помощью утюга и прочих классических ухищрений.
Преимущество изготовления печатных плат на станке с ЧПУ я вижу в возможности многократного тиражирования их при необходимости.
Рис. 5. Две одинаковые (почти) печатные платы 
Рис. 6
Печатная плата основного блока тахометра представлена на следующем рисунке (рис. 7). Здесь разместилась стандартная панелька для установки микросхем. В нее установлен модуль Arduino Nano. Кроме того виден шлейф для подключения жидкокристаллического дисплея типа LCD1602 по параллельному интерфейсу, подстроечный резистор для регулировки контраста изображения дисплея, светодиод, присоединенный к одному из цифровых выходов Ардуино, кнопка, присоединенная к цифровому входу Ардуино, контактные стойки для расширения функционала тахометра, а также разъём типа DB-9F.
Через разъём DB-9F на плату тахометра подаётся питание от штатного блока питания станка с ЧПУ напряжением 12В, сюда же осуществляется ввод цифрового сигнала с датчика холла и остаются свободными еще несколько линий для расширения функционала тахометра.
Обратите внимание на тот факт, что питание к тахометру, так же как и сигнал с датчика Холла следует подавать только через экранированный кабель во избежание наводок от силовых проводов, идущих к шпинделю станка. Это особенно актуально, если частота вращения шпинделя регулируется с использованием ШИМ-контроллера.
Опыт показал, что в сигнальных проводах от концевых выключателей к оптронам платы управления ЧПУ станка, идущих параллельно силовым проводам шпинделя, формируется напряжение, достигающее практически напряжения питания самого шпинделя. Поэтому экранирование сигнальных проводов (а может и силовых, если это возможно) и фильтрация напряжения, подаваемого на шпиндель являются обязательными мерами во избежание не только нарушения работы элементов станка, в том числе тахометра, но и во избежание электрических повреждений этих элементов.
Модуль цифрового дисплея установлен над основной платой тахометра с использованием стандартных монтажных шпилек (рис. 8).
Вся конструкция смонтирована в стандартном пластиковом корпусе, который можно приобрести в магазине радиотоваров. Для вывода разъёма DB-9F, для доступа к разъёму шины micro-USB Arduino и для размещения выключателя питания в корпусе предусмотрены соответствующие отверстия.
В передней панели тахометра (рис. 9), которая по совместительству является крышкой корпуса, выполнены отверстия под дисплей (кстати, профрезеровано на самом же станке, в ручном режиме управления), под светодиод и под кнопку (на фото ни светодиод ни кнопка еще не выведены наружу).
Светодиод тахометра служит для индикации текущего состояния тахометра и в первоначальной программе мигает в соответствии с отсчетом образцового интервала времени в 1 с.
Кнопка в настоящее время не задействована, но предполагается, что она будет использоваться для смены режима работы тахометра или навигации по встроенному программному меню.
Также на фото (см. рис. 9) видно, что датчик Холла смонтирован непосредственно на вертикальном суппорте фрезерного станка на незначительном расстоянии от вентилятора шпинделя. Плата датчика закреплена с использованием уголкового кронштейна (рис. 10) из алюминиевого сплава, в котором предусмотрены пазы для обеспечения возможности регулировки положения платы датчика по высоте и по вылету. Пазы профрезерованы в уголке с использованием станка с ЧПУ в ручном режиме управления.
Вентилятор шпинделя доработан мной (рис. 11): в нем просверлены диаметрально оппозитно два неглубоких отверстия, в которые установлены и приклеены два небольших неодимовых магнита, которые и служат для приведение в действие датчика Холла.
Вот такая получилась конструкция. В настоящее время мой тахометр умеет измерять частоту вращения шпинделя в об/мин, а также пересчитывать эту частоту в скорость резания для диаметра фрезы 3 мм.
Ваши вопросы, советы, замечания и рекомендации по данной конструкции можете отправлять в виде комментариев к настоящей публикации.
Ваши предложения и запросы прошу направлять мне по электронной почте, которая указана на странице «Контакты«.
