数码之家

 找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

微信登录

微信扫一扫,快速登录

搜索
查看: 8187|回复: 119

[Arduino] 暴力风扇折腾手记:PWM调速+激光标定测速+OLED显示油门转数(原创)

  [复制链接]
发表于 2021-6-3 23:11:02 | 显示全部楼层 |阅读模式

认识众多玩家高手/拆客/DIYer,查阅更多资源,一起学习技术知识

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?立即注册 微信登录

x
偶遇某宝处理暴力风扇(12V 4.5A),成色价格都很理想,于是入手(坑)了几台。
把玩后发现全速太猛烈,故细究了四线测控机理,并用 Arduino 搭建了一套测控平台,特来分享之。

【入手】
风扇是台湾 AVC 品牌,双滚珠标称 12V 4.5A,全速一万多转,号称“碎指扇”:

IMG1a.JPG

拨动扇叶能明显感觉到强磁吸引,手感与常见风扇差别很大。风扇对外有四根线:

IMG1b.JPG


【调速研究】
稍微查阅资料可知,风扇的四根线分别是:电源正负、PWM控制输入、FG转速反馈。

经测试,PWM 脚悬空即可获得最大转速,施加电压调整为 0-5V,风扇转速平稳地上升或下降。
至此可以确认,风扇内部有对 PWM 脚的低通滤波、弱上拉电路,大致原理:

IMG2a.png

其中 R1 的存在确保即使只连接电源线,PWM悬空,风扇也能正确启动并达到最大转速;
R2-C1 网络确保风扇速度变化平稳,即使是低频 PWM 信号也能很好实现恒速控制。

后续使用 Arduino 控制转速时,只需要简单产生 0%-100% 的 PWM 信号,即可实现风扇油门调节。


【测速研究】
相比于PWM调速控制,风扇的测速信号略废了些功夫。

风扇的 FG 转速信号属于 OC 式逻辑输出,理论上可以兼容任意电平逻辑系统,大致原理如下:

IMG2b.png

风扇转子在某些特定角度,三极管Q1导通并由 FG_OUT 输出低电平;其他角度Q1关断,外部上拉电阻将 FG_OUT 拉高。
风扇转子周期性地转动,带动Q1周期性通断,最终输出方波频率正比于转数(RPM),此为测速原理。

受限于无刷电机、强磁转子磁极数目,仅能确保 FG_OUT 输出频率正比于转数,但比例系数未知。
具体表现为:转子每转一周,FG_OUT 输出方波周期数不一定为1,因而需要实验标定。

使用激光管-光敏管构成透射式转速检测机构,D1从扇叶旋转区域射入激光并由D2接收,如下图所示。
扇叶每转一周,光敏管 D2 被遮光 N=扇叶数目 次,使用示波器可轻松获得真实转速信号。

IMG2c.png

系统加电,调节PWM控制转速,使得 FG 反馈信号有 10ms 的周期方波:

IMG3a.JPG

此时开启激光标定系统,示波器切换到 D2 光敏管输出回路,可以看到明显的遮光动作:

IMG3b.JPG

从上图看来此时扇叶遮光的间隔为 4ms,配合五片扇叶的转子,可知当前旋转周期为 20ms.
再与 10ms 方波周期相比较,可有结论:转子每圈旋转,FG 信号输出两个方波周期。

因而想换算每分转数就很简单了:N(RPM) = fo(Hz) * 30
后续使用 Arduino 测得方波周期(或者1/4电平时长),即可换算得到实时转速。


【硬件:转接板】
既然要做调速、测速一体化的系统,整机就上 Arduino 扩展板。
一方面处理好外部电源、Arduino 供电的关系,另一方面把 PWM、FG 信号都接在合适的 GPIO 上方便连线;
最后装一个电位器用作油门,电位器转角与实际PWM之间可以做一级 Gamma 校正,避免油门响应不均匀。

基本连线原理:

IMG4a.png

扩展板焊好的样子,还是适配祖传 UNO:

IMG4b.JPG

接上电线、装上旋钮:

IMG4c.JPG

电源需要一个能到 5A 的玩意,否则分分钟过流保护:

IMG4d.JPG


【软件:显示转数+风压测试】
临时找一个液晶堆叠板显示转数,风扇固定在铁架台上方便测试风力。
下图中油门已经推到底,显示转速 13661Rpm,噪音似飞机起飞:

IMG5a.JPG

录一段视频感受下。
转速从 7kRpm 加到 13kRpm 全速,下压风力从几十克增长到 258g,超过风扇自重(235g):

IMG5b.gif

附上这段液晶测试所用固件: Fw1-Fan0802.zip (14.79 KB, 下载次数: 5)

打赏

参与人数 12M币 +201 收起 理由
cbh1a + 10 謝謝分享
newnet1234 + 20 謝謝分享
moontree + 20 謝謝分享
sunnyquan + 20 原創內容
马扎了撒 + 20 謝謝分享
cushion + 20 優秀文章
沙漠臭屁虫 + 20
慕名而来 + 20 優秀文章
jf201006 + 20 謝謝分享
chenzoutie + 1 謝謝分享

查看全部打赏

发表于 2021-6-3 23:25:38 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2021-6-3 23:35:15 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2021-6-3 23:59:03 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2021-6-4 00:09:09 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 1 反对 0

使用道具 举报

发表于 2021-6-4 00:14:12 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2021-6-4 00:23:18 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2021-6-4 00:29:55 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2021-6-4 00:36:42 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2021-6-4 08:07:17 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2021-6-4 09:05:45 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2021-6-4 10:06:21 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2021-6-4 10:54:10 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2021-6-4 11:20:33 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2021-6-4 11:21:20 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2021-6-4 11:22:53 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2021-6-4 11:25:50 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2021-6-4 16:15:26 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2021-6-4 16:50:22 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2021-6-4 18:12:22 | 显示全部楼层
游客请登录后查看回复内容
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册 微信登录

本版积分规则

Archiver|手机版|小黑屋|关于我们|联系我们|法律条款|数码之家

闽公网安备35020502000485号

闽ICP备2021002735号-2

GMT+8, 2021-6-18 05:18 , Processed in 0.124800 second(s), 13 queries , Redis On.

Powered by Discuz!

© 2006-2021 MyDigit.cn

快速回复 返回顶部 返回列表