Měření na motokárách výukové měřící úlohy

Transkript

1 I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě LÁVÁNÍ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Název projektu: Popularizace technických oborů u žáků ZŠ Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.07/ Měření na motokárách výukové měřící úlohy

2 Měření na motokárách Následující návod popisuje tyto měřicí úlohy: Měření rychlosti Měření otáček motoru Blokové schéma WIFI Další snímače (zrychlení, teploty, napětí, ) WIFI Obr. 1 Schéma zapojení úlohy.

3 Popis Měření na motokáře je zde provedeno pomoci měřicího zařízení crio (compact Reconfigurable I/O). K tomuto zařízení jsou připojeny snímače (otáček, rychlosti, napětí, ). Ovládaní měření a sledování měřených veličin je realizováno na PDA, komunikaci mezi zařízeními zajišťuje WIFI router. Pro napájení celého systému slouží 12V baterie a stabilizátor z 12 na 5 V. Stabilizátor (Obr. 2) plní funkci zdroje, tlačítkem se vypínají obě větve 12 i 5 V současně. Obě větve jsou nezávisle jištěné vyměnitelnými pojistkami. Do boxu byla umístěna i svorkovnice s napětím 5 V, které potřebují některé snímače. Obr. 2 Ochranný box se zdrojem. Pro měřicí zařízení crio byl vytvořen ochranný box (zobrazený na předchozím obrázku), který ještě zvýší odolnost již dostatečně robustního zařízení. Celý box je připevněn přes čtyři silentbloky, které částečně utlumí značné vibrace přenášené z rámu motokáry. Celý box je možné z motokáry snadno demontovat. Přívodní kabely jsou k boxu připojeny přes konektory, což usnadňuje používání celého zařízení. Aby byl minimalizován vliv rušení, byly pro snímače použity stíněné vodiče. Zapojení vstupů / výstupů (I/O) Tabulka 1 Vstupní analogový modul crio Modul NI crio 9201 Vstup Funkce Barva konektoru Obrázek AI0 Rychlost AI1 Otáčky AI2 - - AI3 Napětí baterie (12 V) - AI4 Napětí stabilizátoru (5 V) - AI5 Teplota motoru - AI6 - - AI7 COM -

4 Tabulka 2 Vstupní analogový modul crio Modul NI crio 9233 Vstup Funkce Obrázek AI0 AI1 AI2 Vibrace AI Měření vibrací (úrovní napětí ± 5 V) o frekvencích > 0 Hz. Vhodné pro akcelerometry Brüel&Kjær (5407 B, 5408 B, ) Tabulka 3 Výstupní digitální modul crio Modul NI crio 9472 Výstup LED Napěťový Obrázek DO0 Indikace probíhajícího - DO1 měření - DO2 Žádné pulzy - Rychlost - DO3 Žádné pulzy - Otáčky - DO4 - DO5 - DO6 - Porucha během měření DO7 - VSUP - COM - Tabulka 4 NI crio NI crio 9004 Konektory Funkce Barva konektoru V V Napájecí napětí C - 12 V - Kostra RJ 45 Síťový kabel, připojení k WIFI V2 - RS232 - Kontrolky Funkce Power Napájení Backup Po startu a jejich zhasnutí se spouští měřicí Status aplikace User Indikace spuštění a stavu aplikace Obrázek

5 Návod pro zprovoznění měření 1. Umístit měřicí zařízení crio do ochranného boxu. Ochranný box Měřicí zařízení crio Obr. 3 Umístění crio do ochranného boxu. 2. Zkontrolovat zapojení snímačů na správné vstupy modulů crio podle tabulek 1 a 2. Obr. 4 Zapojení snímačů.

6 3. K crio připojit konektor napájecího napětí (12 V červeno modré konektory) a kabel WIFI (zelený). Dodržet barevné značení konektorů! Obr. 5 Připojení WIFI a napájecího napětí k crio. 4. Podle popisek a barevného označení připojit konektory snímačů a napájení PDA z ochranného boxu ke konektorům na motokáře. Konektory, které mají být spojeny mají stejné barevné označení. Konektor snímače rychlosti Konektor snímače otáček Konektor napájení PDA Obr. 6 Propojení konektorů na ochranném boxu a na motokáře.

7 5. Ujistit se že je zdroj vypnutý, poté připojit napájecí konektor k baterii, zkontrolovat celé zapojení (body 2 až 4). VYPNOUT Obr. 7 Připojení napájecího napětí. 6. Zapnout zdroj, všechna zařízení se nyní spustí, počkat asi 15 s, než najedou do použitelného stavu. 7. Spustit PDA (tlačítko v pravém horním rohu), aktivovat WIFI (start/ipaq Wireless/WIFI), stisknout tlačítko Settings a v menu nastavit síť Studentcar a potvrdit (Ok). Přejít do původního menu (Ok). Pro prodloužení doby provozu PDA je nutné k němu připojit napájecí konektor. Umístit PDA do držáku na volantu (Obr. 8). Před jízdou musí být PDA do držáku pevně upnuto! Pojistka Upínací čelisti Obr. 8 Umístění PDA do držáku na volantu. 8. Spustit File Explorer v nabídce Start. Najít a otevřít složku Motokara_1 (nachází se ve složce My Documents).

8 9. Spustit aplikaci PDA_Display, stisknout tlačítko Načti, aplikace přejde do předem připraveného nastavení. V záložce Nastavení zkontrolujte nastavení snímačů rychlosti (průměr kola) a otáček (typ motoru) viz Obr. 9. Obr. 9 PDA aplikace nastavovací mód 10. Stisknout tlačítko Připojit, PDA se připojuje k měřicímu zařízení crio. Tato operace trvá asi 30s, během čekání musí svítit kontrolka v pravém horním rohu aplikace zeleně (Obr. 9), pokud nesvítí, vypnout zdroj a zopakovat postup od bodu Po propojení PDA s crio se na displeji zobrazí zpráva crio je připraveno k měření. V této chvíli je možné spustit měření tlačítkem Start a přepínat záložky se zobrazením různých měřených veličin (záložka pro měření teploty, přetížení a napětí stav baterie), viz Obr. 10. Na hlavním displeji je vždy zobrazována rychlost, otáčky a čas jízdy (měření). Obr. 10 PDA aplikace měřicí mód Měření lze kdykoliv zastavit tlačítkem Stop a znova spustit tlačítkem Start. Tlačítkem Exit se ukončí aplikace na crio i na PDA (Obr. 10). Pro znovu spuštění aplikace a měření je pak nutné opakovat postup od bodu 6.

9 12. Všechna měření se ukládají na měřicím zařízení crio, což umožňuje zobrazení dat z průběhu jízdy. PDA aplikace umožňuje i přenos naměřených dat. Po připojení PDA k crio (crio je připraveno) je možné přejít tlačítkem Přenos souborů (záložka Nastavení) do aplikace (Obr. 11), která přenese naměřená data do PDA. Obr. 11 PDA aplikace pro přenos souborů Měřicí úlohy Měřicí systém popisovaný výše umožňuje žákům mimo jiné realizaci následujících měřicích úloh. Zkontrolovat napětí -stav baterie a teplotu měřicího zařízení. Nastavit volnoběžné otáčky motoru zadané lektorem. Změřit otáčky, při kterých dojde k sepnutí odstředivé spojky motoru a tím rozjezdu motokáry. Na daných úsecích dráhy měřit rychlosti motokáry.

10 Popis snímačů Snímač otáček motoru Snímač tvoří drátek, který je omotaný (3 závity) na přívodním kabelu ke svíčce motoru. Obr. 12 Snímač otáček a jeho umístění Využívá princip elektrické indukce. V přívodním kabelu ke svíčce motoru jsou pulzy s vysokým napětím, U [V] Obr. 13 Naindukované napětí T [ms] které v drátku snímače naindukuje napěťové pulzy (Obr. 13). Počet otáček za čas se dá určit z délky času mezi naměřenými pulzy. Čím větší je doba mezi pulzy, tím jsou nižší otáčky a naopak. V přepočtu vzdáleností pulzů na otáčky je nutné uvažovat i typ motoru (kolika otáčkám odpovídá 1 zážeh svíčky).

11 Snímač rychlosti Snímač (Obr. 14) je tvořen jazýčkovým relé (magnetický spínač), které při průchodu magnetu sepne napětí 5 V. Vznikají tak obdélníkové pulzy, každý průchod magnetu kolem snímače (jedno otočení kola) vyvolá jeden obdélníkový pulz (Obr. 15). Doba mezi pulzy odpovídá času, za který se kolo 1 x otočí o 360. Magnet Snímač Obr. 14 Snímač rychlosti T Magnet Snímač rychlosti U [V] T Obr. 15 Princip činnosti snímače rychlosti. Jedna otáčka kola (o 360 ) znamená že vozidlo urazilo dráhu rovnu obvodu kola. Zkrácení doby mezi pulzy (periody T) znamená uražení dráhy rovnou obvodu kola za kratší čas a z toho plynoucí zvýšení rychlosti motokáry (a naopak). T [ms]