I N V E S T I C E
D O
R O Z V O J E
V Z D Ě L Á V Á N Í
„Ten to projek t j e spo luf in ancov án Ev ropský m sociáln ím fond em a státn ím rozpočt e m Č esk é r epublik y“
Název projektu: Popularizace technických oborů u žáků ZŠ
Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.07/11.0109
Měření na motokárách – výukové měřící úlohy
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.
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 - 9201
Vstup AI0 AI1 AI2 AI3 AI4 AI5 AI6 AI7
Modul NI cRIO – 9201 Funkce Barva konektoru Rychlost Otáčky Napětí baterie (12 V) Napětí stabilizátoru (5 V) Teplota motoru COM -
Obrázek
Tabulka 2 Vstupní analogový modul cRIO - 9233
Vstup AI0 AI1 AI2 AI3 -
Modul NI cRIO – 9233 Funkce
Obrázek
Vibrace 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 - 9472
Výstup DO0 DO1 DO2 DO3 DO4 DO5 DO6 DO7 VSUP COM
Modul NI cRIO – 9472 LED Napěťový Indikace probíhajícího měření Žádné pulzy - Rychlost Žádné pulzy - Otáčky Porucha během měření -
Obrázek
Tabulka 4 NI cRIO - 9004
Konektory V1 C RJ 45 V2 RS232 Kontrolky Power Backup Status User
NI cRIO – 9004 Funkce Barva konektoru + 12 V – Napájecí napětí - 12 V - Kostra Síťový kabel, připojení k WIFI Funkce Napájení Po startu a jejich zhasnutí se spouští měřicí aplikace Indikace spuštění a stavu aplikace
Obrázek
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.
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.
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).
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 6. 11. 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.
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 úloh. 9 9 9
systém popisovaný výše umožňuje žákům mimo jiné realizaci následujících měřicích
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. 9 Na daných úsecích dráhy měřit rychlosti motokáry.
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]
T [ms] Obr. 13
Naindukované napětí
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).
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
T
Snímač rychlosti
Magnet Snímač rychlosti
T U [V]
T [ms] 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).
