標題: 散熱風扇產(chǎn)品測試儀—制作過程 [打印本頁]

作者: hushao    時間: 2016-1-5 01:16
標題: 散熱風扇產(chǎn)品測試儀—制作過程
本帖最后由 hushao 于 2016-1-5 01:17 編輯

        本作品來源于桂林電子科技大學第二屆“富士康杯·芯夢起航”電子設(shè)計競賽,高年級組題目之一。預計實現(xiàn)的功能:測量任何風扇的轉(zhuǎn)速,并且能夠控制風扇轉(zhuǎn)速,可以以百分比控制,也可以形成負反饋精確控制(技術(shù)不難但由于時間關(guān)系暫未加入)。測試儀可以與電腦連接,在PC端實時監(jiān)測數(shù)據(jù),控制轉(zhuǎn)速,并將數(shù)據(jù)繪制成圖表。
        然而以上僅僅實現(xiàn)幾點功能沒有太多實際意義,本人認為還有更多的空間擴展。
        計劃擴展的功能有: 測試儀上增加溫度傳感器,同時監(jiān)測產(chǎn)品的溫度。但由于時間關(guān)系,溫控功能暫不加入。
        由于本作品較簡單,所以決定公開制作過程。

設(shè)計思路:
綜合目前的技術(shù),本人設(shè)計了以下方案實現(xiàn)本作品的功能:
方案一:使用物理傳動方式測速。將一小平板與被測風扇軸心貼合,平板隨著風扇軸心轉(zhuǎn)動。平板帶動測試儀上的微型電機轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生電流。用AD/DA芯片取樣,微型電機的轉(zhuǎn)速和電流比是已知的,程序通過函數(shù)映射求出被測風扇轉(zhuǎn)速。
方案二:同樣使用物理傳動方式測速,類似方案一,但是在平板上安置編碼盤,在測試儀上用紅外光照射編碼盤,同時接收返回的紅外光,轉(zhuǎn)換為PWM信號,換算出轉(zhuǎn)速。
方案三:無需與被測風扇有物理接觸,在散熱風扇的前后兩邊各安置一個紅外發(fā)送,紅外接收,當扇葉轉(zhuǎn)動時,遮擋到光路,就會形成一個PWM信號,單片機由此換算出轉(zhuǎn)速。
方案四:在某一片扇葉上貼一張反光紙,測試儀對扇葉發(fā)射紅外光,當扇葉經(jīng)過時,由反光紙反射紅外光到測試儀上,被測試儀接收,可以獲得一個PWM信號進而換算出轉(zhuǎn)速。
方案五:在某一片扇葉上貼一張反光紙,測試儀對扇葉發(fā)出微功率的激光,扇葉經(jīng)過時,激光被反光紙反射,進而被測試儀接收,由此可得一個PWM脈沖信號,單片機將此換算出轉(zhuǎn)速。
可行性分析:
方案一中,由于需要與被測風扇進行物理接觸,對于普遍小產(chǎn)品散熱風扇而言,他們的電機扭矩很小,同時微型電機本身的機械阻力以及線圈產(chǎn)生的反作用力對于這類散熱風扇而已都是不可忽視的因素,大大增加了測量誤差。因此方案一不可取。
方案二中,雖然沒有方案一的微型電機這個阻力來源,但是平板在與風扇接觸時,隨著用戶按壓力度不同,會給風扇施加不可忽視的阻力。因此方案二不可取。
方案三中,對于普遍散熱產(chǎn)品而言,其散熱風扇往往一面對著散熱片,另一面對著空氣。在散熱片的那一面,需要放置一個紅外接收探頭,這樣會給用戶操作帶來極大的不便利。同時,由于每個產(chǎn)品的風扇扇葉大小各不相同,當轉(zhuǎn)速比較慢時,風扇扇葉遮擋紅外光占用的時間對轉(zhuǎn)速測量的誤差不可忽視,需要給測試儀設(shè)定扇葉大小方可準確測量。本方案實用性不強,不利于批量作業(yè)。因此不可取。
方案四中,雖然改進了方案三中雙面檢測,但是紅外光干擾畢竟大,易發(fā)散,在某些場合下,外界的紅外光以及扇葉材質(zhì)反射的紅外光會引起信號誤判,造成測量誤差。因此本方案不可取。
方案五中,采用了激光代替方案四的紅外光,激光具有單一性強,不宜發(fā)散等特點,使得本作品可以在更多的場合下使用,加上可以采用調(diào)制過的激光信號,有效避免外界光源干擾,同時激光發(fā)射接收器的價格比較低廉,使得成本降低了很多。因此本項目采用此方案。
操作性分析:
本作品將往小型化方向設(shè)計,在實際使用中,只需要在某一片扇葉上貼一張小小的反光紙,將本產(chǎn)品的探頭對準反光紙所在的同心圓,當風扇轉(zhuǎn)動時,即可讀出轉(zhuǎn)速。同時使用串口線纜與PC機連接,配合本人設(shè)計的基于Windows的監(jiān)控程序,可以自動將轉(zhuǎn)速、溫度數(shù)據(jù)繪制成圖表動態(tài)顯示,存儲。若風扇電源由本產(chǎn)品供給,可以在程序中設(shè)定目標轉(zhuǎn)速,使風扇達到用戶想要的轉(zhuǎn)速。
因此,本作品非常易用,操作簡單,功能多樣。

制作日志:
       2015
111622:03:26
      
上位機程序串口通訊功能設(shè)計完成。

      2015111723:09:08
       上位機程序總體框架設(shè)計完成。采用C++語言編寫,MFC框架開發(fā)。
       初步設(shè)計了程序UI,實現(xiàn)了動態(tài)快速繪制圖表的功能。
   
     
隨著記錄點不停增多,如果要把他們?nèi)慷祭L制在圖表里就會顯得不易觀察。
      上位機程序中,設(shè)定記錄了20個點后,通過將整個數(shù)組左移一個元素,來拋棄前面的點不顯示出來。
Array_LeftMove(timeSerial);
        Array_LeftMove(fan_speed);
        DrawPoint(m_chartSerial1, timeSerial,fan_speed, fan_sum);













  
2015112815:33:17

    電路原理圖,PCB設(shè)計,繪制完成。





    2015年12月14日
    發(fā)現(xiàn)一個坑爹的問題~~~。!激光接收管的輸出電平反了,在設(shè)計電路時看錯型號。
    結(jié)果當有激光照射時,接收管會輸出高電平,沒激光時會輸出低電平。這樣沒辦法觸發(fā)單片機外部中斷的。起碼我目前用的這款STC單片機沒有上升沿觸發(fā)功能。AVR是有的。
    悲催的我又懶得重做電路板,在基地硬件部沒看到有CNC,懶得手動鉆那么多個孔。。。于是就直接在電路板上面改電路,利用上面激光發(fā)射那里的一個三極管做了個電平反轉(zhuǎn)。
     
     2015年12月19日
    完成上位機與下位機聯(lián)調(diào)。實現(xiàn)轉(zhuǎn)速讀取,PWM控制,數(shù)據(jù)存儲。
    C++的MFC框架的確真的很老很老了。。。。今天為了打包程序弄了一個下午,沒有控件時還好,靜態(tài)編譯后就可以直接在其他電腦上運行?墒怯辛丝丶,我使用了兩個控件,T-Chart和MSCOMM這兩個activity控件,總是很難把控件打包起來,并且要能夠自動注冊控件。
    從這之后,我決定不再使用MFC了,起初當初用是因為我熟悉C++,直接用MFC可以避免語言方面的問題,比較方便。然而實際上已經(jīng)跟不上時代,這真是一個悲傷的故事。以后要是寫windows的程序,我決定使用C#或者Java。尤其是C#,.NET框架深深存在每一臺windows電腦上,運行庫的安裝已經(jīng)不成問題了,很輕松就可以使程序通用于各個電腦而且語言比C++精簡許多,設(shè)計很輕巧簡約。

    2015年12月20日
    完成設(shè)計論文編寫。 作品制作完成。經(jīng)實際效果測試,可以在10厘米的距離之內(nèi)無接觸地測出風扇轉(zhuǎn)速,如照片所示。







     







作者: admin    時間: 2016-8-31 17:52
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