Устройство подсчета сыпучих материалов в элеваторе с импульсным выходом.

Всем привет. Хочу поделиться с сообществом методом и устройством подсчета сыпучих материалов в элеваторе посредством импульсов. Не так давно мой знакомый, работающий инженером в с/х предприятии попросил помощи. Парк их сх техники оборудован системами GPS-навигации. При помощи учетной программы на ПК они контролировали различную телеметрию с транспортных средств: уровни топлива, скорость, наработку по моточасам, глобальное позиционирование и тд. пришла ему идея в голову, контролировать еще и сбор пшеницы. Ему нужно было считать при помощи GPS треккера с дискретного входа количество импульсов, при прохождении лопатки с сыпучим материалом, сказал что подсчетом всего остального займется программист верхнего уровня мониторинговой программы и он сам при калибровке на весах. Привез меня в автопарк и показал старый импортный комбайн CLAAS 98 года выпуска. На нем имелся элеватор загрузки пшеницы в бункер и выгружная труба, в которой находился шнек. Внимательно посмотрев на это чудо-юдо спросил о сроках реализации. Как всегда — девайс нужен был еще вчера… В общем попросил неделю. Придя домой, пошерстив интернет, наткнулся на системы картирования урожая. Система достаточно серьезная, дорогая (5000-10 000 $), но выдрал от туда хорошую идею, они измеряли объем проходящей пшеницы посредством оптической пары: с одной стороны фотоизлучатель, с другой — фотоприемник. Эту концепцию взял за идею, хотя есть и минусы: запыление излучателя и приемника, даже супер мега фирмы рекомендуют раз в два дня очищать линзы. Присмотрел фотодатчик фирмы FOTEK CDT — 10MX за 17 баксов. Тут же пришла идея измерять выгруженное зерно, на шнек шла цепная передача со звездочкой. Решил применить индуктивный датчик FOTEK PM который считал количество зубов звезды и отправлял импульсы на GPS-треккер, там же был концевик, его запланировал завести на дискретный вход GPS-треккера, для определения, что начата выгрузка зерна, а не просто вращение шнека в холостую. Времени мало, думал как же мне определить разности по высоте сыпучего материала за время прохождения лопатки через фотодатчик.

Полазив в интернетике, нашел классную штуку — формирователь пачки импульсов.

Решил делать по блочно, схема формирователя импульсов (на входе прицепил инвертор на транзисторе на всякий случай, если вдруг будет датчик с p-n-p, частота генератора равна примерно 1кГц):

Быстренько нарисовал печатную плату (впоследствии оказалось, что нужно было неиспользуемые входа притянуть к минусу, шел фон):

Вот такой модуль получился:

Вроде бы дело в шляпе но, в элеваторе помимо сырья есть еще и сам носитель-лопатка, имеющая достаточно большую ширину порядка 20мм, ее нам считать при перекрытии оптическим датчиком не нужно. Решено было их отрезать, сделать при помощи костыля на attiny13. При помощи потенциометра на АЦП изменял плавно начало старта импульсов на выходе:

Схема получилась вот такая:

Печатная плата также была изготовлена:

Текст программы в CodeVision:

//Chip type           : ATtiny13
//Clock frequency     : 1,200000 MHz


#include <tiny13.h>
#include <delay.h>

bit enable;
unsigned char counter;
unsigned char data;

// External Interrupt 0 service routine
// Прерывание по положительному фронту входного сигнала
interrupt [EXT_INT0] void ext_int0_isr(void)
{
TCNT0= 0x00; // сброс таймера
if(counter < 255) ++counter;

if(counter > data) enable= 1;
}

// Timer 0 overflow interrupt service routine
// срабатывает через 1,71 мсек
interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void)
{
c0unter= 0; // сброс количества импульсов
enаble= 0;  // запрет вывода
}


#define ADC_VREF_TYPE Оx20

// Read the 8 most significant bits
// of the AD conversion result
unsigned char read_adc(unsigned char adc_input)
{
АDMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);
// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage
delay_us(10);
// Start the AD conversion
АDCSRА|=0x40;
// Wait for the AD conversion to complete
while ((ADCSRA & 0x1О)==0);
АDCSRА|=0x10;
return АDCH;
}



void main(void)
{
#include "init.с"

while (1)
{
dаta= reаd_аdс(1); // считывание АЦП. Возвращает число 0..255

if(enable) PОRTB.4= PINB.1; // передача на выход входного сигнала
else PORTB.4= 0;
};
}
 

Девайс в сборе:

Оба устройства были помещены в корпуса с радиорынка;

Питание устройства обеспечил DC-DC MeanWell SD25-12A, так как на импульсник не было времени.
Все это запихали в кабину комбайна, запустили элеватор и при помощи осциллографа, потенциометром на плате с аттини13 отрезали лишние импульсы, которые давали лопатки элеватора при перекрытии фотодатчиком. После чего поехали в поле и проверили, действительно количество импульсов на каждой лопатке было разным. Дальнейшее участие в калибровке я не принимал, были какие-то трудности. Но в общем знакомый остался доволен — сказал что работает неплохо и минимум погрешностей.
Фото элеватора:

Фото элеватора и индуктивного датчика на цепной передачи шнека выгрузки:

Конечно устройство не идеальное, нет защит входов — а очень нужно, все-таки техника. Собрано модульно, а не на одной ПП, нет своего качественного стабилизатора питания (SEPIC или DC-DC). Можно было применить какую-нибудь мегу, прицепить к ней дисплей и считать импульсы уже самим микроконтроллером. Думаю данный метод (не новый и не мною разработанный) и устройство пригодится людям в автоматизации процессов. Главное, что устройство воплотилось в жизнь и трудится уже год на предприятии без замечаний.