РадиоКот :: Цифровой спидометр.
РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Измерительная техника >Цифровой спидометр.
Глава 1. Немного предистории, или как я люблю отечественный Автопром.
После того, как на моей машине, а машина прямо скажем почти эксклюзивная (в смысле запчасти фиг найдешь), благополучно скончался очередной спидометр, то ли седьмой, то ли восьмой, я решил замутить электронный девайс, чтоб и скорость показывал и километры щелкал.
Как обычно, начал поиск того, что уже натворили собратья по разум и коллеги по несчастью обладания данным типа авто. Пролистав не одну страницу и посетив не один форум, обнаружил что ничего подходящего для моего авто нет, либо девайс собран на PICе, у меня даже программатора нет и приходится просить друзей-знакомых, да и AVRки мне как-то роднее, либо состоит из 2х отдельных блоков, и у всех значения пробега пишутся во внутреннюю EEPROM, что не есть гут. Пораскинув мозгами, не широко так, чтобы потом можно было собрать в кучу, решился на отчаянный шаг — лепить самому. Что из этого получилось — решать вам, многоуважаемые коты.
Фото 1. Общий вид:
Фото 2. Основной блок:
Фото 3. Датчик ДСА-9 + «двигло»:
Глава 2. О выборе компонентов, или «я его слепила из того, что было».
Итак, за источник сигнала о продвижении авто по тернистому пути наших автодорог был выбран ДСА-9, имеющий: 6 импульсов на 1 метр пути, выход ОК и резьбовое соединение М22 х не помню на сколько, как раз по размеру, НО можно использовать любой датчик скорости с 6имп/метр, в зависимости от авто.
С проциком было труднее. Любимой меге48 не хватало пары ног, но тут на глаза попалась старая макетка с мегой16, что ж так тому и быть. Итого: МП=ATmega16-16PI
Для отображения всего, что будет измерятся и подсчитыватся предназначены:
KingDright BA56-12GWA (можно любые с ОА) — для отображения текущей прыткости
МЭЛТ MT-08S2A-2YLG (опять же можно любой 8х2 LCD с аналогичным контроллером и тактовой не ниже 250 кГц) — для подсчета того, что будет пройдено по тем направлениям, что в России гордо именуется дорогами.
Глава 3. О самом главном, или без теории ни туды, и ни сюды.
Переходим, собственно, к методике определения скорости. Как всем известно, если автомобиль движется, то с датчика скорости поступают импульсы, если никуда не движется — то и импульсов тоже не дождетесь! И что самое поразительное — частота (или кому удобнее — период повторения) прямо пропорциональна (обратно пропорциональна, для периода повторения) скорости движения, вот тут-то, не при котах будь она упомянута, собака и порылась. Что такое частота — это количество импульсов в секунду (просто гениально, спасибо Герцу) N(в секунду)=Fп, поэтому получаем:
V=Fп/6 (м/сек) (мы же помним, что на 1 метр приходится 6 импульсов)
Но минуточку, где вы видели спидометры со шкалой «М/СЕК»? Да и ГАИшники, (ДАИшники — это чтобы для тех, кто в Украине проживает, было понятно) штрафуют за лишние км/час. Отсюда вывод — надо пересчитать, а как? Все гениальное просто: умножаем на 3600 (это столько секунд в 1 часе) и делим на 1000 (столько метров в 1 км) после сложнейших математических преобразований получаем волшебную формулу:
V=0,6*Fп (км/час) — то что доктор прописал.
Из это формулы следует гениальное (жаль, что не я первый додумался) умозаключение — если организовать «временные ворота» длительностью 0,6 сек, в которые проталкивать импульсы от датчика, на выходе получим скорость! 1 импульс — 0,6 км/час, 10 импульсов — 6 км/час, 100 импульсов — 60 км/час и т.д. Но, опять это «НО», как сказал один из главных героев любимого фильма из детства «Айболит-66» — «Нормальные герои всегда идут в обход», вот этим путем пойдем и мы, т.е. заменим в формуле Fп на Тп (оно же 1/Fп), в результате получим:
V=0,6/Тп (км/час)
Возникает законный вопрос — «ЗАЧЕМ?». Напрашивается еще одна цитата: «А я объясню!» («Ирония судьбы, или с легким паром»). Дело в том, что как любой цифровой прибор, нашему спидометру присущи те же недостатки — погрешность. Может кто помнит, обычно пишут: «+/- 2 знака мл.разряда» (например). Так вот, чтобы уменьшить, всякие там, погрешности умные люди придумали «складывать и умножать» (шучу), накапливать и усреднять.
При первом способе получается: 2 временных отрезка по 0,6 сек — итого 1,2 сек, авто при этом проедет примерно 33м. (временем выполнения сложения-деления можно пренебречь)
Второй способ нам дает: 2 интервала по 10 мс — итого 0,02 сек, авто проедет — 0,33м.
Тогда зачем я тут подробно описывал первый способ расчета? А чтоб было, вдруг кому-то понадобится!
Что? Забыл про одометр? Ну, там все просто: считаем импульсы, делим на 6 — получаем метры, потом делим на сто — сотни метров (нужны для учета суточного пробега), еще на 10 получили — км. Как вы поняли в девайсе всего два счетчика пробега: полный и суточный.
Опять же, количество счетчиков ограничено только моей фантазией (или ее отсутствием) и теми самыми 19200 тиками (по секрету скажу — тиков ушло примерно 1/3), можно конечно добавить счетчиков, прицепить часы на DS1307 и считать км за 1 час, скажем, или расстояние от работы до магазина с пивом, но зачем?
Глава 4. Описание работы, или «а оно вам надо?»
Основная часть схемы изображена на рис.1.
И так, что у нас в наличии:
таймеры: Т0, Т1, Т2 — отлично,
аппаратный TWI — пригодится,
1 свободная нога от АЦП — вполне достаточно,
есть еще ноги для организации внешних прерываний,
ну еще куча всего — оно нам не пригодится, по крайней мере в этом проекте.
Основную работу выполняет Т1, заполняет время между 2-мя нарастающими фронтами от приходящих импульсов датчика скорости, импульсами 1МГц (считать удобно: 1 импульс — 1 мкс) попутно подсчитывая их (импульсы от датчика). Работает он в режиме ICR, и использует 2-а прерывания, собственно Input Capture1 Interrupt Vector и Overflow1 Interrupt Vector, второй нужен только для расчета скоростей ниже 10 км/ч, к сожалению на таких скоростях Т1 успевает переполняться и не один раз, поэтому и переменная 3-х байтовая.
Т0 — тоже, ничего особенного режим Fast PWM, управляет ключем регулирующим яркость свечения индикаторов. АЦП — меряет напругу на переменном резисторе R7, выравнивает результат влево, и записывает его в OCR0.
Для эстетов на выводах PC3, PC4 организован вывод скорости до 200км/ч с дискретностью 2,5км/ч на линейку светодиодов (рис.3), всего-то: 10 — 74ALS164, 81- светодиод (один светится постоянно изображая «0км/ч), но это на любителя (кто надумает лепить сие безобразие — не забудьте поменять источник питании на более мощный, а если и яркость регулировать захотите — то и транзистор на ШИМе.)
Питается все это безобразие от преобразователя (рис.2) на МС33063А, заменять на, что-то типа 7805, не рекомендую. Девайс кушает около 0,2А и на 7805 будет рассеиваться мощность около (14,5В-5В)*0,2А = 1,9Вт, многовато, греться будет как «собака», плюс еще тепловой режим под панелью авто, без радиатора не обойтись.
Вот в принципе и все. Работка скромненькая, но я честно старался.
Не пинайте слишком сильно — в конкурсе участвую первый раз, да и «писатель» я начинающий.
С надеждой на вашу благосклонность.
Файлы:
Прошивка МК.
Вопросы, как обычно, складываем тут.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
Квазианалоговый спидометр с прошивкой своими руками
Схема устройства:
Отображение:
1: Общий пробег от 0 до 999 999 км. Не значащие нули не высвечиваются.
2: Суточный пробег от 0 до 999, 99 км. Десятки, сотни метров (при переполнении сброс на нули).
3: Сервисный счетчик до замены масла. Остаток пробега до замены масла от 10 000 км. до 0, по умолчанию. В меню можно выставить любой.
Функции:
1: Сервисный (желтый) светодиод . При остатке до замены масла 100 км. начинает мигать, а при 0 загорается постоянно.
2: Выход на зуммер. При достижении определенной скорости единовременно подает четыре коротких сигнала. Скорость при которой срабатывает зуммер, выставляется в меню от 0 до 999 км. г.
3: Выход для управления реле света. При начале движения появляется сигнал на включение ближнего света или ходовых огней. При остановке огни будут продолжать гореть еще 5 минут, чтобы избежать светового шоу в тянучках и на светофорах. Больше пяти минут в тянучках и на светофорах не стоим, а если и стали, то это очень редко и не так страшно, если огни погаснут. Время можно выставить в меню от 0 до 99 минут. При «0» свет не будет включаться!
4: При включении ближнего света индикаторы и светодиоды притухают на 50%. Можно изменить в меню от 0 до 99%.
Управление:
1: В обычном режиме коротким нажатием на кнопку, переходим на отражение
«общий одометр – суточный одометр – остаток пробега до замены масла»
И так по кругу, при этом незначащие нули не светятся.
В режиме суточного одометра длительное (более 2 секунд) нажатие на кнопку вызовет сброс счетчика на 0,00
В режиме остаток до замены масла длительное (более 2 секунд) нажатие на кнопку вызовет сброс счетчика то на 10 000.
В режиме общего одометра длительное (более 2 секунд) нажатие на кнопку вызовет переход в сервисное меню.
Сигналом перехода будет мигающая надпись на индикаторе спидометра “od.c»(od. common — од. общий), меню настройки общего стартового пробега. Он будет мигать 10 секунд, в течение этого времени нужно провести последующие действия. Если ничего не делать, после окончания 10 секунд одометр возвращается в исходное состояние, общий одометр, из любой точки программирования,
Регулировка от 0 до 999 999. По умолчанию выставлено 0 км.
Короткое нажатие вызовет переход к следующему меню “od.d» (od. daily — од. суточный), меню установки суточного стартового пробега. (Если уж точно хотите выставить стартовый пробег) Регулировка от 0 до 9 999.99. По умолчанию 0.00 км.
Далее переход в меню “od.o» (od. oil — од. масла), меню установки пробега до замены масла, регулировка от 0 до 999 999. По умолчанию 10 000 км.
Далее переход в меню «diu» (data interface unit — блок интерфейса данных), меню настройки количества импульсов на 1 метр пути, регулировка от 1 до 19. По умолчанию 6 имп.м.
Далее переход в меню «SPd» (speed — скорость), меню установки скорости при котором сработает зуммер, регулировка от 0 до 999. По умолчанию 80 км. ч.
Далее переход в меню «L. OF» (lamp off — выключить лампы), меню установки времени, по истечении которого выключается ближний свет, регулировка от 0 до 99 минут, при значении 00 свет включаться не будет. По умолчанию 5 минут.
Далее переход в меню «HAb» (Here Adjustment — Здесь Регулирование, brightness –яркость), меню установки яркости индикаторов при включенных габаритах. Если в этот момент включены габариты, то можно наблюдать какая будет яркость индикаторов, регулировка от 0 до 99%. По умолчанию 50%
Далее выход из сервисного режима.
Программирование в сервисном режиме;
В меню “od.c», длительное нажатие (более 2 сек.) кнопки переведет нас к установке общего пробега, “od.c» перестанет мигать и на индикаторе одометра появится мигающий первый разряд, не значимые нули засветятся. Короткими нажатиями выставляем километры стартового пробега.
Длительное нажатие вызовет переход на следующий разряд десятки километров, он начнет мигать. И так далее.
Аналогичные действия и в других меню. После 10 секунд от последнего действия одометр перейдет к начальному состоянию!
Запуск:
После включения зажигания на 2 секунды загораются все сегменты индикаторов и все светодиоды, показывая исправность.
Далее в течение 2 секунд на индикаторе спидометра проходит бегущая строка с именем разработчика прошивки и знаком UA, а на индикаторе одометра слово «HELLO».
Далее еще на 2 секунды задерживается «UА HELLO». После этого прибор переходит в рабочий режим.
Первые две секунды нужны для диагностики элементов индикации.
Вторые две секунды заставки, обязательное условие разработчика программного обеспечения! Третьи две секунды мое обязательное условие. Я так ХОЧУ!
Удаляться и меняться не будет!!! Кому не нравится, не начинайте проект!!!
Прибор и прошивка были проверены и обкатаны на макете, и все работает безупречно.
Индикаторы применены с общим АНОДОМ (меняться тоже не будет!!!), они не являются дефицитом, и приобрести их возможно в любом интернет магазине.
В архиве есть проект в ПРОТЕУСЕ, и там выставлены точные частоты для соответствующей скорости. После 40 км\ч и до 80 км\ч, спидометр будет показывать на 1 км\ч больше. 90 – 120 + 2 км\ч. 130 -150 + 3 км\ч. 150 — 180 + 4 км\ч. и так далее. В реальной ситуации отклонение от истинной скорости может достигать до + 5 км/ч. в интервале от 10 до 100 км\ч. и +10 км\ч. в интервале 100 — 200 км\ч. Все заводские спидометры имеют большую погрешность!
Вот выдержка с форума на эту тему:
Одометры всех видов установленные на транспортные средства не относятся к классу точных приборов. Для каждого вида данных приборов установлены допустимые погрешности. Надо учитывать, что данные погрешности установлены только для самих приборов, все конструктивные изменения, а так же физический износ некоторых узлов автомобиля в эту погрешность не включены. Также, по техническим требованиям ЕЭК ООН N39 спидометры не могут занижать показания, поэтому и одометр конструктивно связанный со спидометром так же, как правило, дает завышенные показания. Средняя погрешность спидометра по правилам ЕЭК ООН N39 (ГОСТ Р 41.39-99) может быть только положительной и не превышать истинную скорость движения более чем на 10%+6 км/ч
Также есть текстовый файл с скоростью и частотами округленными до целого числа.
Формула расчета частоты с датчиком 6 импульсов до третьего знака 1.667 * ХХХ
( где ХХХ нужна скорость )
Скачать файл проекта
Как сделать цифровой спидометр в автомобиль – Поделки для авто
Если вы давно хотели что-то поменять на приборной панели или просто обновить ее, предлагаем вам собрать цифровой спидометр. Делается он просто, требует минимум элементов и немного усилий. Зато позволит преобразить панель и придать ей новый образ. Придавая вашему автомобилю некий элемент отличия от остальных представителей этого же класса.
Конструкция схемы предельна, проста, для ее сборки вам понадобятся:
- – микроконтроллер ATmega8 – основная часть схемы, на нем задаются программное управление;
- – светодиодный семисегментный индикатор – на нем непосредственно отображается значение скорости, определенное датчиком и обработанное на микроконтроллере;
- – стабилизатор напряжения на 5 В (КР142ЕН5), на схеме он не указан, цепляется к схеме со стороны «+5 В», нужен для стабилизации напряжения;
- – конденсаторы (2 шт) номиналом 47 мкФ не менее 25В, на схеме также не указаны служат для фильтрации напряжения до и после стабилизатора напряжения;
- – Резисторы номиналом 1 кОм (3 шт), 10 кОм (1 шт) и 150 Ом (7 шт).
Понятно, что конструкция действительно очень проста, приступаем к самой сложной части. Прошивка микроконтроллера, будет зависеть от типа, установленного у вас датчика скорости. Один из самых распространенных датчиков выдает 6 импульсов на 1 метр пути. Прошивочный файл представленный в конце статьи сделан именно под такой датчик. Обновление показаний скорости запрограммировано на частоту в 2 Гц.
Принцип работы довольно простой, навесных элементов минимум, как видно из схемы.
Микроконтроллер ATmega8 не требует внешнего генератора импульсов или навесного конденсатора, т.к. содержит внутренний генератор, достаточно просто подать на него питание, и он генерирует сам для себя тактовую частоту в 1 МГц.
С фьюзами микроконтроллера также ничего не делаем, достаточно просто прошить. Микроконтроллер замеряет количество поступивших с датчика скорости импульсов в определенный период времени, вычисляет скорость, преобразует это значение в км/ч и выводит это значение на индикатор. Все это справедливо именно для семисегментного индикатора с общим анодом в случае использования любого другого схема работать не будет.
На фотографиях представлена трассировка платы, для установки всех необходимых элементов и окончательный вид устройства. И указано местонахождения датчика скорости в автомобиле, если вдруг возникнет проблема, где его искать.
Архив к статье; скачать…
Похожие статьи:
Устройство спидометра (электронного, механического привода)
Леонардо да Винчи в 1500 г. создал прототип механизма для измерения скорости конного экипажа. И только в 1901 году усовершенствованный аналог изобретения был установлен компанией Oldsmobile на автомобили. С тех пор устройство спидометра разительно изменилось. Рассмотрим принцип работы, почему врут механические и электрические спидометры, а также основные поломки.
Механические
По своему устройству аналоговые спидометры делятся на следующие виды:
- стрелочные. Скорость показывается перемещением стрелки по циферблату в форме полусферы;
- ленточные. Положение окрашенной ленты на горизонтально размеченной шкале показывает фактическую скорость автомобиля. Немного видоизмененный аналог такого измерителя вы могли видеть на ВАЗ 2101 и 2102;
- барабанные. Индикатор был нанесен на барабане, который вращался пропорционально изменению скорости.
Аналоговый спидометр
Механический спидометр стрелочного типа – единственный из аналоговых видов измерителей скорости, которые до сих пор устанавливаются на многие автомобили. Рассмотрим устройство аналогового спидометра, принцип работы которого основывается на явлении магнитной индукции. Составные компоненты:
- червячный узел, устанавливающийся в КПП. Шестерня вращается вместе с вторичным валом КПП, что позволяет рассчитать скорость вращения приводов, соответственно, и колес;
- тросиковый привод, который тянется от червячного узла к приборной панели;
- магнитный элемент;
- металлическая пластина, соединенная со стрелкой;
- пружина;
- шкала.
Сопутствующим элементом спидометра можно считать счетчик пройденного расстояния, который через червячную передачу соединен с тросиком. Устройство и способы смотки одометра мы рассматривали ранее, поэтому заострять внимание на этом не будем.
В полноприводных автомобилях скоростная часть спидометра может находиться в раздаточной коробке.
Принцип работы
Вращение вторичного вала МКПП через главную передачу связано с червяком и шестерней (червячная передача), которая крепится к тросу. Соответственно, вращение вторичного вала провоцирует движение троса, который оборачивается вокруг своей оси внутри кожуха. Трос, тянущийся от КПП к приборной панели, соединен с магнитом, который находится вблизи металлической пластины и соединен со стрелкой. С курса физики все мы знаем о влиянии магнитных полей на ферромагнетики. Вращаясь вокруг своей оси, магнит провоцирует отклонение металлической пластины, как бы утягивая ее за собой. Соответственно, чем выше скорость вращения магнита, тем быстрее будет крутиться металлическая часть, и тем больше будет подыматься стрелка автомобильного спидометра. Именно так работает механический спидометр.
Электронный спидометр
В электронном счетчике отсутствует механическая связь между показаниями на приборной панели и вторичным валом КПП. Способ реализации во многом зависит от устройства датчика скорости, который бывает двух типов:
- оптоэлектронный. В корпусе КПП, как и в случае с механическим спидометром, устанавливается скоростная часть с тросиком. Вот только показания скорости автомобиля рассчитывается на основании импульсов, формирующихся фотопрерывателем. Частота импульсов пропорциональна скорости вращения троса, что позволяет высчитать фактическую скорость автомобиля;
- безтросовый. В корпусе КПП устанавливается магнитно-резистивный элемент (МРЭ). Многополюсный магнит вращается вместе с ведомым валом КПП. Возникающие изменения магнитного поля увеличивают/уменьшают сопротивление МРЭ, которое преобразовывается мостовой схемой в импульсы.
Еще большее распространение получил электронный спидометр, работающий на эффекте Холла. Если к проводнику или полупроводнику прямоугольной формы приложено постоянное напряжение и его пронизывает под прямым углом линии магнитного поля, на противоположных плоскостях проводника возникает напряжение, которое и было названо в честь первооткрывателя Эдвина Холла.
Частота изменения выходного напряжения будет пропорциональна скорости вращения задающего диска. Именно частота импульсов напряжения позволяет ЭБУ высчитывать фактическую скорость автомобиля. Стоит заметить, что ранее главная функция датчика скорости – показывать скорость движения авто, стала теперь по большей мере сервисной. Датчик скорости используется системой питания двигателя в определенных режимах работы. Поэтому при поломке или некорректной работе электронного датчика мотор может глохнуть при смене передач, неустойчиво работать, терять тягу.
Почему спидометр врет
Любой автомобильный спидометр искажает показания. По большей мере связано это с калибровкой устройств, точно выполнить которую достаточно сложно. Также стоит учесть, что скорость измеряется по вращению лишь одной из оси главной передачи (редуктор, установленный в МКПП). А ведь при повороте колесо, находящееся на внутреннем радиусе, проходит меньшее расстояние, нежели внешнее колесо.
Но главную поправку в показания автомобильного спидометра вносит размерность колес. Чем больше диаметр колеса, тем большее расстояние автомобиль пройдет за один оборот приводного вала.
В среднем измерители врут на 5-10 км/час. Поскольку неточные показания могут стать причиной ДТП, производители автомобилей, калибруя электронные спидометры, перестраховываются. Измеритель скорости на новом автомобиле никогда не будет врать в большую сторону.
Поломки
К основным неисправностям относятся:
- разрушение шестеренок червячной передачи, которые часто изготавливаются из пластика;
- обламывание троса в месте зацепления со скоростной частью, вкручивающейся в КПП;
- окисление контактов датчика, обламывание проводов питания. Проверку питания можно осуществить своими руками при помощи мультиметра;
- неисправность электронной части, располагающейся в щитке приборов.
Предлагаем посмотреть видео процесса базовой диагностики в случае, если не работает спидометр.