Цифровой спидометр, часы и термометр для автомобиля

Предлагаемое устройство предназначено для измерения скорости, пройденного пути, температур снаружи и внутри автомобиля, а также температуры охлаждающей жидкости и напряжения аккумуляторной батареи. Схема собрана на широко распространенных элементах и содержит минимум деталей. Основой устройства является недорогой микроконтроллер АТ89С2051 [1] ф. Atmel, HEX - файл прошивки приведен.

Результаты измерений доступны на шестиразрядном светодиодном индикаторе. По умолчанию при движении автомобиля отображается скорость, а в период остановки или стоянки – время. Другие измеряемые величины выбираются с помощью пяти кнопок по алгоритму, описанному далее.

Кратковременное нажатие K1 включает фиксацию выбранного параметра на индикаторе, что подтверждается точкой в младшем разряде. Повторное нажатие выключает фиксацию и через 5 сек. восстанавливается исходный режим.

Измеряемые значения выводятся на дисплей по кольцу в следующем порядке: Time (время), Count (счетчик пути), tout (наружная температура), tin (температура внутри), EnGinE (температура двигателя), UbАtt (напряжение аккумулятора). При нажатиях K2 просмотр происходит по полному кольцу, K3 начинает и заканчивает обзор с наружной температуры, а K4 – с температуры двигателя, что позволяет обойтись минимальным количеством нажатий. Быстро перейти в исходный режим (скорость или время), можно нажав кнопку K5.

Переход от одного параметра к другому сопровождается кратковременным появлением названия величины и последующей индикацией ее значения.

Чтобы обнулить счетчик пути необходимо зафиксировать его просмотр и нажать K4.

Информация на индикаторе обновляется каждые полсекунды, при этом скорость выводится усредненной за последнюю секунду. Измерение температур и напряжения сопровождается «миганием» индикатора, что обусловлено алгоритмом работы АЦП.

Схема блока процессора и АЦП представлена на рис 1. АЦП построено по упрощенному принципу, но дает вполне приемлемый результат преобразования. Его работа основана на сравнении внутренним компаратором МК измеряемого напряжения и линейно изменяющегося напряжения, образующегося на конденсаторе С9, заряжаемом через источник стабильного тока на элементах R4, R5, R6, R7, VD7, VT2. Цикл измерения начинается с разрядки конденсатора через порт контроллера и заканчивается в момент совпадения напряжений на входах AIN0 и AIN1. Продолжительность цикла измерения является величиной прямо пропорциональной измеряемому напряжению. Транзистор VT1 служит источником тока для датчиков температуры. Мультиплексор DD1 коммутирует аналоговые сигналы на вход компаратора микроконтроллера, а также стабильный ток на датчики температуры. Диоды VD1 - VD6 защищают входы схемы от случайных превышений напряжения. Конденсаторы С5 – С8 сглаживают пульсации источника питания VCC, при этом С5, С6 и С7 располагаются в непосредственной близости к цифровым микросхемам. Для хранения констант калибровки служит микросхема энергонезависимой памяти DD3 (АТ24С02 - АТ24С08). Объем памяти этой микросхемы больше требуемого, но дает возможность блочной записи (отечественный аналог РР1 почему-то такой возможности не дает). Алгоритм работы устройства позволяет использовать вместо АТ24С02 микросхему часов реального времени DS1307 в типовой схеме включения [3]. Программа автоматически определяет тип установленной микросхемы и выбирает соответствующий алгоритм работы часов. Использование DS1307 значительно улучшает ход часов и позволяет отключать устройство от бортовой сети, но требует применения элемента питания, при выходе которого из строя (например, при низких температурах) теряются все данные калибровок.

Дисплей устройства собран на семисегментных светодиодных индикаторах с малым энергопотреблением, что позволило подключить микросхему типа 74HC299 непосредственно к общим катодам без усилителей (рис.4). Нумерация катодов на схеме (CAT1…CAT6) от младшего к старшему разряду, анодам присвоены символы в общепринятом порядке. Клавиатура имеет пять кнопок и конструктивно объединена в блок с индикаторами. Использование регистров сдвига и динамической индикации позволило сократить количество элементов и проводников между блоками.

Схема индикации собиралась навесным монтажом непосредственно на выводах склеенных между собой индикаторов, а остальная часть на макетной плате. Применялись индикаторы с маркировкой TOT5361PAMY, но можно использоваться другие с малым током потребления и общим катодом. Если предполагается использовать индикаторы с большим потребляемым током (большего размера) следует доработать блок в соответствии с логикой его работы.

Резисторы источников тока и конденсатор С9 должны иметь температурные коэффициенты близкие к нулю.

При использовании DS1307 между ее 1 и 2 выводами включается часовой кварц (32768Гц), к 3 выводу подключается плюс элемента питания 3В (например, CR2032), 7 вывод остается свободным, остальные выводы по схеме.

В качестве параметрических датчиков температуры используются по два соединенных последовательно кремниевых диода (рис 3). Датчики подключаются к схеме экранированными проводами минимальной длины. В схеме использованы диоды типа КД522.

Подключение датчика скорости зависит от автомобиля. Современные автомобили, как правило, оборудованы электронным датчиком скорости и могут быть подключены к устройству через несложную схему, представленную на рис 2. Если автомобиль имеет механический привод спидометра нужно использовать преобразователь, например такой, как в автомобилях такси.

Для питания схемы необходим стабилизированный источник напряжением Vcc=5В. На схеме он не приводится, т.к. в настоящее время существует большое количество интегральных стабилизаторов (например 7805).

Корректная работа устройства невозможна без его настройки (калибровки). Войти в режим калибровки можно удерживая кнопку K1 более 30 сек, пока на индикаторе кратковременно не появится надпись “SPEEd”, а затем “SP0000”.

При калибровке кнопки выполняют следующие функции: K1 (удерживать более 5 сек) – сохранение констант калибровки для выбранного канала; K2 – точка нуля; K3 – точка ста); K4 – смена канала калибровки (SPEEd, tin, tout, EnGinE, Ubatt); K5 – выход из режима калибровки.

Для калибровки спидометра и счетчика расстояния необходимо выбрать канал «SPEEd», записать точку нуля (K2), проехать ровно один километр, записать точку ста (K3), записать константы (K1). При движении дисплей имеет следующий вид “SPХХХХ”, где ХХХХ – шестнадцатиричное количество импульсов, поступивших от датчика скорости.

При калибровке термометров датчики температуры помещаются в тающий лед (0°С), запоминается точка нуля, затем датчик помещается в кипяток (100°С), запоминается точка ста и, наконец, нажав и удерживая K1 запоминаем константы в микросхеме памяти. Калибровка вольтметра производится в точке 0V (точка нуля), и в точке 10V (точка ста). Точки нуля и ста должны быть стабильны (по показаниям на дисплее) и сохранены в памяти для всех каналов. При успешной записи константы выдается надпись «SAVE», а при ошибке «Error», в этом случае нужно повторить попытку, а при неудаче заменить микросхему памяти.

Изменить время можно удерживая кнопку K1 более 5 сек, пока показания времени не начнут «мигать». Кнопками K2 и K3 изменить показания часов и минут соответственно. Затем нажать K5, на дисплее отобразится надпись “SAVE” при успешном сохранении или Error в противном случае.

Применять устройство можно не только в автомобиле, но, к примеру, и в быту, как часы - термометр.

Устройство несколько месяцев эксплуатируется на автомобиле, и за это время не было ни одного существенного сбоя, несмотря на все упрощения.

Источники информации:

1. www.atmel.com. AT89C2051. 8-Bit Microcontroller with 2 Kbites Flash. – Atmel.

2. www.maxim-ic.com. DS1307. 64 x 8 Serial Real-Time Clock. – Dallas Semiconductor.

Автор: Клочко Андрей Иренокович, Почта: andron74 {собака} mail.ru

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Микроконтроллер
• Бортовой компьютер