Электронный спидометр принципиальная схема
Опубликовано: 05.07.2024
Принципиальная схема самодельного цифрового спидометра, который подойдет в качестве замены для штатного спидометра в автомобиле. Схема умеет измерять частоту импульсов на выходе датчика скорости, позволяет самостоятельно собрать простой трехразрядный цифровой частотомер. При этом слишком уж большой точности не требуется, вполне достаточно такой же, как и у стрелочного прибора.
Принципиальная схема прибора
Прибор собран на микросхемах CD4521, CD4026 и CD4011. Все эти микросхемы, а так же, кварцевый резонатор и индикаторы можно приобрести на китайском сайте AliExpress (набираете в поиске, например, CD4521, и получаете несколько предложений). Во всяком случае, автор приобретал их именно через этот сайт, с почтовой доставкой.
Измерение частоты импульсов на выходе датчика скорости показало, что при скорости движения 10 км/час частота колеблется в пределах 27-30 Гц. То есть, при частоте на входе 27 Гц спидометр должен показать «10». Выходит, что период измерения должен быть 0,37 секунды.
Задающий генератор выполнен на микросхеме D1 типа CD4521. Эта микросхема содержит логические элементы для построения схемы мультивибратора и 24-х разрядный двоичный счетчик. Мультивибратор сделан кварцевый, с кварцевым резонатором на частоту 4,194304 МГц.
В результате на выводе 12 D1 логическая единица появляется первый раз через 0,125 секунды, на выводе 13 - через 0,25 секунды, на выводе 15 - через одну секунду, на выводе 1 - через две секунды.
Если объединить выводы 12 и 13 логическим элементом «2И-НЕ» (D5.3), то на его выходе будет появляться логический ноль через 0,25+0,125=0,375 секунды. То есть, чуть больше 0,37 секунды, что, учитывая допустимую погрешность спидометра, вполне приемлемо.
Измерительно - индикаторный счетчик выполнен на трех микросхемах CD4026, каждая из который представляет собой десятичный счетчик со встроенным дешифратором под семисегментный светодиодный индикатор с общим катодом.
Таким образом, чтобы начать период измерения, нужно на выводы 2 и 3 подать нули. При этом вход откроется, а индикация отключится. Чтобы начать период индикации нужно на эти же входы подать единицы, - вход закроется, а индикация включится. Поэтому у счетчика младшего разряда (D2) выводы 3 и 2 соединены.
А у остальных счетчиков выводы 2 соединены с общим минусом, чтобы их входы всегда были открыты.
Рис. 1. Принципиальная схема самодельного цифрового спидометра (частотомера).
Еще есть вывод 15 - обычный вход обнуления, для обнуления на него нужно подать единицу. Еще вывод 5 - вывод переноса для каскадирования, к нему подключается вход счетчика более старшего разряда.
Цикл начинается с нулевого состояния счетчика D1, и измерительных счетчиков. В момент обнуления RS-триггер D5.1-D5.2 установлен в состояние с логическим нулем на выводе 3 D5.1. При этом, измерительный счетчик подсчитывает импульсы, поступающие на его вход от датчика скорости. А индикаторы выключены.
Еще через 1,625 секунды появляется логическая единица на выводе 1 D1. Обнуляется измерительный счетчик, гасится индикация, обнуляется счетчик D1, и начинается следующий период измерения. Таким образом, период измерения длится 0,375 секунды, период индикации длится 1,625 секунды. А общий цикл составляет 2 секунды.
Если хотите ускорить работу, можно к входам D5.4 и R6 подключить вывод 15 D1 вместо вывода 1. Но тогда, субъективно, индикация скорости не такая четкая. Хотя, и показания меняются быстрее.
Монтаж
Монтаж выполнен на макетной печатной плате. Индикаторы можно заменить любыми одиночными семисегментными светодиодными с общим катодом.
Индикаторы склеены в один блок, и соединены с основной схемой ленточным кабелем. Индикаторы помещены в неисправную приборную панель, под её стекло. Индикаторы красного свечения, чтобы улучшить их зрительное восприятие, на их лицевую сторону наклеена полоска красной прозрачной ленты.
Яркость свечения индикаторов зависит от сопротивлений резисторов R7-R27. Индикаторы расположены в приборной панели, поэтому они защищены от внешнего света солнцезащитным козырьком, и большой яркости свечения не требуется. В другом случае установки, может потребоваться увеличение яркости свечения, что можно сделать уменьшением сопротивлений R7-R27.
Отечественных полных аналогов микросхем CD4521 и CD4026 нет. Можно заменить на . 4521 и . 4026 других фирм (первые две-три буквы другие).
Эта статья — оглавление группы статей о создании электронного спидометра/одометра полностью с нуля для автомобилей с электронным датчиком скорости (большинство "инжекторов"). Прибор полностью заменяет собой механический спидометр и одометр "восьмерки", показывает скорость как в цифровом виде, так и стрелкой, ведет подсчет пробегов нескольких видов.
Используются следующие технологии: микроконтроллер ATmega328, IDE Arduino, OLED-дисплей, шаговый двигатель X27 (Switec X25 и подобные).
В настоящее время проект реализован, устройство установлено и работает.
Предваряя вопросы и комментарии:
— мне хорошо известно, что можно поставить "приборку от пятнашки", GPS-спидометр и пр. Здесь речь идёт не о таких работах.
— цель разработки: изучение технологий и саморазвитие, а не доведение ВАЗа до уровня "мерседеса".
— да, устройство может быть использовано и на других автомобилях, не только на ВАЗ.
Кто читает БЖ "Чароита", знает, что я давно "веселюсь" с датчиками скорости. Много лет ДС работал исправно, а потом начались сбой за сбоем по причине некачественных датчиков, а может и изношенный трос играл свою роль. Так или иначе, а мне очень хотелось избавиться от троса и сделать спидометр с электронным приводом. Его внешний вид меня вполне устраивал, не устраивал именно механический привод.
Как-то раз мне удачно попалась приборная панель от ВАЗ-2110. Интересна она была тем, что в ней используется гибридный спидометр/одометр — он и электронный, и механический одновременно: получает сигнал по проводам от электронного датчика скорости, а одометр у него на механических барабанах, которые приводятся шаговым двигателем. Вот этот прибор меня и заинтересовал, появилась мысль внедрить его в "приборку" ВАЗ-2108. Как потом оказалось, ничего из этого не вышло, и пришлось искать другие, впрочем, более современные решения. Но обо всём этом в дальнейших статьях.
Мои благодарности:
— камраду Андрею vampo за качественную программу одометра и схему питания;
— камраду Виталию vitaliy455 , благодаря которому удалось найти программу спидометра;
— камраду Kevin Gale — именно его отличная программа спидометра легла в основу всего софта;
— всем, чьи проекты так или иначе пригодились.
Важной особенностью разработки было создание надежного рабочего устройства, т.к. в сети встречается много устройств недоведенных, непроверенных, "на попробовать", отлаженных только на столе.
В процессе разработки было перелопачено много информации: схем, спецификаций, программ — всё это опубликовать здесь нет возможности. Так что если есть вопросы — спрашивайте, постараюсь рассказать.
Всю техническую информацию по изготовлению смотрите на сайте "Чароита".
После того как спидометр с квазианалоговой шкалой стал комерческим, то из интернета сразу пропали его исходники и прошивки,без которых спидометр было не построить. Было решено создать прибор по функциям похож на его прибор. Но прибор вышел на многофункциональней, чем прибор МАМЕДА. И так,переходим к просмотру-схема спидометра+одометр 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!
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
Индикаторы в приборной доске автомобиля всегда играли и играют важную роль в отображении важных показателей состояния средства передвижения. Одним из важных и устанавливаемых на всех автомобилях является спидометр – прибор для отображения скорости передвижения автомобиля.
Автомобильные спидометры, устанавливаемые при производстве современных автомобилей, обладают весьма привлекательным внешним видом, четко и ярко отображают показания в темное время суток. Но что делать тем, у кого автомобиль старого производства, а спидометр оставляет желать лучшего в плане восприятия отображаемой информации?
Ответ прост – купить готовый, но только для тех, кто не увлекается электроникой и не любит сделать что-то своими руками. Именно поэтому, я решил собрать цифровой спидометр на замену штатному в автомобиле ВАЗ 2106 друга-автолюбителя.
Описание прибора
Так как хотелось, чтобы прибор был современным и выглядел красиво, то было принято решение использовать современную элементную базу и графический дисплей для отображения информации.
После тщательного и долгого просмотра статей в интернете были выбраны для использования следующие основные компоненты:
Микроконтроллер PIC18F2550 SOIC – «сердце» спидометра, выполняющее весь необходимый функционал.
Стабилизатор напряжения LM317 – регулируемый стабилизатор напряжения, который настроен на 10,5В, питает подсветку графического индикатора и стабилизатор напряжения, питающий логическую схему спидометра.
Стабилизатор напряжения L1117 – стабилизатор напряжения с фиксированным напряжением 3,3В, питающий логическую схему спидометра.
Графический LCD от телефона Siemens S65 (LS020) – используется для отображения всей информации, предоставляемой микроконтроллером.
Подробный список компонентов представлен в файлах проекта платы и схемы принципиальной электрической в формате программы Diptrace.
Функционал спидометра
При проектировании устройства захотелось добавить дополнительные функции, которые были бы интересны для автомобилиста, и которых не было в штатном спидометре:
Отображение напряжения бортовой сети автомобиля
Отображение ускорения автомобиля
Отображение времени разгона автомобиля с 0 до 100 км/ч
Спидометр способен показывать:
Скорость в диапазоне от 0 до 255 км/ч с точностью до 1 км/ч
Напряжение бортовой сети от 0 до 16В с точностью до 0,01В
Ускорение автомобиля от 0 до 255 м/с 2 с точностью до 0,01 м/с 2
Время разгона автомобиля до 100 км/ч от 0 до 255 с с точностью 0,1 с
Спидометр питается от бортовой сети автомобиля 12В
Работа спидометра
Для получения сведений о скорости автомобиля в коробку передач был установлен датчик скорости от автомобиля ВАЗ 2110, который сконструирован по принципу эффекта Холла и предназначен для преобразования частоты вращения приводного вала в частоту электрических импульсов.
Датчик скорости непосредственно подключен к плате спидометра. Для подключения датчика к спидометру необходимо правильно ориентировать контакты:
Датчик выдает 6 импульсов на один пройденный метр пути.
Сигнал от датчика является цифровым и имеет форму импульсов, что позволяет нам подсчитывать эти импульсы за равные промежутки времени.
Подсчет импульсов основан на том, что сигнал от датчика скорости приходит на порт микроконтроллера, настроенный на работу внешнего прерывания. В обработчике внешнего прерывания подсчитывается количество импульсов равное количеству прерываний за определенный промежуток времени, который отсчитывается внутренним таймером микроконтроллера.
Сам микроконтроллер работает на 48 МГц от кварцевого резонатора на 20 МГц. Такой мощный контроллер и запущен на такой высокой тактовой частоте не случайно. Для быстрого отображения информации на графическом LCD необходимо быстро выводить информацию, для чего и был выбран микроконтроллер PIC18F2550.
Вычисленная скорость отображается на графическом LCD.
Исходя из вычисленной текущей скорости, рассчитываются и другие показатели, такие как ускорение и время разгона до 100 км/ч, также отображаемые на графическом LCD.
Напряжение питания бортовой сети подается на АЦП микроконтроллера через делитель, чтобы напряжение, подводимое к контакту микроконтроллера, не превышало напряжение питания (3,3В). Напряжение измеряется через равные промежутки времени, отмеряемое одним из таймеров микроконтроллера. Измеряемое напряжение обрабатывается и выводится на графический LCD.
Таким образом, мы получаем на экране цифрового спидометра полную информацию о характере движения автомобиля, а также дополнительную информацию о состоянии аккумулятора.
Схема спидометра
Программа микроконтроллера
Программа микроконтроллера написана на языке CCS PICC. Для создания проекта программы микроконтроллера использовалась среда разработки MPLAB 8.66.
Корпус и установка
Плата спидометра выполнена из двустороннего фольгированного текстолита. Обе стороны соединены между собой переходными отверстиями.
Фото платы цифрового спидометра с двух сторон:
Плата с экраном были установлены в корпус штатного спидометра автомобиля ВАЗ 2106. Корпус штатного спидометра с платой цифрового спидометра был установлен в приборную панель на свое место.
Ниже показаны фото установленного цифрового спидометра в автомобиле.
Благодарности
Выражаю благодарность пользователям форума eletronix за предоставленную информацию о работе с LCD Siemens S65.
Используемая литература
Описание микроконтроллера Microchip PIC18F2550
Паспорт датчика скорости Ваз 2110
Help языка CCS PICC
Embedded C programming and the Microchip PIC – Richard Barnett, Larry O’cull, Sarah Cox, 2004
Идея оснастить свой автомобиль дополнительным спидометром у меня возникла сразу, как у меня вышла из строя АБС. И мы весь отпуск проездили без АБС и спидометра. Сейчас у меня стоит новый блок АБС и спидометр тоже работает. На большинства новых машинах вся электроника типа АБС и всяких контролирующих движения завязана на один блок. У некоторых вообще при выходе из строя оного не точто спидометр не кажет, а вся панель не работает. И бывает даже и не заводится. Хорошо что у меня автомобиль не из таких.
Из найденных в интернете схем спидометров, мне понравилась схема на микроконтроллере PIC16F628A.
Спидометр выполнен на базе микроконтроллера PIC16F628A. В качестве устройств отображения информации подойдут любые светодиодные индикаторы с общим катодом. Я использовал маленький трёх сегментный индикатор. При использовании других индикаторов, возможно, придётся подбирать токоограничивающие резисторы в цепи анодов. Подключается устройство к сигнальному контакту штатного спидометра. Нажатием кнопки SB1 (дублируется звуком), можно изменять яркость свечения индикаторов «по кругу». При каждом включении яркость свечения индикаторов устанавливается такой, какой она была выставлена ранее. Звукоизлучатель HA1 любой со встроенным генератором, способным работать от источника питания напряжением 5 вольт. При неплотно закрытой двери автомобиля (сигнал низкого уровня относительно корпуса) и скорости движения более 9 км в час, раздаётся прерывистый сигнал, и показание скорости на индикаторе сменяется включенной на полную яркость аббревиатурой ‘dor’ (сокращённое от англ. «door» – дверь).
Используемая прошивка микроконтроллера универсальная позволяющая выбрать один из пяти вариантов работы спидометра в зависимости от кол-ва импульсов поступающих с датчика скорости автомобиля. Предлагаемый цифровой спидометр «понимает» датчики, выдающие: 2500 имп/км, 4000 имп/км, 6000 имп/км, 8000 имп/км и 10000 имп/км. Список можно расширить, внеся соответствующие изменения в программу. Допустим, если считывание скорости автомобиля берётся, интегрировано со всех четырёх колёс. И сигнал можно взять с одного из датчиков колёс.
А так для выбора нужного варианта необходимо установить перемычку S1 и затем подать питание на устройство. При установленной перемычке индикатор не горит. Теперь нажатием кнопки SB1 «Яркость» (на 1-2 с, с паузой между нажатиями 1-2 с) выбирается нужный вариант:
1 нажатие — 2500 имп/км;
2 нажатия — 4000 имп/км;
3 нажатия — 6000 имп/км;
4 нажатия — 8000 имп/км;
5 нажатий — 10000 имп/км.
Через 3 секунды после последнего нажатия, раздастся соответствующее количество коротких звуковых сигналов излучателя НА1, подтверждая запись в EEPROM микроконтроллера нужного варианта. По умолчанию установлен режим для датчика скорости 2500 имп/км. А при количестве нажатий более 5, будет также установлен японский стандарт (2500). Для выбора другого режима работы достаточно повторить выше описанные действия. После выбора нужного режима работы перемычку S1 необходимо убрать. Теперь спидометр готов к работе.
Погрешность показаний составляет для:
1 варианта (2500) +0,2 км;
2 варианта (4000) менее 0,1 км;
3 варианта (6000) +0,2 км;
4 варианта (8000) — 0,4 км;
5 варианта (10000) менее 0,1 км;
Если количество импульсов от датчика скорости неизвестно, необходимо выполнить следующие. На ровном участке дороги от колеса автомобиля отмерить 10 метров. Подключить стрелочный вольтметр (тестер) к сигнальному контакту аналогового спидометра и медленно двигаясь, подсчитать кол-во «дёрганий» стрелки вольтметра. Умножить полученный результат на 100.
Вместо PIC16F628A можно использовать PIC16F84A только уже перемычка S1 не используется. Выбор режима работы спидометра только выбирается соответствующей прошивкой.
Читайте также: