Ταχόμετρο αυτοκινήτου με οθόνη LCD στο PIC16F628. Ψηφιακό στροφόμετρο σε μικροελεγκτή PIC16F628

Δεν ήταν αυτή η ιδέα μου. Ένας φίλος μόλις μου ζήτησε να καταλήξω σε μια συσκευή ώστε να είναι δυνατή η μέτρηση των στροφών του άξονα του κινητήρα χωρίς καλώδια, για τη ρύθμιση του εξοπλισμού ντίζελ. Και για να μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε οπουδήποτε.

Αφού κάθισα και σκέφτηκα, κατέληξα στο εξής:

Η αρχή λειτουργίας είναι απλή: ανάβουμε το IR LED και η φωτοδίοδος λαμβάνει την αντανάκλαση. Μετράμε το χρόνο μεταξύ των λήψεων του σήματος, τον μετατρέπουμε σε στροφές ανά λεπτό και τον εμφανίζουμε στην οθόνη. Το τροφοδοτικό τροφοδοτείται από μπαταρία.

Γενικά, δεν θα το κάνω τράβα τη γάτα... :)

Εκείνη την εποχή είχα έναν μικροελεγκτή σαν αυτόν - PIC16F88. Αυτό έγινε.

Διάγραμμα συσκευής:

Δεν ασχολήθηκα με τον αισθητήρα σήματος IR. Αν και, εάν το επιθυμούσατε, ήταν δυνατό (και για τους περίεργους, αυτό θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως κίνητρο για τη βελτίωση του J) να συνδέσετε έναν αισθητήρα TSOP1736 αντί για μια φωτοδίοδο (την οποία, στην πραγματικότητα, είχα σε απόθεμα εκείνη την εποχή). Κατ 'αρχήν, μπορείτε να το τροφοδοτήσετε με 36 kHz από μια γεννήτρια συναρμολογημένη σε χρονόμετρο 555. Μπορείτε να ξεκινήσετε τη γεννήτρια μόνο με ένα σήμα που ανάβει το IR LED. Έτσι είναι... Εξάλλου τέτοια πειράματα έκανα. Όταν εφαρμόστηκε φως 36 kHz στο TSOP, η έξοδός του ήταν 5 βολτ. Όταν έκλεισε η δέσμη φωτός, η έξοδος TSOP μηδενίστηκε. Όμως, επειδή το καθήκον ήταν να συναρμολογήσω μια αυτόνομη συσκευή με ελάχιστη κατανάλωση, θεώρησα σπάταλο να ξοδεύω ενέργεια σε έναν αισθητήρα και μια γεννήτρια. Επιπλέον, η απόσταση από το μετρούμενο αντικείμενο δεν ήταν ιδιαίτερα κρίσιμη. Ακόμα και ένα εκατοστό απόσταση ήταν μια χαρά. Σε γενικές γραμμές, έγινε έτσι.

Το τροφοδοτικό LCD είναι απευθείας από τη θύρα PIC, το ίδιο με το τροφοδοτικό LM358, για μείωση της κατανάλωσης ενέργειας σε κατάσταση αναστολής λειτουργίας.

Δυστυχώς δεν έχει μείνει ζωντανή πλακέτα από το πρώτο πρωτότυπο :(. Ήταν μια πλακέτα χωρίς ενίσχυση του σήματος από τον φωτοανιχνευτή. Το σήμα πήγε κατευθείαν στο ΜΚ.

Ο πίνακας έμοιαζε ως εξής:

Δεδομένου ότι το επίπεδο σήματος από τον φωτοανιχνευτή δεν ήταν πάντα αρκετό για τον μικροελεγκτή, ήταν απαραίτητο να συμπληρωθεί το κύκλωμα. Έφτιαξα έναν ενισχυτή χρησιμοποιώντας LM358. Τώρα το κύκλωμα φαίνεται ακριβώς όπως φαίνεται.

Έχοντας επιλέξει τη θήκη και προσαρμόσαμε την πλακέτα σε αυτήν, συναρμολογήσαμε αυτήν την ωραία συσκευή:

Η αρχή λειτουργίας είναι η εξής:

Ένα σημάδι εφαρμόζεται στο υπό μελέτη αντικείμενο χρησιμοποιώντας έναν κανονικό διορθωτή γραφείου. Περίπου 5-7 mm σε διάμετρο. Ή είναι κολλημένη μια λευκή χάρτινη ετικέτα.

Όταν η τροφοδοσία ενεργοποιείται για πρώτη φορά, το PIC αρχίζει να μετρά τη διάρκεια της περιόδου μεταξύ των παλμών, οι οποίοι, αντανακλώντας από την ετικέτα, φτάνουν στον φωτοανιχνευτή . Εάν δεν υπάρχουν παλμοί για περίπου 4 δευτερόλεπτα, η ένδειξη μηδενίζεται. Εάν δεν υπάρχουν παλμοί για περίπου 20 δευτερόλεπτα, η συσκευή μεταβαίνει σε λειτουργία χαμηλής κατανάλωσης. Η ένδειξη σβήνει. Για την επόμενη μέτρηση πρέπει να πατήσετε το κουμπί που είναι συνδεδεμένο στη θύρα RB0. και η συσκευή "ξυπνάει". Ο κύκλος ξαναρχίζει.

Η ακρίβεια των μετρήσεων είναι εξαιρετική, αλλά όχι σε όλο το εύρος. Σε υψηλές ταχύτητες οι ενδείξεις «επιπλέουν», αλλά μόνο ελαφρά και όχι κριτικά.

Το μόνο μειονέκτημα αυτής της συσκευής είναι η όχι πολύ μεγάλη εμβέλειά της. Περίπου ένα εκατοστό. Αλλά αυτό μπορεί να λυθεί, όπως έγραψα παραπάνω, χρησιμοποιώντας έναν φωτοανιχνευτή όπως το TSOP1736 ή το TSOP1738 και μια γεννήτρια σε ένα χρονόμετρο 555. Σε αυτήν την περίπτωση, δεν υπάρχει ανάγκη για LM358.

Μια ακόμη διευκρίνιση - το υλικό του υπό μελέτη αντικειμένου πρέπει να είναι σκούρο.

Το αρχείο με το αρχείο proteus και την πηγή είναι εδώ.

Παρεμπιπτόντως, βρήκα έναν παλιό πηγαίο κώδικα που εφαρμόζει την αρχή της μέτρησης παλμών χρησιμοποιώντας μια μονάδα λήψης, αλλά η ένδειξη είναι LED. Αλλά δεν είναι δύσκολο να το ξαναφτιάξετε για LCD, θα είναι πιο εύκολο

Αυτό κύκλωμα στροφόμετρου σε μικροελεγκτήχρησιμεύει για τη μέτρηση του αριθμού στροφών οποιουδήποτε κινητήρα εσωτερικής καύσης. Η ένδειξη γίνεται σε τετραψήφιο δείκτη LED, η ακρίβεια μέτρησης είναι 50 σ.α.λ.

Περιγραφή της λειτουργίας του στροφόμετρου στον μικροελεγκτή PIC16F628

Μετά την εφαρμογή της τάσης τροφοδοσίας, το ψηφιακό στροφόμετρο αρχίζει αμέσως να επαληθεύει τον αριθμό των στροφών. Το κουμπί «SELECT» επιλέγει μία από τις εννέα λειτουργίες μέτρησης ταχύτητας, ανάλογα με τον τύπο του αισθητήρα του οχήματος.

Το πρώτο πάτημα του "SELECT" θα εμφανίσει την τρέχουσα τιμή του αριθμού των παλμών που παράγει ο αισθητήρας ανά περιστροφή του σφονδύλου. Αρχικά ρυθμίστηκε σε 2 παλμούς ανά περιστροφή. Αντίστοιχα, η ένδειξη θα εμφανίσει P-2.0. Κάθε επόμενο πάτημα του "SELECT" θα εναλλάσσει όλες τις διαθέσιμες τιμές (0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8 παλμοί/περιστροφή)

Με την ολοκλήρωση της επιλογής της απαιτούμενης τιμής παλμού, μετά από περίπου 5 δευτερόλεπτα το στροφόμετρο θα το θυμάται στη μνήμη του μικροελεγκτή PIC16F628 και θα εισέλθει στον τρόπο λειτουργίας για τη μέτρηση των στροφών. Την επόμενη φορά που θα ενεργοποιήσετε το στροφόμετρο, δεν είναι πλέον απαραίτητο να ρυθμίσετε ξανά τους παλμούς.

Για την ακριβή λειτουργία του ψηφιακού στροφόμετρου, είναι απαραίτητο να δοθεί προσοχή στη σχεδίαση του κυκλώματος εισόδου. Για κάθε μεμονωμένο σύστημα ανάφλεξης (ανάλογα με τη μάρκα του αυτοκινήτου), μπορεί να χρειαστεί να ρυθμίσετε τις ονομασίες έτσι ώστε το ταχύμετρο να μην αντιδρά σε υψηλότερες αρμονικές και να αντιδρά σταθερά στην κύρια.

Στην ενημερωμένη έκδοση υλικολογισμικού (tacho_univ_new), έχει προστεθεί μια λειτουργία δοκιμής δείκτη 2 δευτερολέπτων για τον εντοπισμό πιθανής δυσλειτουργίας τους.

Το ταχύμετρο είναι μια συσκευή που σας επιτρέπει να μετράτε την ταχύτητα περιστροφής (ταχύτητα περιστροφής) ενός μηχανισμού (άξονας, ρότορας, δίσκος κινητήρα). Η μονάδα μέτρησης για την ταχύτητα περιστροφής είναι συνήθως στροφές ανά λεπτό. Η παραδοσιακή μέθοδος μέτρησης της ταχύτητας περιστροφής βασίζεται στην εφαρμογή ανάδρασης ταχύτητας: χρησιμοποιείται μια γεννήτρια συνεχούς ρεύματος, η οποία συνδέεται με τον περιστρεφόμενο μηχανισμό με τέτοιο τρόπο ώστε η τάση που προκαλείται στους ακροδέκτες της γεννήτριας να είναι ανάλογη με την ταχύτητα περιστροφής του ο άξονας.

Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε τη σχεδίαση ενός στροφόμετρου που βασίζεται σε έναν μικροελεγκτή PIC που δεν έχει φυσική επαφή με το περιστρεφόμενο τμήμα του μηχανισμού για τη μέτρηση της ταχύτητας περιστροφής του. Αυτή η τεχνική βασίζεται σε μια οπτική μέθοδο για τον προσδιορισμό της ταχύτητας περιστροφής, η οποία απαιτεί τη χρήση ενός υπέρυθρου LED σε συνδυασμό με μια φωτοδίοδο.

Η βάση της συσκευής στην περίπτωσή μας είναι μια συμπαγής πλακέτα ανάπτυξης που παράγεται από την εταιρεία.

Το στροφόμετρο σάς επιτρέπει να μετράτε ταχύτητες περιστροφής έως και 99960 rpm με ανάλυση 60 rpm. Το αποτέλεσμα εμφανίζεται σε μια ένδειξη LCD δύο γραμμών.

Η πλακέτα εντοπισμού σφαλμάτων StartUSB για PIC βασίζεται σε έναν μικροελεγκτή Microchip με υποστήριξη για τη διεπαφή USB 2.0. Επιπλέον, η πλακέτα διαθέτει επιφάνειες επαφής με σήματα γραμμής εισόδου/εξόδου μικροελεγκτή, καθώς και χώρο για πρωτότυπο και σύνδεση πρόσθετων συσκευών. Με βάση αυτή την πλακέτα μπορούν να αναπτυχθούν συσκευές λήψης δεδομένων USB, συσκευές επικοινωνίας και συσκευές αναπαραγωγής MP3 USB.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της πλακέτας StartUSB για PIC είναι ότι ο μικροελεγκτής που είναι εγκατεστημένος στην πλακέτα διαθέτει προεγκατεστημένο USB bootloader, ο οποίος εξαλείφει την ανάγκη χρήσης πρόσθετου προγραμματιστή. Επιπλέον, η εταιρεία παρέχει δωρεάν πρόγραμμα USB bootloader για προσωπικό υπολογιστή, με το οποίο ο χρήστης μπορεί εύκολα να προγραμματίσει τον μικροελεγκτή. Παρέχεται επίσης ένας USB bootloader για τον μικροελεγκτή (υλικολογισμικό).

Με την οπτική μέθοδο προσδιορισμού της ταχύτητας περιστροφής, ένα υπέρυθρο LED μεταδίδει παλμούς IR και μια φωτοδίοδος συλλαμβάνει το ανακλώμενο σήμα. Εάν η επιφάνεια του περιστρεφόμενου τμήματος είναι σκοτεινή και τραχιά, το ανακλώμενο σήμα θα είναι αμελητέο, επομένως χρησιμοποιούμε ένα κομμάτι λευκό χαρτί επικολλημένο στο περιστρεφόμενο μέρος. Εάν ολόκληρη η επιφάνεια του εξαρτήματος είναι φωτεινή και ανακλαστική, τότε πρέπει να χρησιμοποιήσετε ένα κομμάτι σκούρο χαρτί έτσι ώστε μέρος της ακτινοβολίας IR να απορροφάται κατά τη διάρκεια μιας πλήρους περιστροφής. Σε κάθε περίπτωση, θα λάβουμε έναν παλμό στην έξοδο του κυκλώματος μετατροπής και αντιστοίχισης σήματος για κάθε πλήρη περιστροφή του περιστρεφόμενου τμήματος.

Σχηματικό διάγραμμα του αισθητήρα υπερύθρων και του κυκλώματος αντιστοίχισης σήματος από τη φωτοδίοδο

Το διάγραμμα δείχνει ότι εάν εμφανιστεί ένα υψηλό επίπεδο στον ακροδέκτη IR Tx, το τρανζίστορ (npn) που ελέγχει το IR LED θα ανοίξει. Το ανακλώμενο σήμα εισέρχεται στη φωτοδίοδο στο κύκλωμα μετατροπής σήματος και οι κανονικοποιημένοι παλμοί για μέτρηση από τον μικροελεγκτή λαμβάνονται από τον μεταβατικό συλλέκτη (pnp). Υπό κανονικές συνθήκες, η αντίσταση της φωτοδιόδου είναι υψηλή και το τρανζίστορ είναι πάντα σβηστό. Η έξοδος του κυκλώματος (συλλέκτης τρανζίστορ) έλκεται στη γείωση. Εάν το ανακλώμενο σήμα IR πέσει στη φωτοδίοδο, η αντίστασή του μειώνεται και το τρανζίστορ ανοίγει, επομένως εμφανίζεται ένα υψηλό επίπεδο στην έξοδο.

Στο θα δούμε τη σύνδεση του αισθητήρα και της ένδειξης LCD στον μικροελεγκτή, τα κύρια σημεία στη διαμόρφωση του ενσωματωμένου χρονοδιακόπτη του μικροελεγκτή για την επίλυση του προβλήματός μας, καθώς και τη σχεδίαση του στροφόμετρου.

Τι είναι άλλωστε ταχύμετρο? Το ταχύμετρο είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των RPM (στροφές ανά λεπτό) οποιουδήποτε περιστρεφόμενου σώματος. Τα στροφόμετρα κατασκευάζονται με βάση επαφής ή μη. Τα οπτικά στροφόμετρα χωρίς επαφή συνήθως χρησιμοποιούν ακτίνα λέιζερ ή υπέρυθρη ακτινοβολία για την παρακολούθηση της περιστροφής οποιουδήποτε σώματος. Αυτό γίνεται με τον υπολογισμό του χρόνου που απαιτείται για μία περιστροφή. Σε αυτό το υλικό, που προέρχεται από έναν αγγλικό ιστότοπο, θα σας δείξουμε πώς να φτιάξετε ένα φορητό ψηφιακό οπτικό στροφόμετρο χρησιμοποιώντας Arduino Uno. Ας εξετάσουμε μια εκτεταμένη έκδοση της συσκευής με οθόνη LCD και τροποποιημένο κωδικό.

Κύκλωμα στροφόμετρου σε μικροελεγκτή

Σχηματική λίστα εξαρτημάτων

• Μικροκύκλωμα - Arduino
• Αντιστάσεις - 33k, 270 ohm, ποτενσιόμετρο 10k
• Στοιχείο LED - μπλε
• IR LED και φωτοδίοδος
• Οθόνη LCD 16 x 2
• 74HC595 καταχωρητής βάρδιας

Εδώ, αντί για έναν αισθητήρα υποδοχής, χρησιμοποιείται ένας οπτικός - αντανάκλαση της δέσμης. Με αυτόν τον τρόπο δεν χρειάζεται να ανησυχούν για το πάχος του ρότορα, ο αριθμός των λεπίδων δεν θα αλλάξει την ένδειξη και μπορεί να διαβάσει τις στροφές του τυμπάνου - κάτι που ο αισθητήρας υποδοχής δεν μπορεί.

Έτσι, πρώτα απ 'όλα θα χρειαστείτε ένα LED εκπομπής IR και μια φωτοδίοδο για τον αισθητήρα. Ο τρόπος συναρμολόγησης φαίνεται στις οδηγίες βήμα προς βήμα. Κάντε κλικ στη φωτογραφία για μεγέθυνση.

• 1. Πρώτα πρέπει να τρίψετε το LED και τη φωτοδίοδο για να γίνουν επίπεδα.
• 2. Στη συνέχεια, διπλώστε τη λωρίδα του φύλλου χαρτιού όπως φαίνεται στην εικόνα. Φτιάξτε δύο τέτοιες δομές έτσι ώστε το LED και η φωτοδίοδος να ταιριάζουν σφιχτά σε αυτό. Συνδέστε τα μεταξύ τους με κόλλα και βάψτε τα μαύρα.
• 3. Τοποθετήστε το LED και τη φωτοδίοδο.
• 4. Κολλήστε τα μεταξύ τους με υπερκόλλα και κολλήστε τα καλώδια.

Οι τιμές της αντίστασης μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με τη φωτοδίοδο που χρησιμοποιείτε. Το ποτενσιόμετρο βοηθά στη μείωση ή την αύξηση της ευαισθησίας του αισθητήρα. Συγκολλήστε τα καλώδια του αισθητήρα όπως φαίνεται στην εικόνα.

Το κύκλωμα στροφόμετρου χρησιμοποιεί έναν καταχωρητή μετατόπισης 8-bit 74HC595 με οθόνη LCD 16x2. Κάντε μια μικρή τρύπα στο περίβλημα για να στερεώσετε την ένδειξη LED.

Συγκολλήστε μια αντίσταση 270 ohm στο LED και τοποθετήστε την στον ακροδέκτη 12 του Arduino. Ο αισθητήρας εισάγεται σε έναν κυβικό σωλήνα για να δώσει πρόσθετη μηχανική αντοχή.

Αυτό είναι όλο, η συσκευή είναι έτοιμη για βαθμονόμηση και προγραμματισμό. Μπορείτε να κατεβάσετε το πρόγραμμα από αυτόν τον σύνδεσμο.

Βίντεο με ένα σπιτικό στροφόμετρο που λειτουργεί

Αυτό το ψηφιακό στροφόμετρο είναι κατάλληλο για τη μέτρηση των στροφών σχεδόν κάθε τύπου κινητήρα εσωτερικής καύσης. Το σφάλμα μέτρησης του στροφόμετρου είναι μόνο 50 στροφές/λεπτό. Για την εμφάνιση του αποτελέσματος χρησιμοποιείται μια τετραψήφια οθόνη LED.
Για να διαμορφώσετε τον τρόπο λειτουργίας, πρέπει να χρησιμοποιήσετε το κουμπί «Επιλογή». Με το πρώτο πάτημα εμφανίζεται ο τρέχων τρόπος λειτουργίας στην οθόνη. Ο προεπιλεγμένος τρόπος λειτουργίας είναι ο τρίτος, όταν ο αισθητήρας παράγει δύο παλμούς ανά περιστροφή του σφονδύλου. Αντίστοιχα, στην οθόνη θα εμφανιστεί η επιγραφή P-2.0.

Κάθε επόμενο πάτημα του κουμπιού αλλάζει τον τρόπο λειτουργίας του στροφόμετρου στον επόμενο. Συνολικά είναι εννέα: 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 παλμοί/περιστροφή, αντίστοιχα, ορίζουν τον αριθμό των παλμών που εκπέμπει ο αισθητήρας ανά μία περιστροφή του σφονδύλου. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των παλμών, τόσο πιο ακριβής είναι η μέτρηση.

Αφού επιλέξετε τον τρόπο λειτουργίας, πρέπει να περιμένετε 5-10 δευτερόλεπτα. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το ταχύμετρο θα καταγράψει τον τρόπο λειτουργίας στη μνήμη του μικροελεγκτή και θα εισέλθει στον τρόπο λειτουργίας. Στο μέλλον, το ταχύμετρο θα μεταβεί αμέσως στον τρόπο λειτουργίας όταν ενεργοποιηθεί η ισχύς. Εάν χρειάζεται να ρυθμίσετε ξανά το στροφόμετρο, τότε πρέπει να πατήσετε το κουμπί "Επιλογή" και να ρυθμίσετε ξανά το στροφόμετρο.

Αξίζει να δώσετε προσοχή στις παραμέτρους και το σχεδιασμό του κυκλώματος εισόδου. Για έναν συγκεκριμένο τύπο ανάφλεξης, είναι δυνατές ορισμένες προσαρμογές στις αξιολογήσεις, λόγω διαφορετικών συσκευών ανάφλεξης σε διαφορετικούς τύπους αυτοκινήτων. Αυτό είναι απαραίτητο ώστε το στροφόμετρο να λειτουργεί καλά με θεμελιώδεις αρμονικές και να μην αντιδρά σε υψηλότερες αρμονικές. Χωρίς τέτοια ρύθμιση, η ακριβής λειτουργία του στροφόμετρου είναι αδύνατη.

Η ενημερωμένη έκδοση υλικολογισμικού περιλαμβάνει μια λειτουργία για τον έλεγχο των δεικτών. Αυτό είναι απαραίτητο για τη διεξαγωγή μιας δοκιμής δύο δευτερολέπτων για τον εντοπισμό σφαλμάτων αισθητήρα.

Συνημμένα αρχεία:

Υλικολογισμικό –

Απλός μονομπλόκ ενισχυτής αυτοκινήτου με βάση το TDA1560Q Τροφοδοτικό χωρίς γκάζι αυτοκινήτου με βάση το IRS2153 για φορητούς υπολογιστές και κινητά τηλέφωνα Εξωτερική υποδοχή USB στο ραδιόφωνο αυτοκινήτου