Спидометр на базе микроконтроллера и одометр | Полный проект

Обычно цифровые спидометры встречаются только в роскошных автомобилях и мотоциклах высокого класса. Даже if на вашем мотоцикле есть механический спидометр. Что вы будете делать, если он выйдет из строя? Сначала необходимо заменить механическую изношенную шестерню, а затем трос. Здесь мы опишем, как построить спидометр и одометр на базе микроконтроллера для вашего мотоцикла. В схеме используется микроконтроллер, дисплей LCD и некоторые общедоступные компоненты. Это лучшая альтернатива механическому спидометру, и его сможет собрать даже новичок с минимальным уровнем навыков.

Особенностями цифрового спидометра-одометра на базе микроконтроллера являются:

1. Цифровое считывание 2. Скорость отображается в км/час. 3. Пройденное расстояние отображается в километрах. 4. Показания сохраняются в энергонезависимой памяти (EEPROM) 5. Reliability из-за использования микроконтроллера 6. Отсутствие механического износа. 7. Самодельный датчик/датчик скорости. 8. Самостоятельный сброс на ноль после прохождения 99 999,9 км. 9. Легко собрать и прикрепить к велосипеду.

Расчеты

Сначала вам нужно узнать радиус переднего колеса велосипеда. Расчеты здесь основаны на модели Splendor от Hero Honda. Радиус переднего колеса 30 см. (Это может зависеть от бренда или модели.)

Окружность колеса = 2πr (где «r» — в см) = 2×3,14×30 = 188,4 см или 1,884 метра

Скорость: Предположим, что за 1 секунду колесо совершает один оборот. Другими словами, за одну секунду велосипед преодолел 1,88 метра. Следовательно, скорость в км/час:

Н×1,88×3600/1000 = N×6,784 или N×6,8 где «N» — количество оборотов в секунду. «6,8» является константой, и меняется только «N»; например, if ‘Н’ равно 5, скорость равна 5×6,8= 34 км/час.

Расстояние: Одометр обновляется каждые 100 метров. Чтобы преодолеть 100 метров, колесо должно сделать примерно 53 оборота (100/1,88). Микроконтроллер берет на себя задачи подсчета оборотов, расчета скорости, преобразования и отображения результатов.

Описание схемы

Схема цифрового спидометра-одометра на базе цифрового микроконтроллера показана на рис. 1. Ниже описаны функции различных компонентов, используемых в схеме.

Микроконтроллер

Здесь используется 20-контактный микроконтроллер AT89C2051 от Atmel из-за его небольшого количества контактов, доступности и совместимости с семейством 8051 на базе CISC. В проекте задействованы все доступные выводы микроконтроллера. Этот микроконтроллер имеет 2 КБ Flash, 128 байт RAM, 15 линий ввода/вывода (I/O), два 16-битных таймера/счетчика, пятивекторную двухуровневую архитектуру прерываний, полнодуплексный последовательный порт, прецизионный аналоговый компаратор, встроенный генератор и тактовую схему.

Модуль LCD

Для отображения скорости и пройденного расстояния мы использовали буквенно-цифровой формат 16×2

LCD на базе контроллера HD44780. Функция подсветки LCD позволяет видеть данные даже ночью.

Серийный номер EEPROM

Показания пройденного расстояния сохраняются во внешнем серийном номере EEPROM. Здесь используется последовательный EEPROM 24C02 на основе протокола Philips I2C.

I2C протокол шины

Шина I2C состоит из двух активных проводов и заземления. Активные провода, последовательная линия данных (SDA) и последовательная линия синхронизации (SCL) являются двунаправленными.

Каждое устройство, подключенное к шине, имеет свой уникальный адрес, независимо от того, является ли это драйвером MCU, LCD, памятью или ASIC. Каждая из этих микросхем может действовать как приемник и/или передатчик, в зависимости от функциональности. Очевидно, что драйвер LCD является только приемником, а while микросхема памяти или ввода-вывода может быть и передатчиком, и приемником.

Шина I2C является шиной с несколькими главными устройствами. Это означает, что к нему может быть подключено более одной микросхемы, способной инициировать передачу данных. В спецификации протокола I2C указано, что микросхема, инициирующая передачу данных по шине, считается мастером шины. Мастерами шины обычно являются микроконтроллеры. Следовательно, все остальные микросхемы в этот момент рассматриваются как ведомые устройства шины.

Работа схемы

Предположим, что MCU хочет отправить данные одному из своих подчиненных устройств. Сначала MCU выдаст условие START. Это действует как сигнал «внимания» для всех подключенных устройств. Все микросхемы на шине будут прослушивать шину на наличие входящих данных. Затем MCU отправляет адрес устройства, к которому он хочет получить доступ, а также указание, является ли доступ операцией «чтения» или «записи». Получив адрес, все микросхемы сравнят его со своим адресом. Если оно не совпадает, они просто ждут, пока шина не будет освобождена условием остановки. Если адрес совпадает, чип выдаст ответ, называемый сигналом подтверждения. В этом проекте мы использовали операцию записи.

Как только MCU получит сигнал подтверждения, он может начать передачу или прием данных. В нашем case MCU будет передавать данные. Когда все будет сделано, MCU выдаст условие остановки. Это сигнализирует о том, что шина освобождена и что подключенные микросхемы могут ожидать начала новой передачи в любой момент.

У нас есть несколько состояний шины: запуск, адрес, подтверждение, данные и остановка. Это все уникальные условия в автобусе. В нашем проекте микроконтроллер является ведущим, а серийный EEPROM — ведомым.

Показания периодически сохраняются в EEPROM, а предыдущие показания извлекаются из EEPROM каждый раз при запуске велосипеда.

Датчик скорости

В этом проекте мы используем простой самодельный датчик скорости. Вращение колеса определяется совместным действием трости switch и магнита, закрепленного на колесе. Датчик посылает импульс микроконтроллеру каждый раз при совершении оборота.

Оптопара

Оптопара используется для противодействия эффекту дребезга при замыкании контакта язычка switch.

Источник питания

Питание для различных частей схемы осуществляется от аккумулятора автомобиля напряжением 12 В после снижения его напряжения до 5 В с помощью трехконтактного напряжения.

Программное обеспечение

Исходные коды «Init_EEPROM» и «Speedo» этого проекта написаны на языке ассемблера. Они компилируются с использованием ассемблера ASEM-51 с открытым исходным кодом для создания файлов Init_EEPROM.hex и Speedo.hex. Шестнадцатеричные файлы записываются в чип микроконтроллера.

Два внутренних таймера микроконтроллера настроены как 8-битные счетчики для подсчета количества импульсов, генерируемых датчиком скорости. Один таймер используется для измерения расстояния, а другой — для расчета скорости.

После срабатывания счетчика скорости генерируется программная задержка в одну секунду. Значение счетчика скорости получается из регистров счетчика. Чтобы ускорить процесс, в ROM хранится таблица справочных данных, которая помогает микроконтроллеру преобразовывать количество импульсов в соответствующие значения скорости. Блок-схема программы представлена ​​на рис. 2.

Счетчик расстояния увеличивается каждые 100 метров. Для этого колесо должно сделать 53 оборота. Счетчик расстояния загружается с начальным значением 203 (255-53+1) и увеличивается при каждом обороте. После 53 отсчетов таймер переполняется и генерирует прерывание, чтобы уведомить микроконтроллер о прохождении 100 метров.

В процедуре обслуживания прерываний микроконтроллер обновляет соответствующую переменную расстояния «DS1». Вместо сохранения переменных расстояния после каждого цикла микроконтроллер сохраняет эти показания, когда автомобиль стоит на месте (скорость 00,0 км/час). Другими словами, когда автомобиль останавливается на светофоре или до выключения зажигания, последнее показание сохраняется в EEPROM. Те же показания снова извлекаются из EEPROM при следующем включении велосипеда, и показания обновляются для каждой поездки.

Строительство

Тростник switch и магнит необходимо закрепить на переднем колесе мотоцикла (Hero Honda’s Splendor). Можно использовать небольшой круглый магнит (около 2 см в диаметре), который обычно используется в динамиках маленьких игрушек. Прикрепите магнит к центральному барабану колеса чуть ниже спиц, соединенных с барабаном. Закрепите магнит горячим клеем или аралдитом.

Для крепления трости switch необходимо изготовить приспособление из трубы ПВХ так, чтобы магнит и трость switch были выровнены, как показано на рис. 3. Материалы, необходимые для изготовления приспособления, показаны на рис. 4. Разрежьте трубу из ПВХ диаметром 3,2 см и длиной 15,2 см перпендикулярно на две половины. Используйте только одну половину трубы ПВХ. Установите и закрепите язычок switch с помощью Araldite и кабельных стяжек на пластиковой ручке (обычно используется в аварийном освещении). Как только он высохнет, припаяйте два провода к двум противоположным концам язычка switch. Закрепите пластиковую ручку на разрезанной пополам трубе из ПВХ с помощью шурупов. Теперь поместите трубу на вилку переднего амортизатора так, чтобы язычок switch был обращен к магниту.

Подключите мультиметр, установленный в режиме проверки целостности, к двум проводам, идущим от геркона switch. Медленно вращайте колесо и посмотрите, закрывается ли язычок switch, когда через него проходит магнит. Если это так, мультиметр издаст звуковой сигнал непрерывности. Когда магнит отойдет от язычка switch, звуковой сигнал прекратится, указывая на то, что язычок switch открыт. Сделайте несколько попыток, чтобы найти оптимальное положение для монтажа и крепления трубы ПВХ, чтобы язычок switch работал плавно. Отметьте местоположение на вилке переднего амортизатора.

Теперь вы можете прикрепить конструкцию из трубы ПВХ к вилке амортизатора с помощью горячего клея, как показано на рис. 5. Используйте большое количество горячего клея, чтобы прикрепить ее к трубе. Осторожно проложите два провода к рулю велосипеда, используя кабельные стяжки, чтобы закрепить провод. На этом монтажная часть датчика завершена.

Главная схема и модуль LCD могут быть размещены в подходящих пластиковых корпусах, которые легко доступны в магазинах электронных проектов. Эти корпуса должны иметь заранее вырезанный паз для облегчения установки панели LCD. Если таких коробок нет, можно использовать пластиковые коробки электронных дросселей, удалив соответствующие части панели LCD.

Питание можно получить либо напрямую от аккумулятора велосипеда напряжением 12 В, либо от консоли, на которой расположены переключатели звукового сигнала, фар и указателей поворота. Для этого необходимо снять консоль switch и с помощью мультиметра определить плюсовой провод и провод заземления. При выполнении этого шага не забудьте повернуть ключ зажигания в положение «включено». Припаяйте двухжильный провод длиной 60 см к положительной и отрицательной клеммам внутри консоли switch. Преимущество получения питания от консоли switch заключается в том, что ключ зажигания управляет подачей питания на основной блок без отдельного двухпозиционного switch.

Односторонняя схема PCB спидометра и одометра на базе микроконтроллера в натуральную величину показана на рис. 7 (просмотр в формате PDF), а компоновка его компонентов - на рис. 8 (просмотр в формате PDF).

Загрузить PCB и PDF-файлы компоновки компонентов (рис. 7, 8): нажмите здесь

Тестирование

После того, как все компоненты припаяны на PCB, запрограммируйте микроконтроллер с помощью файла Init_EEPROM.hex и поместите микроконтроллер в 20-контактную базу микросхемы и switch на схему.

В первой строке LCD появляется «INIT_EEPROM». Через пять секунд во второй строке отобразится «00000.0». Этот процесс стирает все предыдущие данные и устанавливает начальные показания в EEPROM на ноль. Теперь switch отключите питание и запрограммируйте микроконтроллер с помощью основного файла «speedo.hex». После программирования поместите микроконтроллер обратно в схему и подключите switch к источнику питания. LCD отобразит «Км: 00000,0» в первой строке и «Скорость-км/час: 00,0» во второй строке. Теперь устройство готово для установки на ваш велосипед.

Подключите два провода, идущие от геркона switch, и провода источника питания к основному блоку. Установите устройство в центре руля велосипеда поверх U-образных зажимов, которые крепят руль к шасси. Для этого можно использовать кабельные стяжки. Схема установки блока показана на рис. 6.

Теперь запустите велосипед, совершите пробную поездку и убедитесь, что соединения if верны, скорость и расстояние будут отображаться на дисплее LCD. В дождливые дни основной блок можно накрыть защитным чехлом, например полиэтиленом.

Загрузить исходный код: нажмите здесь Ознакомьтесь с другими проектами спидометров: