Светодиодный цифровой спидометр для автомобиля - Приборы - Автомобиль

Автор статьи и фото: Алексей Казаков
Автор прошивки: Руслан Надыршин

Представляю Вашему вниманию конструкцию светодиодного цифрового спидометра для автомобиля. Спидометр состоит собственно из базового блока, содержащего 3 семисегментных светодиодных индикатора, микроконтроллера, дешифратора 7-сегментного кода, усилителя слабых сигналов датчика скорости (см. далее) и интегрального стабилизатора напряжения. Базовый блок может быть встроен в приборную панель (как было в моем случаи), либо эксплуатироваться в виде отдельного прибора. Спидометр также снабжен системой коррекции, позволяющего без смены прошивки адаптировать его к различным транспортным средствам (как с различным диаметром шин, так и с датчиками скорости, выдающими различное количество импульсов на метр пути).

Базовый блок может дополняться светодиодным проектором показаний спидометра на лобовое стекло (чтобы не отвлекать водителя во время движения – не переводить взгляд на панель комбинации приборов) и светодиодным одометром – счетчиком пройденного пути.

Необходимость в разработке такого прибора была обусловлена неустойчивой работой штатного спидометра на Nissan 240SX. Штатно в этой модели установлен цифровой спидометр в панели, проектор и механический одометр. Спидометр и проектор были на основе вакуумно-люминесцентных индикаторов, поэтому для их работы требовался источник высокого напряжения, усложнившего оригинальную конструкцию. Также имелось желание сменить цвет свечения цифр с зеленого на красный. Механический одометр крутился от моторчика, управляемого платой спидометра. Т.к. алгоритм управления известен не был, он также подлежал замене.

Путем экспериментов было выяснено, что датчик скорости на этой модели авто выдает не импульсы амплитудой +12В (как на ВАЗ’ах), а переменное напряжение амплитудой 0.5-1В, частота которого пропорциональна скорости вращения датчика (прим.: более поздний анализ структуры датчика скорости показал, что он состоит из вращающегося постоянного магнита и геркона). К датчику идет всего 2 провода – масса и выходной сигнал. Для того чтобы усилить этот переменный сигнал, в конструкции использован усилитель U4 на основе ОУ LM324M (это счетверенный операционный усилитель в SOIC корпусе, достаточно было взять одинарный, но его под рукой в тот момент не было). Если спидометр будет использоваться на автомобилях, оборудованными датчиками скорости на основе эффекта Холла, операционный усилитель с обвязкой из схемы можно исключить, и подавать сигнал с датчика через сопротивление 10 кОм на базу транзистора Q1. Микроконтроллер U1 (ATMega8) считает количество импульсов на входе PD3 за определенный промежуток времени, пересчитывает его в километры в час и выводит на дисплей численное значение скорости. В индикаторе использованы 7-сегментные индикаторы Kingbright SA08-11EWA красного свечения с размером символа 20.3 мм. с общим анодом. Для формирования цифры используется дешифратор 7-сегментного кода U3 КР514ИД2 (аналог – 7446). Образ цифры в двоичном виде формируется выходами PB0, PD5, PD6 и PD7. Выходы PB6, PB7 и PD4 через транзисторные ключи переключают аноды индикаторов спидометра, т.е. применена т.н. «динамическая» индикация.

Проектор выполнен на отдельной плате (на принципиальной схеме условно не показан); если необходимости в его использовании нет, можно его не собирать. Он состоит из дешифратора 7-сегментного кода (КР514ИД2), интегрального стабилизатора с обвязкой и транзисторных ключей, переключающих аноды. Индикатор – BA56-12SRWA того же Kingbright (красный цвет, 3 цифры, 14.2 мм.).

Между дешифраторами КР514ИД2 и катодами индикаторов включены резисторы по 150 Ом (на схеме не показаны).

Поскольку требовалось восстановить функции одометра, был сделан счетчик пройденного пути на основе 7-сегментных индикаторов АЛС318 (9 знаков, красный, 2.5мм, общий катод). Выбор индикатора со столь малым размером знака обусловлен существующим отверстием в панели для одометра, расширять которое желания не было. Всего индикатора 2, в одном используются 7 знаков (программа поддерживает все 9 знаков, в панели видны только 7), в другом 5. Поскольку свободных выводов у микроконтроллера для переключения 14-ти катодов недостаточно, использован сдвиговый регистр U5 (CD4514BE). За формирование цифры отвечает дешифратор U2 КР514ИД1 (или импортный аналог 7448). Плата соединена с индикаторами двумя гибкими шлейфами.

Для обеспечения функции сохранения пробега при выключении питания предусмотрена схема на элементах Q2-Q3, R10-R15 и D1, создающая необходимую задержку перед отключением спидометра. Т.е. после выключения зажигания на микроконтроллер подается сигнал снятого питания, микроконтроллер записывает в энергонезависимую память показания одометра, останавливает все таймеры и отключает свое питание. Этот узел собран на отдельной плате (рис. 13). Транзистор и интегральный стабилизатор припаиваются на плату сверху в «лежачем» положении и обязательно устанавливаются на теплоотвод (через изолирующие прокладки!).

Каждая из 3-х плат имеет индивидуальный интегральный стабилизатор 7805 (КР142ЕН5), обеспечивающий стабильное напряжение питания схем +5В при изменении напряжения бортсети автомобиля 9-18В. Поскольку светодиодные индикаторы потребляют немалый ток, стабилизаторы необходимо установить на радиаторы.

К недостаткам схемы (по сравнению с оригиналом) следует отнести невозможность регулирования яркости свечения проектора штатными кнопками и измерение скорости только в «км/ч» (в оригинале были еще и мили :)).

Все рисунки печатных плат предназначены для изготовления при помощи ЛУТ (лазерно-утюжной технологии), рисунки «отзеркалены». После изготовления и проверки работоспособности платы со стороны печатных проводников желательно покрыть влагостойким лаком. Для прошивки микроконтроллера можно использовать программатор и программу PonyProg .

Для корректной работы круиз-контроля и других систем 240-го предусмотрен дополнительный выход, дублирующий импульсы датчика скорости.

Механизм калибровки спидометра следующий: на 2 секунды зажимается кнопка на входе PD1, на суточном пятизначном одометре отображается желаемая калибровочная дистанция (по умолчанию задано 100 метров, можно корректировать в пределах 100-1100 метров с шагом в 100 м. кнопками на входах PD0 и PD2). На дисплей спидометра и проектора во время процедуры калибровки выводится специальный знак:

Далее проезжается заданная дистанция (на дисплей общего пробега выводится кол-во импульсов, поступивших с датчика скорости), кнопка нажимается повторно. Если число импульсов достаточно для корректной калибровки прибора, будет вычислен некий коэффициент, учитывающий особенности конкретного автомобиля (диаметр шин, датчик скорости и т.п.). Если калибровка не удалась (например, машина стояла, и кол-во импульсов получилось равным нулю), записи нового коэффициента не произойдет, в расчетах будет использоваться значение из предыдущей калибровки (если прибор ранее не калибровали – то коэффициент равен 6 импульсам на метр пути).

Одометр имеет 2 отдельных дисплея: больший (9 разрядов) показывает общий пробег в формате «99999999.9», меньший (5 разрядов) – пробег в метрах в формате («99.999» км) от момента включения зажигания. Есть возможность задать начальное значение пробега, т.е. чтобы цифры на одометре соответствовали реальному пробегу. Для этого необходимо отредактировать шестнадцатеричный файл «eeprom.hex». Можно использовать любой шестнадцатеричный редактор («Блокнот» не подходит!), например WinHex. В память прибора пробег заносится в сотнях метров. Далее полученное число необходимо записать в шестнадцатеричном виде (для упрощения этой процедуры можно воспользоваться программой The Calc). Затем пробег необходимо вписать непосредственно в файл «eeprom.hex». Рассмотрим пример такой редакции:

Пусть наш пробег составляет 100000км. В сотнях метров это будет число 1000000, что в шестнадцатеричной системе исчисления запишется как «000F4240». Обратите внимание, каким образом это число вводится в байты 4-7 памяти:

Т.е. в первую очередь заполняем байт 7, затем 6, потом 5 и в самую последнюю очередь байт 4.

Байты 0-3 хранят информацию о кол-ве импульсов на метр пути (по умолчанию эти ячейки пусты и коэффициент принимается равным шести).

Фотографии

Рис. 1. Принципиальная схема устройства

Рис. 2. Конфигурационные биты в PonyProg

Рис. 3. Схема, поясняющая принцип работы проектора

Рис. 4. Фото платы одометра

Рис. 5. Фото платы спидометра

Рис. 6. Фото проектора (в сборе)

Рис. 7. Печатная плата проектора (зеркально).
Размеры 70x44мм.

Рис. 8. Расположение элементов на плате проектора.

Рис. 9. Печатная плата одометра (зеркально).
Размеры 97.5x27.5мм.

Рис. 10. Расположение элементов на плате одометра.
(напряжение +5В на КР514ИД1 подается отдельным проводником, на схеме условно не показан)

Рис. 11. Печатная плата спидометра.
Размеры 91?58мм.

Рис. 12. Расположение элементов на плате спидометра.

Рис. 13. Расположение элементов на плате выключателя и рисунок печатной платы.
Размеры 20x43мм.

Рис. 14. Фото готового прибора в панели Nissan’a

Рис. 15. Фото автомобиля Nissan 240SX :-)

p.s.: Практика эксплуатации спидометра показала, что индикаторы, выбранные для одометра, при дневном свете практически неразличимы. Все дело в сферической форме линз индикатора АЛС318, которые отражают свет, поступающий со всех сторон. Тут есть 2 выхода – либо закрывать одометр полупрозрачной пленкой, чтобы исключить паразитную засветку, либо искать индикаторы без линз.

Файлы к статье Светодиодный цифровой спидометр для автомобиля

E-mail отправителя *:
Причина:	Такая схема уже есть на сайте Ненужный материал на сайте! Я против размещения этой статьи на сайте. В комментариях спам или нец-ая брань. Требую удаления материала.
Текст сообщения *:
Номер схемы или Url *:

Пожалуйста остав

ьте свои комментарии !!!!