Автомобильный тахометр с ЖК дисплеем на PIC16F628. Цифровой тахометр на AVR микроконтроллере (ATtiny2313) Описание работы тахометра на микроконтроллере PIC16F628

Тахометр измеряет частоту вращения деталей, механизмов и других агрегатах автомобиля. Тахометр состоит из 2-х основных частей — из датчика, который измеряет скорость вращения и из дисплея, где будет показать значения. Во основном тахометр градуируется в оборотах в минуту.

Сделать такой прибор самостоятельно конечно же можно, предлагаю схему с микроконтроллером AVR Attiny2313. С таким микроконтроллером можно получить 100 — 9990 об /мин. , точность измерения составляет +/-3 оборотов в минуту.

Характеристики микроконтроллера ATtiny2313

На выводе 11 установлен резистор с номиналом 4.7 кОм, не изменяйте номинал, а то датчик начнет работать нестабильно при включение по однопроводной схеме.

В отличие других схем, тут использовались 4 транзистора и 4 резистора, таким образом схему упростили.

Схема имеет 8 сегмента в каждом символе, по 5 мА каждый, общая сумма будет 40 мА, следовательно на порты нет большой нагрузки. Посмотрим графики работы устройства.

Из графики можно заметить что ток может достигнуть от 60мА до 80мА на выход пин. Для точной настройки нужно подбирать ограничительные резисторы с номиналом 470 оМ.

Выбор дисплея не критичен, выбирайте любой светодиодный индикатор на четыре цифры, либо собирайте из отдельных светодиодов. Используйте красный индикатор, чтобы на солнце было все хорошо видно. Тахометр питается от 12 вольт.

Кварцевый резистор выбран на частоту 8МHz, для точного и стабильного измерения. Входной фильтр используется для подключения к выводу катушки зажигания.

В прошивке в 17-й строке найдите следующее.

17. #define byBladeCnt 2 //1- две катушки, 2 — одна катушка, 4 — мотоцикл…

Этот параметр нужно менять, если у вас советский автомобиль то поставьте 2, если мотоцикл то 4, а если автомобиль с системой зажигания с двумя катушками то 1.

Простой универсальный тахометр на микроконтроллере ATtiny2313

Этот простой тахометр на ATtiny2313 умеет считать количество оборотов любых двигателей, будь то многофазные, многотактные и т.п. Он может быть полезен в авто- мототехнике, для отображения оборотов двигателя. При этом совершенно не имеет значения, сколько тактов или цилиндров имеет двигатель. Его также можно использовать совместно с электронными контроллерами электродвигателей, будь то одно- или трёхфазные.

Схема тахометра очень простая - один микроконтроллер ATtiny2313 и четырёхсимвольный светодиодный индикатор. Транзисторные ключи в целях упрощения отсутствуют. Индикатор можно использовать как с общим катодом, так и с общим анодом - это выбирается в исходнике. Тахометр может подсчитывать обороты как в секунду, так и в минуту, что делает его полностью универсальным.

Дополнительно устройство имеет возможность программного управления яркостью: обычная и пониженная. Если джампер открыт, то устанавливается обычная яркость. При замыкании контактов яркость уменьшается.

Нажмите для увеличения
Перейдём непосредственно к схеме. Если устройство подключается непосредственно к контроллеру двигателя с TTL-уровнями, то импульсы можно подавать просто на вывод 6 микроконтроллера. В противном случае следует выполнить простейший преобразователь уровня на транзисторе.

Для получения и стабилизации напряжения питания +5 вольт применён линейный стабилизатор 1117 с низким падением напряжения для большей экономичности.

В качестве светодиодного индикатора применён индикатор от микроволновки с общим анодом. Так как он уже содержит в себе резисторы на 220 Ом, то на печатной плате они не предусмотрены.

На верхней стороне печатной платы имеются аж 10 перемычек, но они весьма легко устанавливаются.

С обратной стороны установлены SMD-компоненты: это два конденсатора по 22 пФ для кварцевого резонатора, микросхема стабилизатора и фильтрующие конденсаторы.

Кварцевый резонатор для микроконтроллера ATtiny2313 можно устанавливать на 8 или 4МГц, это задаётся в исходнике и управляет прескалером.

Режим отображения оборотов - в секунду или в минуту - задаётся аналогично, в исходнике. Для отображения количества оборотов в минуту рассчитанное количество оборотов в секунду просто программно умножается на 60. Имеется возможность программного округления расчитаных значений. Эти нюансы прокомментированы в исходном коде.

При прошивке микроконтроллера необходимо установить фьюзы:

CKSEL1=0
BODLEVEL0=0
BODLEVER1=0
SPMEN=0

Исходник написан на языке C в Codevision AVR. Он был позаимствован из другого проекта - тахометра для трёхлопастного вертолёта.

Коротко о настройке: необходимо заранее определить, какое количество импульсов за 1 оборот будет подаваться на вход тахометра. Например, если их источником будет контроллер трёхфазного мотора на LB11880 , то он выдаёт по три импульса на каждый оборот шпинделя. Поэтому в исходном коде следует указать это значение.

Выбор индикатора - с общим анодом или с общим катодом (ненужное значение - закомментировать):

//#define Anode
#define Cathode

Количество тахометрических импульсов на 1 оборот вала:

#define byBladeCnt 2

Выбор частоты кварцевого резонатора - 0x00 для 4МГц, 0x01 - для 8МГц:

#define Prescaler 0x01

Выбор отображения оборотов в минуту:

lTmp = (62500L * 60L * (long)wFlashCnt);

Для отображения количества оборотов в секунду необходимо убрать умножение на 60:

lTmp = (62500L * (long)wFlashCnt);

Для того, чтобы отключить округление значений, нужно закомментировать следующие строки:

If (byDisplay > 4)
{
wRpm++;
R += 10;
}

Так как в этой конкретной конструкции применён весьма специфический индикатор, то разводка печатной платы не прикладывается.

Тахометр - это устройство позволяющее измерять частоту вращения (скорость вращения) механизма (вал, ротор, диск двигателя). Единица измерения частоты вращения, обычно, - количество оборотов в минуту. Традиционный метод измерения частоты вращения основан на реализации обратной связи по скорости: используeтся генератор постоянного тока, который подключен к вращающемуся механизму таким образом, чтобы напряжение, индуцированное на клеммах генератора, было пропорционально скорости вращения вала.

В этой статье мы рассмотрим конструкцию тахометра на базе PIC микроконтроллера, не имеющего физического контакта с вращающейся частью механизма для измерения его скорости вращения. Эта техника основана на оптическом методе определения скорости вращения, который требует применения инфракрасного светодиода совместно с фотодиодом.

Основой прибора в нашем случае служит компактная отладочная плата производства компании .

Тахометр позволяет измерять скорость вращения до 99960 оборотов в минуту с разрешением 60 оборотов в минуту. Результат отображается на двухстрочном ЖК индикаторе.

Отладочная плата StartUSB for PIC выполнена на базе микроконтроллера компании Microchip с поддержкой интерфейса USB 2.0. Кроме того, плата имеет контактные площадки с сигналами линий ввода/вывода микроконтроллера, а также область для макетирования и подключения дополнительных устройств. На базе данной платы могут быть разработаны USB устройства сбора данных, коммуникационные устройства и USB mp3 плееры.

Отличительной особенностью платы StartUSB for PIC является то, что установленный на плату микроконтроллер имеет предустановленный USB загрузчик, что исключает необходимость в использовании дополнительного программатора. Кроме того, компания предоставляет бесплатную программу USB загрузчика для персонального компьютера, с помощью которой пользователь сможет без труда запрограммировать микроконтроллер. USB загрузчик для микроконтроллера (firmware) также предоставляется.

При оптическом методе определения скорости вращения инфракрасный светодиод передает ИК импульсы, а фотодиод улавливает отраженный сигнал. Если поверхность вращающейся детали будет темной и грубой, то отраженный сигнал будет незначительным, поэтому мы используем кусочек белой бумаги, наклеенной на вращающуюся деталь. Если же вся поверхность детали является яркой и отражающей, то нужно использовать кусочек темной бумаги, чтобы часть ИК излучения поглощалась за время полного оборота. В любом случае, мы получим импульс на выходе схемы преобразования и согласования сигналов для каждого полного оборота вращающейся детали.

Принципиальная схема ИК датчика и схема согласования сигнала с фотодиода

По схеме видно, что если на выводе IR Tx появится высокий уровень, то откроется транзистор (npn), управляющий ИК светодиодом. Отраженный сигнал поступает на фотодиод в схеме преобразования и согласования сигнала, нормализованные импульсы для подсчета микроконтроллером берутся с коллектора транзитора (pnp). При нормальных условиях, сопротивление фотодиода велико и транзистор всегда закрыт. Выход схемы (коллектор транзистора) подтянут к «земле». Если на фотодиод падает отраженный ИК сигнал, его сопротивление снижается и транзистор открывается, следовательно на выходе появляется высокий уровень.

В мы рассмотрим подключение датчика и ЖК индикатора к микроконтроллеру, основные моменты в конфигурации встроенного таймера микроконтроллера для решения нашей задачи, а также конструкцию тахометра.

Описанный ниже автомобильный тахометр сочетает высокую точность показаний, присущую цифровым измерителям, с удобством считывания значений частоты вращения коленчатого вала двигателя по аналоговой шкале, наиболее оптимальной для бортового прибора.

Тахометр предназначен для установки в автомобили с четырехцилиндровым бензиновым двигателем и бесконтактной системой зажигания с датчиком Холла . Можно использовать прибор и для совместной работы с контактной системой зажигания, если изменить его входную цепь.

Тахометр отображает показания в двух видах - цифровом с разрешающей способностью 30 мин (точнее 29,8 мин) и в виде линейки вертикальных штрихов, причем ее длина изменяется пропорционально измеряемому значению. Число элементов в линейке - 32, что вполне достаточно для оценки значения параметра.

Схема устройства представлена на рис. 1. Основой прибора служит микроконтроллер DD1. В качестве дисплея использован русифицированный жидкокристаллический модуль HG1 с подсветкой. Если не удалось приобрести русифицированный индикатор, придется на английские эквиваленты слов.

Рисунок 1.

Напряжение питания стабилизировано микросхемным стабилизатором DA1. Узел VT1R5R6 - стабилизатор тока светодиодов подсветки дисплея, предотвращающий изменение яркости при изменении напряжения в бортсети автомобиля. Делитель напряжения R3R4 служит для установки желаемой контрастности изображения дисплея.

Импульсы зажигания от датчика Холла через диод VD3 поступают на вход RB0 микроконтроллера DD1, вызывая прерывание, по которому происходит считывание значения таймера TMR1, затем он обнуляется и начинает новый отсчет времени между импульсами. Чтобы преобразовать длительность t интервала между импульсами зажигания в частоту вращения, необходимо выполнить операцию деления по формуле:

N=K/t , где N - частота вращения коленчатого вала двигателя в мин-1; К - константа, зависящая от частоты счетных импульсов таймера TMR1 и числа цилиндров двигателя.

Однако даже при абсолютно стабильной частоте вращения коленчатого вала измеренная длительность интервала между импульсами датчика Холла не будет одинаковой. Это обусловлено точностью изготовления прорезей на цилиндре прерывателя, а также дискретностью времени реакции на импульсы. Чтобы повысить точность измерений и уменьшить мерцание показаний тахометра, вызванное этими причинами, предусмотрено усреднение расчетов за каждые четыре импульса зажигания, т. е. за два полных оборота коленчатого вала.

После окончательного расчета частоты вращения вала показания выводятся на дисплей в первой строке. Чтобы исключить переполнение таймера TMR1. при частоте вращения менее 450 мин-1 расчет и отображение запрещаются. Затем происходит расчет длины линейки, изображающей измеренное значение в квазианалоговом виде. "Нуль" шкалы линейки установлен на частоте вращения вала 750 мин-1, а конец шкалы соответствует частоте 5720 мин-1.

Следует заметить, что разрешающая способность прибора не остается постоянной, изменяясь в небольших пределах, в зависимости от времени определения момента прерывания относительно реального момента импульса зажигания. Для того чтобы исключить постоянное мелькание последней цифры на табло, программно установлено ее равенство нулю, что соответствует незначительной дополнительной погрешности измерения.

В тахометр введена дополнительная функция - отображение положения воздушной заслонки карбюратора. Часто забывают утопить кнопку этой заслонки после того, как двигатель уже прогрет и дальнейшая работа двигателя с неполностью открытой заслонкой приводит к переобогащению горючей смеси и повышенному расходу бензина.

Для выполнения этой функции на карбюратор необходимо установить микропереключатель, размыкающий свои контакты при полном открывании воздушной заслонки. Один из контактов должен быть соединен с корпусом автомобиля, а второй - подключен к входу "Заслонка". Поскольку карбюраторы могут быть разными, конструкция этого узла опущена.

Пока контакты микропереключателя замкнуты, в первой строке дисплея с секундным интервалом попеременно меняются надписи "ТАХОМЕТР" и "ЗАСЛОНКА", показания же тахометра присутствуют постоянно. И только когда воздушная заслонка открыта полностью, надпись "ЗАСЛОНКА" не появляется.

Устройство собрано на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. ЖК модуль размещен на плате со стороны печати (по ширине и длине плата и модуль одинаковы), все остальные детали - на обратной. Плата в корпусе установлена на четырех резьбовых (М2,5) стойках. Модуль прикреплен к тем же стойкам через четыре втулки-проставки высотой 5 мм и подключен к плате тонкими гибкими проводниками. Разъем Х1 для соединения тахометра с внешними цепями - любой малогабаритный четырехконтактный, он подключен к плате отрезками монтажного провода. Все резисторы в тахометре - МЛТ. Конденсаторы С1, С7 - К50-16; остальные - любого типа, например КМ-6. Диоды и транзистор - указанных типов с любым буквенным индексом.

Корпус склеен из прозрачного листового полистирола толщиной около 1 мм (в качестве заготовки использован футляр от компакт-диска) и окрашен нитрокраской в аэрозольной упаковке. Окно под дисплей перед окраской заклеивают отрезком липкой ленты.

Корпус выполняют с таким расчетом и монтируют прибор в автомобиле так, чтобы плоскость индикатора была слегка наклонена назад от положения, поперечного взгляду, - при этом контрастность изображения на табло максимальна. Поэтому тахометр удобно разместить над приборной панелью, у лобового стекла. В этом случае, кстати, если повернуть прибор дисплеем к стеклу, будет удобно, работая в моторном отсеке, следить за частотой вращения вала двигателя.

Тем же, кто захочет установить тахометр непосредственно на панели приборов, на месте одной из заглушек, во-первых, изготовлять корпус не потребуется, а во-вторых, дисплей придется приобрести другой - AC162AYILY-H, той же фирмы Atmel. В паспорте этого дисплея угол обзора обозначен как "12 часов" (для АС162AYJLY-H - "6 часов"), что указывает на максимум контрастности при взгляде сверху.

Кроме указанных, подойдут и подобные модули, выпускаемые другими фирмами, интерфейс этих индикаторов аналогичен. Если подсветка дисплея не нужна или приобретенный прибор ее не имеет, транзистор VT1 и резисторы R5 и R6 можно исключить.

При монтаже тахометра в автомобиле контакт "Вход" разъема Х1 необходимо соединить непосредственно со средним выводом разъема прерывателя экранированным проводом, оплетку которого подключают только с одной стороны к контакту "Общий" разъема Х1 прибора. Если индикация положения воздушной заслонки не нужна, контакт "Заслонка" разъема оставляют свободным. Питание на устройство подают от той цепи автомобиля, где напряжение появляется при включении зажигания.

Эта схема тахометра на микроконтроллере служит для замера количества оборотов фактически любого двигателя внутреннего сгорания. Индикация производится на четырехразрядный светодиодный индикатор, точность измерения составляет 50 об/минуту.

Описание работы тахометра на микроконтроллере PIC16F628

После подачи напряжения питания цифровой тахометр немедленно начинает заверять количество оборотов. Кнопкой «SELECT» производится выбор одного из девяти режимов замера оборотов, в зависимости от типа датчика автомобиля.

Первое нажатие «SELECT» вызовет показ текущего значения количества импульсов, которые выдает датчик за один оборот маховика. Изначально установлено 2 импульса за один оборот. Соответственно на индикаторе отобразится Р-2,0. Каждое последующее нажатие «SELECT» приведет к перебору всех имеющихся значений (0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8 имп./оборот)

По завершению выбора необходимого значения импульсов, приблизительно через 5 сек тахометр запомнит его в памяти микроконтроллера PIC16F628 и перейдет в рабочий режим замера оборотов. При последующем включении тахометра уже ненужно заново выставлять импульсы.

Для точного функционирования цифрового тахометра необходимо обратить внимание на устройство входной цепи. Под каждую индивидуальную систему зажигания (в зависимости от марки авто) возможно понадобится корректировка номиналов, чтобы тахометр не реагировал на высшие гармоники, и твердо реагировал на основную.

В обновленной версии прошивки (tacho_univ_new), добавлена функция 2 секундного теста индикаторов, чтобы выявить возможную их неисправность.