Решил сделать цифровой индикатор количества топлива на грузовой автомобиль (автобус), используя штатный (довольно посредственный) датчик уровня топлива...
Весь процесс создания и что из этого вышло читаем в статье далее.
Начальные условия:
- Грузовой автомобиль (автобус) с бортовым напряжением 24в
- Топливный бак для дизельного топлива на 220л
- Датчик уровня топлива ДУМП39
- Указатель уровня топлива ЭИ8057М-3
Нужно:
Сделать цифровой указатель уровня топлива, используя штатный датчик уровня.
Для начала придется тщательно изучить, что из себя представляет штатный датчик уровня топлива, именуемый. Демонтируем его и внимательно рассматриваем.
Как и следовало ожидать, имеется поплавок, тяга, переменный резистор... стоп, про переменный резистор подробнее. Как говорится, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать:
Конструкция одновременно и логична, и топорна. Логично то, что ползунок скользит не по непосредственно переменному сопротивлению (которое довольно нежное), а по металлическим отводам от него, но за такое повышение надёжности приходится платить дискретностью. Топорно в этой конструкции то, что, как видно на фото, в среднем положении поплавка мы имеем нехилую зону "нечувствительности", из-за очень уж широкого центрального отвода от сопротивления. Зачем это сделано, остаётся только догадываться, но что имеем, с тем и придётся работать.
Итак, роемся в инете и ищем инфу. Вот что я откопал:
Диапазон перемещения поплавка - 412мм
Номинальное сопротивление - 800 Ом (по другому источнику номинальное сопротивление - 761,0 – 193,5 Ом )
Рабочий диапазон от -40°С до +60°С
Наработка на отказ - 400тыс. км до 95% ушатывания ресурса
Масса 160 грамм, аналог - МАЗ.
В общем-то не густо.
Берём тестер и замеряем, в итоге получачается такая картина:
Схема включения:
Измеренные параметры датчика:
Полное сопротивление - 767 Ом
Дополнительное сопротивление - 187 Ом (оно обеспечивает минимальное сопротивление датчика).
Левая (по фото) часть сопротивления - 203 Ом (13 отводов на ползунок), правая часть Ом 376 (17 отводов на ползунок).
Два металлических сектора выше контактной группы - левый сектор не используется, правый идёт на лампу резеврного остатка топлива.
В общем-то такое подробное описание привожу только для любопытствующих, нам же нужно значение напряжения, которое мы имеем на выходном контакте при различном уровне топлива. При крайнем левом положении контакта на выходе у нас получилось 1,57в , при крайнем правом положении 3,28в, половина бака - 2,44в. В начале сектора включения лампы остатка резерва 2,95в.
Ещё для любопытных. Общая схема подключения датчика уровня топлива выглядит примерно так:
Катушки L1A, L1B, L2
- это отклоняющая система указателя уровня топлива (по сути миллиамперметр) Резистор - термоконпенсационный.
На самом деле это схема классического электромагнитного автомобильного прибора, а конкретно ЭИ8057М-3
- это уже нечто другое: внутри расположена электронная схема, стрелка приводится в движение шаговым электродвигателем, и управляется всё это при помощи микроконтроллёра PIC
.
В принципе, этого достаточно для тарировки цифрового указателя, если бы не парочка неприятностей:
1. Указанный объём топливного бака в 220л не соответствует действительности, на самом деле в баке помещается больше топлива.
2. При крайнем правом положении подвижного контакта датчика, когда в баке якобы уже нет топлива, на самом деле поплавок уже должен находится ниже уровня бака, что конечно же глупость (определено геометрией бака и датчика уровня топлива.
3. Измерив рулеткой геометрию бака, убеждаемся, что это прямоугольный параллелепипед с незначительно закруглёнными длинными гранями, размеры 40х112х60 см . Соответственно перемножив стороны, получаем внутренний объём в 268л, что, согласитесь, сильно отличается от заявленных 220 л, и очень сомнительно, что внутренние перегородки, сетка, топливозаборник, и тп. занимают аж почти 50 л .
4. Как уже написано выше, сопротивление датчика на протяжении длины его сопротивления нелинейно.
Что делаем:
Заливаем полный бак и контролируем напряжение на выходе ДУТ. Получается, что после достижения отметки 1,57в в бак ещё входит добрых двадцать литров топлива.
Снимаем поплавок и ставим датчик на место. Естественно тяга, лишённая поплавка, уходит на самое дно бака, смотрим напряжение - оно составляет 3,02в ! Это важно, т.к. фактически при таком положении в баке уже нет топлива, а подвижный контакт ещё не дошёл до крайнего положения в 3,28в , при этом штатный прибор ЭИ8057М-3 показывает что в баке осталось ещё 1/8 объема. (Поставив поплавок в центральное положение, на штатном ЭИ8057М-3 наблюдаем вместо положенных 1/2 бака аж 5/8 уровня, при полном баке штатный прибор зашкаливает).
Смотрим на график нашего датчика уровня топлива,
Возмём три точки - сопротивления датчика, первая точка это его наименьшее сопротивление (подвижный контакт слева) образованное дополнительным сопротивлением в 187 Ом (на фото вертикальный чёрный прямоугольник), вторая точка при среднем положении контакта когда последовательно включены 187 Ом и 203 Ом , т.е. 390 Ом , полное сопротивление соответственно будет 390 + 376 = 766 Ом.
(по горизонтали - сопротивление в Омах, по вертикали условные единицы длины)
Ничего приятного в этой картине нет, датчик вродебы и линеен но имеет существенный излом.
С такой картиной мы либо получим точность посередине, либо на концах ломаной, либо чтото среднее произведя аппроксимилацию:
Получив формулу с поправкой и коэффициентом можно в принципе уже сделать нечто похожее на цифровой указатель уровня топлива, коэффициент R 2
линии тренда в 0,97
конечно не плох, можно в принципе использовать всё что больше 0,95.
а можно получить для каждой прямой свой коэффициент пересчёта, что будет более точно:
Сразу замеряем значение АЦП в нужных нам точках чтобы 5%
допуск на резисторы делителя на входе АЦП нам ничего не подпортили и получаем в диапазоне от пустого бака (ADC822)
до 1\2
бака (ADC700)
:
(по горизонтали полученные отсчёты АЦП, по вертикали объём топлива в литрах)
В диапазоне от 1\2
бака (ADC700
) до полного (ADC456
):
Из вышеприведённого имеем следующее:
1. С увеличением кол-ва топлива сопротивление датчика уменьшается, и уменьшается падение напряжения на нём.
2. Дельта напряжения датчика составляет 1,45в , что при 10 битном АЦП составит 56% что более чем достаточно для масштабирования результата АЦП в шкалу 0....220л и позволит обойтись просто оцифровыванием результата без использвания ОУ для подгонки под нужный диапазон напряжения.
Схема проста до безобразия:
Микроконтроллёр Mega8, LED
индикатор на 3
разряда с общим катодом, входной делитель из двух резисторов R1, R2
. Стабилитрон (по буржуйски зенер "zener" диод:)) для защиты входа МК
на всякий случай. Цепи питания я рисовать не стал, там классические 0,1мкф
керамика и какой нибудь электролит на 100...1000мкФ
как и гасящие резисторы между МК и индикатором, подойдут любые в диапазоне 80...100Ом
в зависимости от напряжения питания МК и яркости индикатора. Напряжение на борту автомобиля при заведённом двигателе составляло 27,5в
.
Мой вариант разводки платы:
Справа на плате я расположил преобразователь питания обеспечивающий 5в
при бортовом напряжении 10...30в
преобразователь собран на МС3406
3 по типовое схеме из даташита. дроссель murata 1812
. Указанный на схеме стабилитрон на 3,3в
я профукал при разводке и допаивал сверху.
Почему я применил Mega8 когда есть куда более удобная Tiny26 и тп. ? потому что у Mega 8 имеется 1кБ оперативки, зачем столько? микроконтроллёр не просто замеряет напряжение на входе и выводит на индикатор пересчитанное значение, он постоянно записывает замерянные значения в одну из 256 ячеек памяти, заполняя их по замкнутому кругу и после записи каждой ячейки производит расчёт усреднённого значения по всем имеющимся в текущий момент 256 ячейкам.
Индикатор распологается вне платы на приборной панели автомобиля и соединяется с ним 11 жильным шлейфом. Плата помещается в крохотный корпус (второй, тот что с 4мя проводами-клеммами) лишний пластик из корпуса удалили бокорезы.
Плата односторонняя, без перемычек:
Сначала распаял ШИМку и проверил работы, работает. покрыл лаком. можно продолжить сборку:
P.S.
Проект создан при огромной поддержке Романа Викторовича, за что ему огромное спасибо, также спасибо человеку Jonson
из Украины за математическую помощь и некоторые идеи.
Схема бакомера для автомобиля своими руками
Сегодня вашему вниманию предоставляю действительно самодельный
прибор. Опять же на микроконтроллере PIC16f676
и на этот раз с сдвоенным, динамическим семи-сигментным индикатором. Данное устройство создатели назвали "Бакометр
" - И является оно цифровым указателем уровня бензина в литрах
.
Точность устройства вызывает доверие так как калибруется оно непосредственно на конкретном автомобиле, так как датчики уровня топлива только по марке одинаковые.
Первоисточник был этот
сайт
Схема устройства:
Сверлим отверстия под детали
Спустя пару часиков устройство готово
Прошивка микроконтроллера, крона, и вот первый запуск "Бакометр"-а
Теперь нужно сделать морду лица.Для этого понадобилась пара винтиков как для установки материнок в корпус и винтики к ним. Черные винтики были взяты от материнкок ASUS. Когда-то собирал и они мне очень понравились поэтому ставил обычные а эти оставлял пригодиись.
После сборки прибор был откалиброван на столе с помощью переменного резистора на 500 Ом. Этого достаточно для наглядности так как сопротивление пустого бака классики около 340 Ом
.
Бакометр после калибровки показывает уровень бензина в баке согласно прошивке. Прошивку можно сделать 0-99 литров.
При снижении уровня в баке меньше 5 литров индикатор начинает мигать отображая показания в баке до 00 литров. Это хорошо видно на видео. И скачек 35-40 на видео потому как калибровал на глаз и расстояние на переменнике от 35 до 40 литров оказалось очень маленьким. В реальных усовиях такого не будет.
Ну и само видео примера работы
Современный мир инновационных технологий полон множества различных устройств, посредством которых жизнь человека облегчается. Не обошел стороной данный прогресс и автомобильный мир. Так, в двадцать первом веке все силы производителей были брошены на то, чтобы создать максимально комфортабельные условия передвижения автомобилиста. Изначально, все стремления были направлены на то, чтобы достичь максимального комфорта за счет плавного хода, уютного салона, бесшумности работы автомобиля и т.д. Но уже в последующие годы производители начали обращать внимание на самые незначительные, на первый взгляд, детали, о которых даже не все автомобилисты знают и имеют представление. Одним из таких элементов и является датчик уровня топлива, который, в зависимости от конструкции транспортного средства, а также от предпочтений автомобилиста, может быть разных типов: аналоговый, ультразвуковой, электронный и другие.
Автомобили, которые имеют в своем составе карбюраторный тип двигателя, предпочитают использовать аналоговые датчики уровня топлива, в то время как инжекторы склонны к использованию ультразвуковых и электронных датчиков. Соответственно, цифровые и ультразвуковые датчики являются более новыми моделями, которые в своем подавляющем большинстве заменили старые аналоговые.
Все автомобильные «титаны» знают, что огромная часть всех расходов, которые связаны непосредственно с содержанием и обеспечением транспортного средства, приходится на то, что автомобиль потребляет топливо, которое и покупается автолюбителем. Следовательно, всегда нужно контролировать уровень данной жидкости в своем автомобиле. Делать это можно при помощи различных инструментов и устройств. Тем не менее, самым востребованным и распространенным является
До «автомобильной революции» механические датчики производители устанавливали прямо на топливный бак, вследствие чего автомобилисту нужно было проверять уровень топлива перед каждым своим выездом, чтобы предопределить потенциальную нехватку горючего. Недорогие автомобили и модели оснащались данными примитивными системами вплоть до 30-х годов двадцатого столетия.
В современном мире же такого рода датчики уровня топлива, а также – различные контрольные лампы низкого уровня горючего, автопроизводители устанавливают практически на все транспортные средства. В своем подавляющем большинстве, датчики уровня топлива имеют форму металлического стержня. Конструкция заключается в том, что устройства устанавливается в специально просверленное или штатное отверстие топливного бака. Посредством данного устройства автомобилист может контролировать уровень, избыток и расход топлива своего транспортного средства.
1. Как работает электронный указатель уровня топлива.
Конечно же становится ясным, что электронные указатели уровня топлива кардинально отличаются от аналоговых. Такая категоричность заключается в том, что цифровые указатели имеют в наличии вспомогательную электронную плату. Именно данная плата способна производить анализ всех показаний, которые принимаются с датчика, вследствие чего они передаются на штатное оборудование или на мониторинговую систему, которая устанавливается уже внутри транспортного средства посредством цифрового протокола. В данной конструкции цена будет зависеть от функциональных возможностей такого рода плат. Различие самих плат заключается в точности показаний данных датчиков. Вообще, то точность показаний электронных конструкций на порядок превосходит аналоговую точность датчиков, а окупаемый срок данных цифровых датчиков значительно ниже.
Из-за того, что погодные условия в нашем регионе являются достаточно тревожными, так как температура воздуха постоянно меняется, нельзя исключать и то, что могут возникать различного рода физические явления, которые влияют на показания электронного указателя уровня топлива. Ни для кого не секрет, что при охлаждении или нагревании у материала или вещества изменяется размер.
Кроме того, при таких же условиях вполне возможным является переход из одного агрегатного состояния в другое. Как пример можно взять ранний весенний период, когда ночью температура падает аж до – 10 градусов Цельсия, а днем подымается до + 10, посредством нагревания от солнечного света. Конечно же, при таких резких перепадах температуры воздуха будет меняться и температура топлива в баке, что будет иметь непосредственное влияние на
Так, сама плотность будет влиять непосредственно на показания датчиков, что даст большую погрешность при измерении уровня топлива.
Электронные указатели уровня топлива, при определении температуры топлива внутри топливного бака, будут корректировать измерение уровня топлива посредством специальных поправочных коэффициентов. В конце концов автомобилист получит точные данные о том, сколько же находится топлива в измеряемой емкости. Помимо этого, некоторые электронные датчики уровня топлива используют особую функцию усреднения сигнала уровня топлива в баке. Данная функция обеспечивает снижение кривизны и колебаний в значениях уровня топлива, которые вызываются значительными перепадами топлива в баке.
Электронная плата датчика уровня топлива может быть зачинательницей дополнительной предварительной обработки входящего сигнала, которая будет фильтровать всплески топлива в самом топливном баке. Еще одной отличительной особенностью электронных указателей уровня топлива является независимая развязка питания, посредством которой напрочь исключаются проблемы, которые связаны с неисправностью аккумулятора или генератора автомобиля.
Весь автомобильный опыт в использовании электронных указателей уровня топлива на транспортных средствах показывает, что в категорическом отличии от датчиков и указателей аналоговых, показания электронных указателей не будут меняться при наличии металлических предметов или магнитных полей вблизи датчика. Кроме того, изменения в показателях прибора не могут привносить и грязь. Именно поэтому можно делать вывод, что все электронные указатели уровня топлива, которые были правильно установлены, являют собою самый эффективный из современных способов контроля уровня топлива в баках.
2. Проверка электронного указателя уровня топлива.
Проблемы, которые возникают с электронным указателем уровня топлива, могут носить самый разнообразный характер. Самыми распространенными неисправностями являются те, при которых устройство показывает неверные и недостоверные данные. Например, при полностью полном топливном баке показатель будет указывать на то, что бак является пустым. Причин данной неисправности может быть множество, чего не скажешь о решении возникших проблем. Может случиться такое, что электронная система зависла, негативному воздействию поддалась электронная плата и т.д.
В данной конструкции все неисправности возникают по нескольким причинам:
- в негодность пришла электронная плата;
Устройство в самом топливном баке «накрылось»;
Сгорел сам датчик.
Для проверки нормализированной работы данного устройства, нужно устроить тест-драйв. Сначала следует полностью опустошить топливный бак, после чего залить его полностью и начать движение. Если показатель не будет указывать, что бак полный, значит система дает сбои. Следовательно, нужно будет производить тотальную диагностику, так как даже минимальная неисправность приведет к краху всей системы.
3. Замена электронного указателя уровня топлива.
Для того, чтобы приступить к непосредственной замене электронного указателя уровня топлива, нужно определить его местоположение. Зачастую, данное устройство устанавливается непосредственно на топливном баке автомобиля. Важно заметить, что в большинстве случаев при такого рода поломке потребуется компьютерная диагностика. Если же она не помогла, то следует производить тотальную замену устройства. Автомобиль желательно приподнять на и отсоединить все контакты, которые ведут к данному устройству.
Снятие устройства не составит особого труда, чего не сказать об установке нового. Дело в том, что перед снятием следует пометить все контакты, которые будут включаться в новое устройство. Кроме того сами контакты следует также проверить, так как неисправность может быть вызвана именно ими. Далее следует присоединить новое устройство на свое законное место попутно установив все новые и старые контакты в нужное положение. Теперь осталось лишь проверить работу устройству. Кроме наполнения и опустошения бака, можно банально использовать амперметр и вольтметр, измерить силу тока и напряжение в входящих и выходящих контактах. Если же все равно автомобилисту не удалось исправить такую поломку, то следует обратиться в сервисный центр, так как негативному воздействию могла поддаться вся электронная система автомобиля.
Применяется с родным датчиком уровня(в баке),и вместо штатного стрелочного(на торпеде).
Данное устройство(в основе 16f676) выводит на двухразрядный семисегментник (с общим анадом)показания датчика топлива в баке(40л).Питание от бортовой сети авто – 12в.К входу «in» подключаем датчик в баке.
Калибровка устройства:Нажимаем кнопку на устройстве-на индикаторе засветяться мигающие нули,это означает что у нас пустой бак.Если действительно пустой нажимаем кнопку еще раз.если нет опустошаем полностью и нажимаем кнопку.
На индикаторе засветится 02(2 литра)-заливаем 2 литра и нажимаем кнопку.
После засветится 04-заливаем еще 2 литра (в баке уже 4 литра)и нажимаем кнопку.
Таким образом при калибровке все значения на индикаторах в мигаищем режиме,а нажимая кнопку мы соглашаемся что в баке действительно находится n-литров при мигающем его значении.После калибровки на дисплее отобразится 40-что означает 40литров бензина в баке(ведь так оно и есть)и мигания прекратятся.Устройство перешло в режим измерения.Кнопку больше не трогаем,чтоб не сбить настроек.При падении уровня топлива ниже 6 литров индикаторы начинают мигать,это говорит о том что пора на заправку.В комплекте идут прошивки с разным шагом калибровки,все рабочие и достаточно точные.
Точно устройство показывает в состоянии покоя,когда бензин в баке не плещется и поплавок не качает.
Подводные камни были с подбором делителя 1,5кОм,у меня схема заработала без проблем при сопртивлении 500 Ом!
Схема цифрового индикатора уровня топлива обладает высокой степенью повторяемости, даже если опыт работы с микроконтроллерами незначителен, поэтому разобраться в тонкостях процесса сборки и настройки не вызывает проблем. Программатор Громова – это простейший программатор, который необходим для программирования avr микроконтроллера. Программатор Горомова хорошо подходит как для внутрисхемного, так и для стандартного схемного программирования. Ниже приведена схема контроля индикатора топлива.
Представленная ниже фотография является монтажной.
Функциональные возможности прибора:
- способен достаточно точно отобразить текущий уровень топлива, с точностью до литра, поддерживает топливный бак от 30 до 99 литров;
- выводит информацию о бортовой системе;
- работает с учётом колебания топлива, которое наблюдается во время передвижения автомобиля, внутренний датчик в баке производит многократные замеры и информация выводится на основании среднеарифметического (частоту замеров можно задать в меню);
- яркость подсветки изменяется в зависимости от текущего уровня освещённости, всего существует два режима: день и ночь;
- Существует два режима индикаторного отображения информации: обычный и инверсный.
Детали микроконтроллера:
R1 — 1 кОм
R2 — 75 кOм
R3 — 10 кОм подстроечный
R4 — 4,7 кОм
R5, R6, R8-R11 — 10 кОм
R23, R12-R15 — 3,3 кОм
R24, R16-R19 — 1,8 кОм
R20 — 2 кОм * подбирается в зависимости от подсветки
R21 — 240 Ом
R22 — 1 КОм * подбирается и ставится постоянный
C1, C2,C15 — 0,01 мк
C3, C4, C6-C11,C13-C15 — 0,1 мк
C5 — 47 мк
C12 — 4,7 мк
L1 — 100 мГн
DD1- LM7805
DD2 — ATMega8
DD3 — LM317T
VT1 — IRFZ44
LCD1 — Nokia 1110/1200/1110i/1112.
На схеме не обозначен разъём РС10, через который осуществляется подключения кнопок и вывод для установления программного обеспечения на микроконтроллер.
Необходимо сделать две платы: одну для дисплея; вторая же будет основной. Обе платы должны иметь форму круга, а их диаметр корпуса должен составлять 50 мм. Достаточно трудно найти индикатор ответной части под разъём, поэтому рационально выполнить разводку под шлейф. Нужно также отпаять разъём от ответной части и на его место припаять только с обратной стороны припаять шлейф, сам же дисплей можно прикрепить при помощи двухстороннего скотча.
Главная (основная) плата является двухсторонней, однако, обратная сторона является базовой, а на второй стороне расположены стабилизаторы и один транзистор, со стороны дорожек устанавливается основная часть деталей. Базовые квадратные отверстия припаиваются перемычками, оставшаяся часть отверстий рассверливаются.
На месте разобранного разъёма, происходит соединение двух плат при помощи контактов. Под основную плату впаивается втулка с резьбой, к корпусу платы фиксируются при помощи одного винта. Кнопки отсутствуют, поскольку с практической точки зрения в них нет необходимости.
Они нужны лишь при выполнении начальной калибровки, поэтому и выводятся на разъём РС10, который расположен сзади корпуса. Через данный искусственный разъём выводятся также сигналы для программирования микроконтроллера.
Инструкция для настройки цифрового индикатора уровня топлива.
1 шаг. Внутрисхемно осуществляется программирования микроконтроллера, для этого можно использовать любой программатор, который имеется в вашем распоряжении.
2 шаг. Выставление фьюза происходит следующим образом. Для начала необходимо выполнить настройку показаний напряжения. Для этого необходимо подключить индикатор к напряжению 12-14В с целью его настройки, в этот же источник электрического питания подсоединяем вольтметр и подстроченный резистор R3, в котором выставляем значения, которые отображает вольтметр.
3 шаг. Далее необходимо выполнить программную настройку аппарата. Для начала необходимо выставить ёмкость бака и выполнить его калибрование. Калибрования топливного бака осуществляется следующим образом, задаём значение пустого бака – 0 литров и нажимаем клавишу ОК. Затем, наливаем 1 литр топлива и задаём значение 1 литр топлива и нажимаем вновь клавишу ОК.
Данную процедуру необходимо повторить многократно, вплоть до заполнения полного бака. Естественно данный процесс довольно таки продолжительный во времени, но его нужно один раз в обязательном порядке выполнить.
При калибровке также можно записать показания датчика, что позволить сэкономить существенный временной промежуток при выполнении каких-либо прошивок. Остальные виды настроек можно и установить в соответствии с индивидуальными предпочтениями.
Индикатор топлива позволит рационализировать повседневный расход бензина и тем самым сэкономить финансовые средства.
