Tachimetro integrato sul microcontrollore PIC16C84. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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La rivista "Radio" descrive molti strumenti per misurare la velocità dell'albero motore di un motore a combustione interna, sia analogici che digitali. Il tachimetro digitale con scala quasi analogica, presentato alla tua attenzione, è notevolmente più semplice di altri simili in base al circuito e allo stesso tempo ha migliori caratteristiche di precisione. L'autore è riuscito a ottenere risultati così elevati utilizzando il moderno microcontrollore PIC16C84. Il contagiri è costruito in modo tale che sia ugualmente comodo utilizzarlo sia durante la guida che durante la regolazione del motore in garage.

Quando si utilizza un'auto che non dispone di un tachimetro incorporato, vengono utilizzati tachimetri elettronici per controllare la velocità del motore. Realizzati secondo vari schemi, mostrano la velocità di rotazione misurata sia in forma digitale che sotto forma di scala LED [1]. Gli strumenti di scala sono più convenienti, ma meno accurati a causa del numero finito di elementi di scala. Basati sull'elaborazione circuitale delle sequenze di impulsi, tali dispositivi sono molto sensibili ai parametri temporali degli impulsi, che si manifestano nell'instabilità delle letture quando la temperatura cambia e la scala lampeggia. Ciò limita il campo di applicazione dei tachimetri a scala elettronica, in sostanza, solo per indicare la velocità di rotazione, poiché non consente di registrare le letture con la precisione necessaria, ad esempio, per la regolazione di un carburatore o la diagnostica del motore.

L'utilizzo dell'elaborazione software degli impulsi dal sensore di velocità consente di combinare la comodità della scala e l'elevata precisione delle letture, trasformando l'indicatore di velocità dell'albero motore in un vero dispositivo di misurazione. A tale scopo, i microcontrollori periferici programmabili di Microchip Technology Inc. sono i più adatti. (USA) ad alta velocità e capacità portuale.

Il tachimetro descritto di seguito utilizza il microcontrollore PIC16C84, con il quale i lettori hanno già familiarità dalla pubblicazione [2]. La sua caratteristica è la presenza di un dispositivo di memoria programmabile con programma elettrico e cancellazione delle informazioni (EEPROM) con una capacità di 1K (14 bit e 64 byte, rispettivamente. Ciò ha permesso di fare a meno della memoria esterna e semplificare notevolmente il dispositivo. è facile da produrre, affidabile nel funzionamento e non richiede regolazioni .

Sulla fig. 1 mostra l'aspetto di un tachimetro elettronico. È dotato di due scale LED e può funzionare in due modalità: indicazione e misurazione. In modalità di visualizzazione, l'intera gamma di velocità da 0 a 6000 min^-1 diviso in 12 parti - divisioni che formano una scala panoramica con una risoluzione di 500 min^-1. Nella modalità di misurazione, il dispositivo funziona nell'intervallo da 300 a 3000 min.^-1 e la scala panoramica ha una risoluzione di 250 min^-1.

Insieme alla scala panoramica, in questa modalità funziona una scala estesa di 0...200 min.^-1. È formato da quattro LED e quindi ha una risoluzione di 50 min.^-1.

La lettura del valore di frequenza n si ottiene sommando due componenti: n = 250N₀ + 50N_p, dove n₀ e N_p - rispettivamente il numero degli elementi luminosi del rilievo e delle scale allungate.

L'errore di misura è pari al valore di divisione della scala estesa, cioè 50 min^-1, che è abbastanza sufficiente per risolvere problemi pratici.

Il principio di funzionamento del tachimetro si basa sulla misurazione diretta del periodo di ripetizione dell'impulso prelevato dai contatti dell'interruttore, seguita dal calcolo della velocità dell'albero motore e dalla visualizzazione del risultato su una scala discreta. In questo caso, la misurazione degli intervalli di tempo viene realizzata contando gli intervalli di tempo calibrati - discreti, generati dal software dagli impulsi di clock. L'intervallo di media è di 10 periodi.

Sulla fig. 2 mostra lo schema elettrico del tachimetro. È costituito da un processore centrale, un input shaper, un'unità di indicazione e un alimentatore.

Il processore centrale è realizzato sul microcontrollore DD1. Dispone di due porte: A con cinque e B con otto pin, che possono essere configurate a livello di codice sia per le informazioni di input che per quelle di output. Gli ingressi RA0-RA3, RB2-RB5 sono configurati per l'emissione di informazioni, RB0 e RB1 sono configurati per l'ingresso e RA4, RB6 e RB7 non sono utilizzati. Il processore centrale è sincronizzato dal generatore di clock integrato, la cui frequenza è impostata dal risonatore al quarzo ZQ1. Il processore viene ripristinato quando l'alimentazione viene attivata dal circuito R2C1 all'ingresso MCL. Il resistore R3 serve a limitare la corrente di questo ingresso e il diodo VD1 - per scaricare rapidamente il condensatore C1 quando l'alimentazione viene interrotta.

L'input shaper è assemblato sull'elemento DD2.1 e sul trigger DD3.1 secondo lo schema da [3] ed è integrato con un preamplificatore sul transistor VT1. Il circuito di base di questo transistor include elementi che aumentano l'immunità al rumore del driver di ingresso [4].

Dall'uscita dello shaper, gli impulsi vengono inviati all'ingresso dell'elemento DD2.2, che svolge le funzioni di un buffer, e all'ingresso del D-trigger DD3.2, incluso da un divisore di frequenza per due. All'uscita di questo trigger si forma una sequenza di impulsi del tipo "meandro" con una frequenza di ripetizione pari alla metà dell'ingresso.

L'elemento tampone DD2.2 è progettato per collegare ad esso altri dispositivi elettronici automobilistici (ad esempio un'unità di accensione). L'output di questo elemento serve anche a controllare il funzionamento dell'input shaper. La frequenza di ripetizione dell'impulso all'uscita dell'elemento DD2.2 è uguale alla frequenza di accensione. L'elemento DD2.2 e il trigger DD3.2 sono opzionali, aggiungono solo ulteriore flessibilità alla soluzione tecnica del dispositivo.

La sequenza di impulsi generata viene inviata all'ingresso RB0 del processore DD1, che la elabora secondo il programma integrato utilizzando gli interrupt. Il tipo di misurazione richiesto viene selezionato dall'interruttore a levetta SA1, che modifica la modalità di input RB1 del processore.

L'unità di visualizzazione è composta da due scale LED HL1-HL4 e HL5-HL17 e un decoder DD4, DD5. La scala panoramica è formata dai LED HL6-HL17, che sono collegati alle uscite del decoder, montate sui convertitori di codice DD4 e DD5 [5]. All'ingresso del decoder dalla porta A del processore DD1 viene ricevuto un segnale che porta un codice binario per il valore della velocità, che porta all'attivazione del corrispondente numero di LED della bilancia. Il LED HL5 indica che il dispositivo è acceso, in quanto il suo bagliore corrisponde al codice zero all'ingresso del decoder.

La seconda scala - allungata - è formata dai LED HL1-HL4, che sono collegati alle uscite RB2-RB5 del processore tramite resistori limitatori di corrente R5-R8.

Il dispositivo è alimentato dalla rete di bordo a dodici volt dell'auto. Attraverso l'interruttore di alimentazione SA2 e il filtro di ingresso R15C7, la tensione CC viene fornita allo stabilizzatore DA1, dalla cui uscita viene fornita una tensione di 5 V a tutti i componenti del dispositivo.

Il programma di elaborazione viene inserito nella memoria del processore tramite il programmatore; richiede circa 400 byte (vedi tabella).

I dettagli del tachimetro, ad eccezione dei LED, degli interruttori a levetta e dello stabilizzatore DA1, sono montati su un circuito stampato, il cui disegno è mostrato in fig. 3.

Lo stabilizzatore di chip DA1 è installato su un dissipatore di calore con una superficie di raffreddamento di 25 cm². Lo stabilizzatore utilizzato dall'autore ha una custodia in plastica completamente isolata. Nel caso di utilizzo di uno stabilizzatore domestico KR142EN5A (o KR142EN5V), è preferibile installarlo sul dissipatore attraverso una guarnizione isolante.

Il display del tachimetro, che è il pannello frontale del dispositivo, è montato su LED della serie KIPM11. Qui sono montati anche due interruttori a levetta SA1 e SA2: sono adatti tutti quelli in miniatura.

La frequenza del risonatore al quarzo ZQ1 determina le impostazioni nel programma in modo che il valore dell'incremento temporale, tenendo conto del prescaler del processore, sia compreso tra 20...160 µs. Un valore di frequenza maggiore porta a un overflow del contatore del processore, un valore inferiore riduce la risoluzione del dispositivo. In pratica, è possibile utilizzare risonatori per frequenze fino a 4 MHz, preferibilmente in una custodia metallica con conduttori (ad esempio, RK-374). Il risonatore è fissato alla scheda con un morsetto metallico, le cui estremità sono saldate in due fori A.

Due gruppi di contatti sulla scheda, indicati dai numeri 1-4, devono essere collegati rispettivamente con un fascio di quattro conduttori.

Il controller PIC16C84-04/P può essere sostituito dal PIC16C84-10/P e utilizza un risonatore al quarzo con una frequenza fino a 10 MHz. È anche possibile utilizzare il microcontrollore PIC16F84 più economico, che differisce dal PIC16C84 per il tipo di memoria di programma (memoria flash). Va notato che l'intervallo di temperatura operativa di questo microcircuito va da 0 a +70°C. Se è necessario utilizzare un tachimetro ea temperature inferiori allo zero, è preferibile utilizzare un controller con la lettera I nella designazione (corrispondente a un intervallo di temperatura di -40 ... + 85 ° С).

Il transistor VT1 può essere qualsiasi struttura npn in silicio a bassa potenza con un rapporto di trasferimento di corrente statico di almeno 100.

Letteratura

1. Lomakin L. Elettronica al volante (indice annotato). - Radio, 1996, n. 9, pag. 55, 56.
2. Ganzhenko D., Kabakov E., Korshun I. PIC e la sua applicazione. - Radio, 1995, n. 10, pag. 47-49.
3. Biryukov S. Soppressione di impulsi «rimbalzo» di contatti. - Radio, 1996, n. 8, pag. 47, 51.
4. Maslov A. Modernizzazione di un tachimetro quasi analogico. - Radio, 1993, n. 9, pag. 36, 37.
5. Chudnov V. Scala lineare nel tachimetro. - Radio, 1993, n. 3, pag. 13.

Pubblicazione: cxem.net

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