EP 2005_09.pdf

Komputer samochodowy

AVT–434

Jadąc „w trasie” zastanawiamy

się czasami ile już kilometrów

przejechaliśmy, czy starczy nam

paliwa do celu, jak długo już

jedziemy. Czasami zastanawiamy

się, która droga jest krótsza,

ile paliwa spalamy w danej

chwili i czy nie dałoby się

może coś czasami zaoszczędzić.

Na większość z tych pytań

użytkownicy nowych dobrze

wyposażonych samochodów

mogą sobie szybko odpowiedzieć

patrząc na wyświetlacz

komputera pokładowego.

Rozwiązanie dla użytkowników

starszych samochodów

przedstawiamy w artykule.

Rekomendacje :

doskonałe uzupełnienie

wyposażenia samochodów

pozbawionych komputerów

pokładowych, łatwe do

zastosowania w większości

współczesnych aut.

Komputery pokładowe pokazują za-

zwyczaj temperaturę zewnętrzną, we-

wnętrzną, ilość spalanego chwilowo

paliwa, długość przejechanej drogi i in-

ne mniej lub bardziej przydatne dane.

W Skodzie Fabii też dostępny jest taki

komputer, ale w mojej wersji wyposa-

żenia niestety go nie było. Poza tym,

patrząc na możliwości fabrycznego

komputera pokładowego zawsze cze-

goś mi w nim brakowało lub coś bym

zrobił inaczej. Dlatego też postanowi-

łem wykonać samemu układ, który

spełniłby moje wszystkie oczekiwania.

Po pierwsze, należało zastanowić się

nad funkcjami, jakie miałby spełniać

taki komputerek i co miałby pokazy-

wać. Pierwotne założenia jakie miał

spełniać, były następujące:

• mierzyć spalanie chwilowe,

• mierzyć długość przejechanej

drogi,

• mierzyć czas jazdy,

• mierzyć temperaturę zewnętrzną

i wewnętrzną,

• mierzyć napięcie akumulatora.

Biorąc pod uwagę te wymaga-

nia, konieczne okazało się doprowa-

dzenie do komputera następujących

sygnałów:

• +12 V występujące stale (wprost

z akumulatora przez bezpiecz-

nik) – stosowane do zasilania

komputerka i pomiaru napięcia

akumulatora;

• +12 V włączane kluczykiem

– stosowane do rozpoznania

początku jazdy i zasilania diod

podświetlających wyświetlacz;

• +12 V ze świateł mijania (sy-

gnał włączenia świateł)

– stosowany do wykrywania czy

w okresie, kiedy włączenie świa-

teł mijania jest obowiązkowe, są

one włączone;

• sygnał przetwornika drogi – stoso-

wany do obliczenia przejechanej

drogi, prędkości chwilowej, itp.;

• sygnał z wtryskiwacza – stosowa-

ny do wyznaczenia ilości zuży-

wanego paliwa i prędkości obro-

towej silnika;

• magistrala 1wire – stosowa-

na do podłączenia 2 czujników

DS18B20, które mierzą tempera-

turę zewnętrzną i wewnętrzną.

Zacznijmy od omówienia pierw-

szego trybu pomiarowego, który z wie-

lu przyczyn jest najbardziej interesu-

jący. Żeby określić wartość spalania

chwilowego musimy znać ilość spa-

lonego paliwa w jednostce czasu oraz

przejechany w tym czasie dystans.

W obecnie produkowanych samocho-

dach benzynowych zazwyczaj jest

stosowany wtrysk paliwa. Ułatwia to

bardzo uzyskanie informacji o ilości

spalanego paliwa. W uproszczony spo-

sób wygląda to tak, że paliwo z baku

jest tłoczone przez pompę paliwa pod

stałym ciśnieniem do wtryskiwaczy.

Wtryskiwacze to elektromagnetyczne

zawory otwierane przez sterownik sil-

nika (ECU). Przyjmując stałe ciśnienie

wytwarzane przez pompę paliwową

na wejściu wtryskiwaczy, można po-

wiedzieć, że ilość wtryśniętego paliwa

jest wprost proporcjonalna do czasu

otwarcia wtryskiwacza. Wprawdzie

wtryskiwacz w zakresie małych i du-

żych czasów otwarcia rzędu 1 ms

oraz 15 ms ma charakterystykę nieli-

niową, między innymi ze względu na

bezwładność mechaniczną, lecz w po-

PODSTAWOWE PARAMETRY

• Płytka o wymiarach 52 x 41 mm

• Zasilanie +12 V (instalacja samochodowa)

• Pomiar i rejestracja: przebytej drogi, zuży-

cia paliwa, prędkości, czasu jazdy, napięcia

akumulatora

• Przypomnienie o włączeniu świateł zimą

• Możliwość kalibracji zużycia paliwa i

przebytej drogi

Elektronika Praktyczna 9/2005

P R O J E K T Y

Komputer samochodowy

Rys. 1. Schemat elektryczny komputera samochodowego

Elektronika Praktyczna 9/2005

Komputer samochodowy

Rys. 2. Sposób podłączenia komputera do instalacji elektrycznej w Fabii

– pracuje w rozszerzonym zakresie

temperatur od –40 o C do +70 o C,

– ma wbudowane przetworniki A/C,

– ma możliwość ładowania w pro-

sty sposób pamięci programu

Flash,

– ma wbudowana pamięć nieutol-

ną Flash/EEPROM,

– ma małą obudowę,

– pracuje z kwarcem zegarkowym

32768 Hz, co skutkuje minimal-

nymi zakłóceniami EMI,

– ma wbudowaną pętlę PLL, dają-

ca możliwość skalowania warto-

ści zegara taktującego,

– posiada wbudowany licznik TIC,

dający możliwość prostej realizacji

zegara czasu rzeczywistego przy

minimalnym poborze prądu.

W urządzeniu zastosowano wyświe-

tlacz LCD LPH7366 stosowany w tele-

fonie komórkowym Nokia 5110. Jest

to wyświetlacz graﬁczny zwbudowa-

nym sterownikiem i tym samym daje

możliwości wyświetlania znaków róż-

nej wielkości, a także graﬁki. Jego ste-

rownik PCD8544 ma możliwość pracy

w zakresie temperatur –25...70 o C i po-

siada kompensację temperaturową kon-

trastu wyświetlacza. Wprawdzie samo

„szkiełko” tego wyświetlacza w tempe-

raturach ujemnych daje bardzo długi

czas reakcji, ale będzie to dokuczliwe

tylko do momentu nagrzania się po-

wietrza w kabinie samochodu i tym sa-

mym podgrzaniu wyświetlacza. Można

zastosować podgrzewanie wyświetlacza

rezystorami dołączonymi do napięcia

„+12 V po kluczyku”. W temperatu-

rze powyżej 40 o C wyświetlacz staje

się trochę mniej kontrastowy, ale nie

przeszkadza to w odczycie. Wpraw-

dzie wyświetlacz zasilany jest napię-

ciem 3,3 V, a procesor 5 V i potrzeb-

na byłaby konwersja sygnałów, ale po

dokładnej analizie noty katalogowej

procesora okazało się, że można to

zrobić dużo prościej. Wyświetlacz zo-

stał podłączony bezpośrednio do linii

I/O procesora, gdyż w stanie wysokim

wyprowadzenia procesora są bar-

dzo słabo „podciągnięte” do zasilania

(przy 80 mA napięcie wyjściowe spada

do 2,4 V) i napięcie zostanie ograni-

czone przez diody podłożowe wejść

sterownika wyświetlacza. Z pozosta-

łymi elementami nie ma problemów

temperaturowych, łącznie z układem

zerującym U5, pracującym w zakresie

–40...85 o C.

zostałym zakresie od 1..15 ms jest

ona w miarę liniowa. Stąd też mie-

rząc czas otwarcia wtryskiwaczy uzy-

skujemy ilość spalonego paliwa. Żeby

jeszcze bardziej uprościć sprawę i nie

mierzyć czasów otwarcia 4 (lub 3 dla

silników 3 cylindrowych) wtryskiwa-

czy przyjmiemy, że wszystkie wtryski-

wacze w danym cyklu są otwierane

na ten sam czas i będziemy mierzyć

czas otwarcia tylko jednego wtryski-

wacza. Będzie potrzebna jeszcze sta-

ła określająca ile paliwa wtryskiwa-

ne jest w jednostce czasu, ale ten

parametr będziemy wyznaczali sami.

Nie jest – niestety – możliwy w tak

prosty sposób pomiar zużycia paliwa

w silnikach z zasilaniem gaźnikowym.

Następnie potrzebujemy informa-

cję o przejechanej drodze. W star-

szych samochodach z mechanicznymi

licznikami, trzeba będzie zamontować

za prędkościomierzem czujnik zamie-

niający zmienne pole magnetyczne

wytwarzane przez magnes napędza-

ny linką prędkościomierza na impul-

sy elektryczne. Czujniki tego typu

stosowane są w tachografach i takso-

metrach i należałoby się o nie pytać

w ﬁrmach montujących takie urządze-

nia. W nowych samochodach m. in.

z licznikami kilometrów na wyświe-

tlaczach LCD, znajdują się już wbu-

dowane czujniki drogi. Najczęściej

znajdują się one w skrzyni biegów

lub korzysta się z czujników ABS za-

montowanych na kołach. W Skodzie

Fabii nie ma problemu ze znalezie-

niem tego sygnału, gdyż znajduje się

on na 1 styku kostki ISO do radia,

gdzie służy do zmiany głośności fa-

brycznego radia w zależności od

prędkości jazdy. Tu również będzie

potrzebna jeszcze stała określająca

jaki dystans przejechany odpowiada

wystąpieniu impulsu, ale i ten para-

metr będziemy wyznaczali sami.

Do pomiaru temperatury zewnętrz-

nej jak i wewnętrznej zostały uży-

te termometry DS18B20. Wprawdzie

procesor posiada przetworniki A/C

i można byłoby zastosować czujniki

analogowe, lecz zwiększyłoby to licz-

bę przewodów wychodzących z płyt-

ki, spowodowało ewentualną potrzebę

kalibracji i uniemożliwiłoby zwiększe-

nie w przyszłości ilości czujników. Po

drobnych modyﬁkacjach programu jest

możliwość zastosowania jako czujni-

ka temperatury wewnętrznej czujni-

ka zawartego w strukturze procesora.

Na początku także rozważałem taką

możliwość, jednak po eksperymen-

tach zrezygnowałem z tej opcji, gdyż

działający procesor podgrzewał lekko

czujnik, co dawało przekłamania o je-

den, dwa stopnie. Obawiałem się też

dużej bezwładności zmian temperatu-

ry ze względu na brak swobodnego

przepływu powietrza nad procesorem.

Następna sprawa to dobór ele-

mentów. Muszą one spełniać warun-

ki pracy w rozszerzonym zakresie

temperatur, co najmniej –25...+70 o C.

Komputerek pokładowy do samocho-

du został oparty na procesorze ﬁrmy

Analog Devices – ADuC816. Został

on wybrany z wielu powodów:

– jest to procesor oparty na do-

brze znanym rdzeniu 8051,

Opis działania układu

Schemat układu przedstawiono na

rys. 1 . Napięcie z akumulatora wpro-

wadzono na stabilizator przez diodę

Elektronika Praktyczna 9/2005

Komputer samochodowy

D8 zabezpieczającą przed odwrotnym

podłączeniem napięcia zasilającego.

Przed stabilizatorem znajduje się tak-

że rezystor R8 i kondensator C15,

które tworzą ﬁltr dolnoprzepustowy

wycinający zakłócenia pochodzące od

pracującego silnika i innych urządzeń

w samochodzie. Maksymalny pobór

prądu w czasie pracy nie przekracza

25 mA, co przy wartości R8 100 V

daje maksymalny spadek 2,5 V. Jako

stabilizator został zastosowany układ

LM2931AZ5, w celu minimalizacji

prądu pobieranego z akumulatora. Jest

to scalony stabilizator 5 V, który sam

pobiera tylko około 0,5...1 mA prądu

i minimalny spadek napięcia pomię-

dzy wyjściem i wejściem może wyno-

sić 0,6 V (czyli napięcie w instalacji

samochodu nie może spaść poniżej

5+0,6+2,5+0,7=8,8 V). Można tu za-

stosować popularny stabilizator 78L05,

ale potrzebuje on sam do pracy już

około 4 mA (a procesor w trybie po-

werdown i pozostałe peryferia pobierają

tylko około 1,5 mA) i będzie bardziej

rozładowywał akumulator samochodu.

Trzeba też zmniejszyć R8 do wartości

około 22 V, żeby zapewnić co naj-

mniej 7 V na wejściu stabilizatora.

Do wyjścia stabilizatora 5 V są

dołączone 2 diody krzemowe D9

i D10 oraz jedna dioda Schottky’e-

go D11 dające 3,3 V do zasilania

wyświetlacza. Opornik R26 stanowi

wstępne obciążenie napięcia 3,3 V.

Zasilanie części analogowej w pro-

cesorze ADuC816 jest zrealizowa-

ne przez dławik L1 i R21 (jest to

zalecenie producenta), ale w razie

kłopotów ze zdobyciem elementów

możliwe jest zastosowanie rezystora

1 V zamiast dławika L1. Rozdzie-

lone zostały także masy analogowa

i cyfrowa. Ma to na celu zminima-

lizowanie wpływu zakłóceń części

cyfrowej procesora na część analo-

gową. Dzięki wprowadzeniu rezysto-

ra R18 łatwiejsze było projektowa-

nie ścieżek mas cyfrowej i analogo-

wej ma płytce drukowanej.

Jako układ zerujący zastosowano

DS1819A. Wystawia on sygnał zeru-

jący o poziomie niskim, co jest po-

prawne dla wyświetlacza, natomiast

procesor potrzebuje stanu wysokiego.

Stan ten osiąga się po zanegowaniu

tego sygnału tranzystorem T3.

Ponieważ do komputerka podłą-

czono 2 czujniki temperatury w kon-

ﬁguracji bez osobnego zasilania, do-

datkowo został dołożony tranzystor

„podciągający”, na czas konwersji

temperatury, szynę 1–Wire do +5 V.

W celu zabezpieczenia wejścia 1–Wi-

re procesora została dodana dioda

Zenera 5,6 V. W praktyce okazało

się, że dla dwóch czujników wystar-

cza rezystor o wartości 1 kV podłą-

czony do +5 V. Nie trzeba wtedy

montować elementów R45, T4, R44.

Do sterowania komputerkiem wy-

korzystałem 2 klawisze. Zostały one

umieszczone na płytce drukowanej,

ale ich sygnały zostały również wy-

prowadzone na złącze, żeby możli-

we było zastosowanie zewnętrznych

przycisków. Na zewnątrz sygnały kla-

wiszy zostały wyprowadzone przez

rezystory 10 kV w celu zabezpiecze-

nia wejść procesora przy ewentual-

nym zwarciu ich do +12 V. Działa-

nie przycisków jest następujące:

– krótkie przyciśniecie prawego

przycisku – klawisz „+” ,

– krótkie przyciśniecie lewego

przycisku – klawisz „–„ ,

– długie (ponad 0,3 s) przyciśnię-

cie prawego przycisku – klawisz

zatwierdzenia–wejścia (ENTER) ,

– długie (ponad 0,3 s) przyciśnię-

cie lewego przycisku – klawisz

rezygnacji–wyjścia (ESC) .

Napięcie akumulatora jest mie-

rzone na wejściu „+12 V stałe”.

Poprzez dzielnik R14, R15 napię-

cie to jest wprowadzane na wejście

pierwszego przetwornika procesora.

Ponieważ wejście tego przetworni-

ka jest symetryczne, a my potrze-

bujemy mierzyć napięcie względem

masy, drugie z wejść przetwornika

zostało zwarte do masy.

Sygnał z wtryskiwacza to napię-

cie +12 V gdy wtryskiwacz jest

zamknięty i 0,1 V, gdy wtryskiwacz

jest otwarty. Napięcie to poprzez

dzielnik R1 i R2 zostało wprowa-

dzone na wejście bramki tranzysto-

ra T2. Dodatkowo na bramkę został

podłączony kondensator C1 ﬁltru-

jący zakłócenia oraz dioda Zenera

D1 obcinająca szpilki powstające na

indukcyjności wtryskiwacza. Zanego-

wany sygnał z tranzystora T2 został

dołączony do wejścia P3.2 (wejście

bramkujące licznika T0) oraz wej-

ścia P1.1 (wejście przerwaniowe).

Czasu wtrysku jest mierzony w na-

stępujący sposób: otwarcie wtry-

skiwacza ustawia stan wysoki na

wejściu P3.2, co otwiera możliwość

zliczania impulsów zegara proceso-

ra podzielonych przez 12 w licz-

niku T0. Po zakończeniu wtrysku

i zmianie stanu na wejściu P3.2 na

niski następuje zakończenie zlicza-

nia, ale na wejściu P1.1 występuje

jednocześnie opadające zbocze, któ-

re powoduje wejście w procedurę

przerwania, w którym jest sczytywa-

na wartość zliczona w liczniku T0,

a następnie jest on zerowany celem

przygotowania do następnego po-

miaru. Impulsy przetwornika drogi

przyjmują stany +12 V i 0 V, stąd

też sygnał ten został wprowadzo-

ny przez rezystor R6 ograniczający

prąd bazy na tranzystor T6 i na-

stępnie z kolektora na wejście pro-

cesora P3.2 (wejście INT1). Impul-

sy te występują co ściśle określo-

ny odcinek drogi. Wykorzystano je

w ten sposób, że opadające zbocze

tego sygnału wywołuje przerwanie,

w którym zliczana jest przejechana

droga. Tranzystor T1 jest wzmacnia-

czem sygnału sterującego buzzerem

BUZ1, ponieważ procesor wysta-

wia falę prostokątną o odpowiedniej

częstotliwości, więc zastosowany

buzzer nie powinien mieć wbudo-

wanego generatora. Jeżeli zastosuje-

my samą płytkę piezoceramiczną to

trzeba równolegle do niej zamonto-

wać rezystor 4,7 kV do 10 kV.

Sygnał o włączeniu świateł mija-

nia został wprowadzony przez ﬁltr

dolnoprzepustowy R7 i C4, gdyż

jak się okazało, w Fabii występu-

je tam przebieg o modulacji PWM

o wypełnieniu zależnym od położe-

nia pokrętła jasności podświetlenia

wskaźników. W innych samochodach

sygnał ten można wziąć wprost

z przełącznika świateł mijania i do-

brze byłoby wtedy zamontować re-

zystor R13 o wartości 47 kV w celu

obniżenia prądu diod podłożowych

wyprowadzenia P0.4 procesora

w momencie występowania napięcia

+12 V na styku 5 złącza W1.

Diody podświetlenia są zasila-

ne z napięcia „+12 V po kluczyku”

i włączają się zawsze po podaniu

tego napięcia. Na płytce został do-

dany tranzystor T5 umożliwiający

dowolne sterowanie diodami np.

zmiana jasności modulacją PWM,

włączanie tylko, gdy włączone są

światła mijania, ale nie jest to za-

implementowane w oprogramowaniu.

Nie zauważyłem też takiej potrze-

by w trakcie eksploatacji. Napięcie

„+12 V po kluczyku” zostało tak-

że poprzez dzielnik R3, R9 wpro-

wadzone na wejście P0.3 procesora

w celu poinformowaniu komputerka,

że następuje rozpoczęcie lub zakoń-

czenie jazdy. Styk 6 złącza W1 zo-

stał przez dzielnik R19, R20 wpro-

wadzony na nóżkę 12 procesora

– wejście przetwornika A/C, pierw-

szego lub drugiego w zależności od

ustawienia wewnętrznego multiplek-

Elektronika Praktyczna 9/2005

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: