Электронный спидометр/одометр: электроника

Это продолжение статей о спидометре. Перейти к оглавлению.

Индикация

Основным средством индикации является OLED-дисплей типа SSD1306, подключенный через I²C. На нём выводится скорость, пробеги и прочая информация. OLED-дисплей выбран потому, что имеет высокую контрастность - изображение видно как днём, так и ночью без необходимости регулировки яркости, при этом оно имеет красивый современный вид. И безусловно, этот дисплей графический с достаточно хорошим разрешением. Кроме того, дисплей такого типа хорошо ведёт себя при отрицательной температуре, в отличии от ЖКД.

Помимо дисплея, скорость показывается механической стрелкой с приводом от шагового двигателя. Это классическое решение современных приборных панелей всех автомобилей. Модель двигателя некритична, они все почти одинаковые. Существует всего несколько типов, несмотря на то, что встречаются они под разными названиями: Switec, X25, X27, X15, XC5 с дополнительными цифрами.

Двигатель прост в устройстве и представляет собой небольшой пластмассовый цилиндр (иногда корпус другой формы), содержащий в себе крохотный ротор моторчика (около 5 мм в диаметре), который приводит в движение стрелку при помощи набора шестеренок. Ось такого двигателя вращается дискретно, например, на 1 градус приходится 3 шага; на глаз эта дискретность незаметна.

Также имеются 2 светодиода. Один из них предупреждает о превышении заданной скорости, другой - включается, если обнаружена ошибка чтения из памяти при включении.

Управляется устройство одной тактовой кнопкой, шток которой выводится к штатной ручке сброса одометра. Если ранее ручка поворачивалась, то теперь будет нажиматься. С помощью кнопки можно переключать режимы отображения, а также сбрасывать пробеги.

Принципиальная схема

Мозгом системы является микроконтроллер (далее - МК) ATmega328. Он производит расчёт скорости и он же управляет шаговым двигателем. В заводских приборных панелях используются специализированные контроллеры, способные управлять сразу несколькими шаговыми двигателями, но это не наш вариант.
Несмотря на использование IDE Arduino, МК выполнен в стандартной обвязке для ATmega328 без задействования излишней схемотехники Arduino.

Шаговый двигатель потребляет настолько мало энергии, что его можно подключить непосредственно к выводам МК - это очень удобно.

Устройство имеет вход постоянного питания, но при выключенном зажигании питание на него не подаётся. Для возможности сохранения данных о пробегах сразу после выключения зажигания организуется задержка. Для этого анализируется, включено ли зажигание, и имеется ключ на 2 транзисторах с управлением от МК. После выключения зажигания МК выполняет операции по сохранению данных, после чего даёт сигнал на отключение питания. В остальном питание организовано по классической схеме с понижением напряжения через LM7805 и защитой супрессором.

Предусмотрены разъемы программирования и связи с другими МК по UART. Связь с другими МК запланирована на перспективу.

Получение сигнала о скорости

Сигнал с датчика скорости (ДС) это прямоугольные импульсы с амплитудой от нуля до напряжения питания автомобиля, с частотой, зависящей от скорости. При этом на ВАЗ (на других марках бывает по-другому) ЭБУ подтягивает сигнал к напряжению питания, а ДС в процессе работы периодически "зануляет" вход, таким образом и получаются импульсы. Нужно, чтобы МК создаваемого устройства считал количество этих импульсов на одном из своих входов. При этом важно учитывать, что рабочее напряжение МК 5 В, а не автомобильные 12-14 В.

В разных конструкциях авторы используют различные подходы к получению сигнала скорости. Надо отметить, что на практике многие из них работают нестабильно или вносят искажение в с исходный сигнал, мешая работе ЭСУД. Некоторые способы не подходят, т.к. предназначены не для ВАЗ, а для других автомобилей, где штатный съём сигнала отличается.

Мной был выбран вариант с диодом - простой и эффективный. Подтягиваем вход МК к напряжению питания и ставим диод, таким образом ток имеет возможность течь от МК через диод к ДС, но не наоборот. Если на ДС 12 В, то на входе МК будет 5 В; а если ДС замыкает свой вход на "минус", вход также "зануляется" через диод. Дополнительно диод не позволяет напряжению питания 12-14 В попадать на МК. Резистор ограничивает ток через вход МК.

Вариант показал себя отлично. Всё работает без сбоев, только иногда при включении стартера считываются ложные импульсы, но это не страшно.

Далее: программная часть.