Автомобильный тахометр на микроконтроллере

 

					КП - УлГТУ - 20010365 - 09/640 - 12
Изм.	Лист	№  докум.	Подп.	Дата
Разраб.		Рожков			Автомобильный тахометр	Лит			Лист	Листов
Пров.		Грачева
						УлГТУ Пд-41
Н. контр.
Утв.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

					КП-УлГТУ-20010365-09/640-12	Лист
Изм.	Лист	№  докум.	Подп.	Дата

 

Министерство образования  и науки Российской Федерации

федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«УЛЬЯНОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра "Измерительно-вычислительные комплексы"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

по дисциплине

«Цифровые вычислительные устройства

и микропроцессоры приборных  комплексов»

на тему

«Автомобильный тахометр»

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. Пд-41

Рожков А.Ю.

Проверил: ст. преподаватель  каф. ИВК

Грачева Н.О.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ульяновск 2013

 

Министерство образования  и науки Российской Федерации

федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«УЛЬЯНОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра "Измерительно-вычислительные комплексы"

 

Задание на курсовой проект

 

по дисциплине "Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры  приборных комплексов"

студенту группы Пд-41  Рожкову Артёму Юрьевичу  

 

 

Тема: Автомобильный тахометр

 

Технические условия:

Автомобильный тахометр должен представлять собой функционально  законченный блок, который устанавливается  в салоне автомобиля.

Необходимо при разработке ориентироваться на  автомобили с карбюраторным двигателем ВАЗ-2101-09. Автомобильный тахометр должен  обеспечивать:

• Измерение и индикацию напряжения бортсети автомобиля.
• Измерение и индикацию оборотов двигателя.
• Измерение и индикацию температуры охлаждающей жидкости (можно двигателя).

 

 

Объем работы:

1. Введение.
2. Анализ возможных вариантов реализации устройства и выбор наиболее подходящего варианта.
3. Разработка алгоритма функционирования устройства.
4. Выбор элементов устройства, их технические характеристики.
5. Разработка принципиальной схемы устройства.
6. Разработка программы.
7. Заключение.

 

Дата выдачи задания «01» октября 2012 г.

Срок выполнения «24» декабря 2012 г.

 

 

Руководитель:

ст. преподаватель каф  ИВК     Н.О. Грачева

 

Работу принял к исполнению:

студент гр. Пд-41                         А.Ю. Рожков

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Автомобильный тахометр : Курсовой проект / Сост. А.Ю.Рожков – Ульяновск: УлГТУ, 2012. – с. 26, рис. 14, табл. 1, чертежей 2.

 

Ключевые слова: микроконтроллер, тахометр, автомобильный тахометр, цифровой тахометр, цифровой термометр, автомобильный вольтметр.

Цель работы: разработка многофункционального устройства на базе микроконтроллера. Данное устройство включает в себя тахометр для измерения оборотов двигателя, термометр для измерения температуры двигателя и вольтметр для измерения напряжения борт сети автомобиля. Вывод информации осуществляется на три LСD-дисплея.

Содержание работы: в работе выполнено построение структурной  схемы, построение функциональной схемы, сформирован алгоритм работы системы, выбор элементной базы, оптимальной  для реализации поставленных задач  по диапазону характеристик, разработана  программа, разработана принципиальная схема устройства.

 

 

 

 

Основные сокращения

АЦП – аналогово-цифровой преобразователь

МК – микроконтроллер

LCD – liquid crystal display (жидкокристаллический дисплей)

ЦВУ и МП – цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры 
 

Содержание

 

 

Задание на курсовой проект                                                                              2

Реферат                                                                                                                4

Основные сокращения                                                                                       5

Содержание                                                                                                         6

Введение                                                                                                              7

Аналитический обзор                                                                                         8

Разработка структурной  схемы и алгоритма функционирования                12

Выбор элементов устройства, их технические характеристики                   14

Разработка принципиальной схемы устройства                                             16

Разработка программного обеспечения                                                           21

Заключение                                                                                                         25

Список используемой литературы                                                                   26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

        В  настоящее время в автомобилестроении происходит отход от традиционных стрелочных измерительных приборов в пользу цифровых. Преимущества их очевидны: они более компактны, более точны, удобны в использовании и позволяют объединить все измерительные устройства в измерительную систему с дальнейшим подключением к бортовому компьютеру. Задачей данной курсовой работы является проектирование мини-системы, позволяющей измерить количество оборотов двигателя автомобиля, температуру двигателя  и напряжение бортсети и вывести эту информацию на экран. При проектировании я ориентировался на автомобили ВАЗ 2101-09, однако при незначительном модифицировании данную систему можно применять и на автомобилях других марок.

       Главными задачами проектирования являются: обеспечение дешевизны устройства, простоты конструкции (один микроконтроллер на три датчика), лёгкость в настройке и эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Аналитический обзор

 

1. Выбор микроконтроллера

 

При разработке данной курсовой работы первым вопросом, который необходимо было решить, стал выбор микроконтроллера – «сердца» проектируемого устройства. Так как задачей проекта является разработка наиболее простого и дешёвого устройства, то сразу были отброшены  дорогие и ресурсоёмкие решения, обладающие чрезмерным функционалом (такие как Arduino). Дальнейший выбор был сделан в пользу микроконтроллеров семейства Atmel, так как в ходе изучения дисциплины ЦВУ и МП были приобретены ценные навыки практической работы с микроконтроллерами именно этой серии. Далее встала задача выбрать конкретный микроконтроллер. От МК ATtiny и ATmega решено было отказаться, так как их функционал оказался излишним для поставленной задачи, что негативно сказывалось на стоимости решения. Так, итоговым выбором стал микроконтроллер AT89S52, стоимость которого составляла порядка 3-4$, тогда как цена, например, популярных ATmega128 – более 10$. При выборе AT89S52 не было жёстких требований по частоте, так как не требовалось обеспечить быстрое обновление данных на устройствах вывода (достаточно было обновлять дисплей с частотой не более 50-60 Гц), а алгоритм обработки сигналов, поступающих на вход АЦП представлялся несложным и тривиальным. Ключевым требованием к микроконтроллеру было наличие встроенного АЦП, чтобы не усложнять чрезмерно схему, а также наличие 32 портов ввода-вывода, ведь из них 24 уходило на передачу данных трём LCD-дисплеям. Микроконтроллер AT89S52 отвечал всем поставленным требованиям, а также обладал значительной дешевизной по сравнению с аналогами.  

 

 

 

2. Выбор датчика для регистрации числа оборотов двигателя

 

При выборе датчика для измерения числа оборотов двигателя были рассмотрены следующие варианты: механический, магнитный и электрический. Механический – наиболее «древний» вариант – был отброшен сразу же. Его принцип действия заключался в том, что на валу устанавливалась скользящая муфта с шарнирными рычагами, несущими на себе расходящиеся при вращении вала грузы, которые перемещают муфту по валу, преодолевая действие уравновешивающей пружины. Положение муфты на валу Т. соответствует частоте вращения вала и передаётся рычажной системой на стрелку указателя — отсчетного устройства, шкала которого отградуирована в об/мин. Этот вариант не подошёл ввиду чрезвычайной громоздкости и трудности преобразования механического перемещения в электрический сигнал.

Второй вариант  был более простым – вращающийся  вал (ротор) помещался в магнитное  поле постоянного магнита. Возникающие  при вращении вихревые токи были пропорциональны  частоте вращения. Здесь задача преобразования сигнала не стояла, однако данный вариант  также был отброшен – для его  реализации на практике потребовалась  бы довольно серьёзная переделка  трансмиссии.

Третий вариант  – электрический – был в  результате принят. Суть его в следующем. На вращающийся вал устанавливался диск с отражателем света, а напротив отражателя располагался инфракрасный передатчик и приёмник. Очевидно, что  чем выше была частота вращения, тем больше импульсов датчик посылал  бы на микроконтроллер. Главными преимуществами этого метода измерения были бесконтактность  и лёгкость обработки электрического сигнала.

Рисунок 1. Принцип  работы инфракрасного датчик.

Как видно из принципиальной схемы, инфракрасный датчик имеет два  входа (земля и питание +5V) и выход на микроконтроллер. Под действием протекающего тока светодиод LED1 испускает свет в инфракрасном диапазоне, который через отражатель, установленный на диске, улавливается фототранзистором Q1. Чем выше частота вращения, тем больше света поступает на фототранзистор и тем выше выходной сигнал.

Рисунок 2. Принципиальная схема инфракрасного датчика.       

 

 

  

1.3. Решение задачи  измерения напряжения бортсети  автомобиля

 

Поскольку значение напряжение бортсети само по себе является электрическим сигналом, то отдельного датчика для его измерения не требуется – его можно непосредственно подать на вход микроконтроллера. Правда, следует учитывать, что стандартные значения напряжения бортсети составляют порядка 9-14 V, тогда как микроконтроллер работает с напряжениями, не превышающими 5,5 V. Поэтому напряжение бортсети автомобиля перед подачей на вход микроконтроллера необходимо поделить на делителе, состоящем из двух резисторов, а вход МК защитить стабилитроном на случай возможных скачков:

Рис.3. Принципиальная схема  снятия напряжения бортсети.

А искомое напряжение бортсети будет определяться по формуле:

V_Battery = V_{ADC, IN} × (R1 + R2/R2) = 4.13×V_{ADC, IN}

        где R1, R2 – номиналы резисторов делителя.

 

                     1.4. Выбор датчика температуры двигателя

             

          В качестве датчика температуры  было решено не разрабатывать  свою схему,  построенную, например, на терморезисторах. Вместо этого  решено было взять готовую  микросхему LM-35, поскольку она недорога и проста в подключении. Она имеет всего два входа, подключаемых на плюс питания и землю, соответственно, а также один выход, сигнал на котором варьируется в зависимости от температуры. Эта микросхема позволяет работать в широком диапазоне температур от нуля до 150 градусов Цельсия, а выходной сигнал меняется от нуля mV с приростом 10 mV на градус Цельсия.