Прилади для автомобіля зі шкалою світлодіодів
Прилади зі шкалою світлодіодів
Призначення висновків мікросхеми:
1 - земля;
18 - харчування до +18 Вольт;
17 - вхід для вимірюваного напруги;
16 - еталонний нижній рівень вимірюваного напруги;
3 - еталонний верхній рівень;
2 - управлін яскравістю світіння світлодіодів;
4..15 - висновки управління включенням світлодіодами.
Мікросхема ділить різницю напруг між 3й і 16й ногою на 12 діапазонів, і якщо напруга на 17й нозі потрапляє в один з цих діапазонів, то запалюється відповідний світлодіод. Однак, є обмеження: напруги на вимірювальних висновках не можуть бути більше 6 Вольт.
Щоб обмежити вимірюється напруга, зберемо вимірювальну ланцюжок з стабілітрона і двох резисторів. Нехай V - напруга в бортовій мережі. У ланцюжку з стабілітрона VD1 і опорів R1, R2 напруга на стабілітроні буде постійним 9 Вольт (приблизно), а на містку R1, R2 воно дорівнюватиме (V-9). При однакових опорах R1 = R2 напруга на опорі R2 вийде рівним половині (V-9), тобто якщо в мережі напруга V буде змінюватися від 10 до 15 Вольт, то напруга в точці між R1 і R2 буде змінюватися від (10-9) / 2 = 0,5 до (15-9) / 2 = 3 Вольт.
Ланцюжок R3, R4, R5 і стабілітрон VD2 задають еталонні мінімальне і максимальне напруження. Мінімальна нуль, тому що 16 нога на землі. Максимальна встановлюється підлаштування резистором на рівні близько 3 Вольт. При такій настройці виходить можливим вимірювання напруги бортової мережі в діапазоні від 9 до 15 Вольт з кроком 0,5 Вольта на один світлодіод.
Ланцюжок R6, R7 просто задає яскравість світіння діодів. При R6 = 50К яскравість більше, при 100К менше.
Варіанти схем зі шкалою «бігає точка» і «світиться стовп» відрізняються тільки підключенням світлодіодів до мікросхеми. Вимірювальні ланцюга залишаються такими ж.
Налаштування схеми виконується наступним чином. Вольтметр потрібно підключити до еталонного джерела 14,7В, повернути підлаштування резистор так, щоб загорівся стовп з 11 світлодіодів, потім повільно повертати подстроечнік в зворотну сторону до того становища, поки 11й світлодіод згасне і в стовпі залишиться тільки 10 включених світлодіодів.
Мається на увазі, що шкала має масштаб 2 світлодіоди на 1 Вольт, і включення 11го світлодіода відповідає досягненню вимірюваним напругою рівня 14,7В так, як це показано на малюнку нижче.
Над світлодіодами в передній панелі вольтметра зроблена кольорова розмітка діапазонів напруги:
до 11,6В - червоний, заряд АКБ менше 50%;
11,6-12,6В - червоний пунктир, заряд АКБ 50-100%;
12,6В - зелена точка, заряд 100%;
13,7-14,7В - зелений, напруга генератора в нормі;
більше 14,7В - червоний, перезаряд.
Схему спаяв в варіанті "світиться стовп". На малюнку внизу загальний вигляд того, що вийшло. Підсвічування зробив однією безцокольна автомобільної лампочкою на 12В.
Збиралося все приблизно так, як на картинці нижче.
Малюнок плати. Зроблено в дзеркальному відображенні, щоб переводити відбиток на фольгу для травлення. Якщо друкувати з щільністю 300 точок на дюйм, то отримаємо картинку в масштабі 1: 1.
Розміщення деталей. Вид з боку монтажу радіодеталей. Доріжки насправді з іншого боку плати, але тут намальовані видимими, як ніби плата прозора.
Під час роботи приладу на автомобілі виявився недолік.
Через дискретності шкали останній в світиться стовпі світлодіод часто працює в мерехтливому режимі. Не завжди, але часто. По початку мигання відволікає увагу, правда, потім звикаєш, а миготіння сприймається, як спроба приладу зобразити половину ділення дискретної шкали.
Покажчик залишку палива насправді є омметром і вимірює опір датчика-реостата. Якщо підключити змінне соротівленіе до покажчика, то його свідчення повинні відповідати наступним:
0 Ом - стрілка лежить на лівому краю шкали;
15 Ом - стрілка на кордоні червоної і білої зони;
45 Ом - стрілка на лінії 1/2;
90 Ом - стрілка на лінії 1;
при розриві стрілка на правому краю шкали;
З попередньої схеми виходить досить проста схема покажчика рівня палива, тому що як омметра можна використовувати вольтметр, який вимірює напругу на опорі, через яке протікає стабілізований струм.
Стабілізатор 78L03 при такому підключенні працює, як джерело струму 30 мА. Стабілітрон на 3В потрібен для захисту вимірювального входу мікросхеми від перенапруги в разі "обриву" дроти датчика. При КЗ датчика показання повинні бути, як для порожнього бака.
Ланцюжок R3, C3 уповільнює зміна напруги на вимірювальному вході 17 мікросхеми UAA180. Постійна часу ланцюжка близько 2 секунд. Таке уповільнення повинно запобігати скачки в показаннях приладу при коливаннях поплавця датчика разом з рівнем бензину під час руху.
Для настройки приладу замість датчика-реостата потрібно підключити опір 90 Ом і, обертаючи підлаштування резистор, знайти момент включення повного світиться стовпа.
На малюнку нижче передня панель покажчика.
Після установки приладів на автомобіль був помічений такий недолік в роботі покажчика залишку палива.
При повному баку все добре, а, от, коли бак стає порожнім більше, ніж на половину, то під час руху (в поворотах, або при розгоні / гальмуванні) показання можуть змінюватися на 3 поділу (а це четверо шкали!), Наприклад, від 1 до 4 світлодіодів. Очевидно, що це пов'язано з переливанням бензину по горизонтально розташованому баку під дією сил інерції. Як з цим боротися поки не дуже зрозуміло.
У книжках пишуть, що залежність опору справного датчика ТМ-100А (штатний датчик на УЗІ) від температури повинна бути такою:
Залежність зворотна, та ще й не лінійна. Але датчик логометріческого типу. Такий датчик забезпечує зміна струму в обмотці покажчика пропорційно вимірюваній величині. Виходить цікава штука: якщо такий датчик включити послідовно з правильно підібраним додатковим опором (рівним опору обмотки вимірювача), подати на цей ланцюжок стабілізовану напругу, то на цьому додатковому опорі напруга буде пропорційно температурі. Це додатковий опір приблизно дорівнює 150 Ом. Через те, що датчик температури повинен встановлюватися на масу, схема простій не вийшла. Те, що вийшло, представлено на малюнку.
Пояснення для тих, хто захоче розібратися в схемі.
Схема зроблена комір на виворіт. Уявіть годинник, у яких стрілка годинника завжди дивиться вгору, а циферблат обертається під стрілкою. 17я нога, яка повинна бути підключена до вимірюваному напрузі, підключена до стабілізованою 3 вольт. Різниця вимірюваних хв. і макс. напруг між 16й і 3ей ногою теж стабілізована, близько 3-х Вольт, але напруги на 16й і 3й нозі змінюються синхронно, «плавають» навколо напруги на 17й нозі. В цілому схема працює так, що смужка світлодіодів відповідають напрузі на резисторі R3. Містки зі стабілітронами потрібні для підтримки напруги-кордонів вимірюваного діапазону.
Однак, виявилося, що в схемі термометра можна обійтися без стабілізації взагалі. Нижче приведена набагато простіша схема. Вона заснована на тому, що як би не змінювався напруга живлення схеми при постійній температурі, пропорція напружень на входах мікросхеми U16: U17: U3 буде оставаьтся постійною. Абсолютні величини будуть змінюватися, але їх ставлення один до одного немає.
Місток R4-R5-R6 встановлює межі вимірюваного діапазону. Подстроечнік R1 дозволяє зрушувати свідчення в більшу або меншу сторону. Опір R3 необхідно для зниження напруги живлення до рівня, при якому напруга на входах DA1 не перевищуватиме гранично допустимого в 6В.
Таку схему можна використовувати тільки в режимі крапка, що світиться. Справа в тому, що при мінімальній температурі вимірюється в цій схемі напруга максимально. З підвищенням температури напруга зменшується до мінімального. Щоб крапка, що світиться рухалася по шкалі зліва направо зі збільшенням температури, а не навпаки, досить розташувати світлодіоди на індикаторі в зворотному порядку. Але таке можливо тільки для світиться точки. Світиться стовп в зворотному порядку не запалюється.
Щоб "перевернути" напруга щодо середини вимірюваного діапазону можна додати в схему інвертор на операційному підсилювачі.
Номінали опорів, які задають напруги на входах 3 і 16, підібрані таким чином, щоб повна шкала в 12 світлодіодів відповідала діапазону в 80оС.
Схема налаштовується таким чином. Можна опустити датчик температури в киплячу воду, або замість датчика до схеми під'єднати опір 91 Ом і підлаштування резистором знайти момент перемикання світиться стовпа з 10 на 11 світлодіодів, що має відповідати точці кипіння води - 100оС.
Загалом номінали опорів і настройка повинні відповідати ось такий передній панелі термометра.
У термометра виявився такий недолік.
Оскільки шкала була розрахована в масштабі 3 світлодіода на 20оС, то один діод перекриває діапазон приблизно в 7 градусів. Якщо під час їзди на шкалі горить 10 діодів, то температура може бути від 93 до 100оС, а скільки саме, сказати не можна. У той же час на автомобільному термометрі не потрібна розтягнута ліва частина шкали для низьких температур. Тому при повторенні конструкції краще буде зробити термометр з масштабом 5оС на діод, наприклад, від 50 до 110оС так, як на малюнку нижче.