Цифровой тахометр на avr микроконтроллере attiny2313. Простой универсальный тахометр на микроконтроллере ATtiny2313. Радиотехника, электроника и схемы своими руками

Этот цифровой тахометр пригоден для подсчета количества оборотов практически любого типа двигателя внутреннего сгорания. Погрешность измерения тахометра составляет всего 50 оборотов/минуту. Для показа результата используется четырехразрядное светодиодное табло.
Для настройки режима работы необходимо использовать кнопку «Select». Первое нажатие выводит на табло текущий режим работы. Режимом работы по умолчанию является третий, когда датчик выдает два импульса за оборот маховика. Соответственно, на табло появится надпись Р-2,0.

Каждое последующее нажатие кнопки переключает режим работы тахометра на следующий. Всего их девять: 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 имп./оборот соответственно, они устанавливают количество импульсов выдаваемых датчиком за один оборот маховика. Чем выше количество импульсов, тем точнее производится измерение.

После выбора режима работы необходимо подождать 5-10 секунд. За это время тахометр произведет запись режима работы в память микроконтроллера и перейдет в рабочий режим. В дальнейшее тахометр будет сразу при подаче питания переходить в рабочий режим. Если возникает необходимость перенастроить тахометр, то надо нажать кнопку «Select» и произвести настройку тахометра еще раз.

Стоит обратить внимание на параметры и устройство входной цепи. Для конкретного типа зажигания возможны некоторые корректировки номиналов, из-за разных устройств зажигания в различных видах авто. Это необходимо, чтобы тахометр хорошо работал с основными гармониками и не реагировал на высшие гармоники. Без такой корректировки точная работа тахометра невозможна.

Обновленная версия прошивки включает в себя функцию проверки индикаторов. Это необходимо для проведения двухсекундного теста выявления неисправности датчиков.

Прикрепленные файлы:

Прошивка –

Простой автоусилитель моноблок на TDA1560Q Автомобильный бездроссельный БП на IRS2153 для ноутбуков и мобильников Внешний USB-разъем в автомагнитоле

Данное устройство предназначено для измерения частоты вращения электродвигателей и главным преимуществом является бесконтактный метод измерения, основанный на стробоскопическом эффекте, где яркие световые импульсы производит светодиод высокой мощности. Для измерения необходимо установить частоту вспышек в соответствии с частотой вращения (при освещении стробоскопом объект кажется неподвижным), используя энкодер. Измерение может быть сделано без остановки вращающегося механизма. Тахометр построен на микроконтроллере ATmega8, а результат измерения отображается на ЖК-дисплее. Кроме того, система также показывает ошибку, которая появляется в результате некоторых временных процессов в программе. Управление осуществляется с помощью поворотного энкодера и небольшой клавиатуры. Все устройство может питаться от батарей, так как из-за импульсного характера генерации потребление энергии является незначительным. Весь прибор успешно уместился в популярном корпусе KM35 , где также есть место для 9В батареи.

Схема устройства

Сердцем прибора и ее наиболее важной частью является микроконтроллер U1 (ATMEGA8-16AU), который работает от кварцевого резонатора частотой 16 МГц (X1). Дополнительные конденсаторы С1(22pF) и С2(22pF) необходимы для правильной работы резонатора. Предусмотрен интерфейсный разъем программирования Prog, который содержит набор контактов для последовательного программирования. Разъем требуется, поскольку микроконтроллер выполнен в SMD корпусе. С5 (100 нФ) фильтры питания микроконтроллера. Конденсаторы С6(100 nF) и С7(100 nF) смягчают крутизну сигнала, генерируемого энкодером, что облегчает его бесперебойную работу в программе. Кнопки S1 - S6 (uSwitch) являются дополнительным клавиатурным блоком. Светодиод мощностью 0,5 W излучает вспышки света, рабочий ток ограничен резистором R4(30R / 2W) и управляется с помощью транзистора Т2(BC337) и резистора R3(330R). Светодиод подключается непосредственно к источнику питания без стабилизатора, чтобы минимизировать воздействие импульсов тока на микроконтроллер и уменьшить нагрузку на стабилизатор U2(78L05). Конденсаторы С3(220uF) и С4(47uf) необходимы для правильной работы стабилизатора. Индикация результатов измерения осуществляется на ЖК-дисплее (W1, 16x2). Контраст устанавливается потенциометром P1(10k), подсветка включается программно с помощью T1(BC556), R1(47R) и R2(3,3k).

Сборка

Прибор может быть успешно построен на основе печатной платы, которая доступна в архиве внизу страницы. Также доступа плата в зеркальном отображении. Плата проста в сборке, но включает в себя компоненты для пайки SMD, которые могут вызвать проблемы для начинающих радиолюбителей. Сборка должна быть начата с пайки двух перемычек. Далее должны быть установлены SMD конденсаторы и резисторы, они используются в популярных корпусах 0805(2x1.2mm). Далее, припаивается на место микроконтроллер U1, обратите внимание на правильность установки ключа. Кнопки должны иметь длину 15 мм и слегка выступать над ЖК дисплеем, это будет важно при установке платы в корпус. Точно так же и в случае с энкодером. Потенциометр Р1 установлен таким образом, чтобы его можно было регулировать через отверстие в боковой стенке корпуса. Плата разработана таким образом, что она легко помещается в популярном корпусе KM35.

Калибровка и измерение

После того как был написан первоначальный вариант кода и произведен расчет таймера делителя, измерения показали отклонение частоты генерируемых вспышек по отношению к теоретическим расчетам. Эта погрешность появляется из-за работы делителя таймера, равного 1, времени, которое необходимо для обслуживания прерывания, а иногда из-за перезагрузки значения таймера в регистрах. В приведенной ниже таблице, включены измерения частот, генерируемых на выходе (F_p) по отношению к частоте, которая должна быть теоретически (f_i) и соответствующие значения оборотов (умножаются на 10, чтобы получить точность установки в 0,1 об/мин).

Данные из таблицы делятся на два диапазона, первый от 60 до 480 об/мин и второй диапазон 480-42000 об/мин. Это разделение результат программы, в которой работают два диапазона измерения. Графики ниже показывают зависимость измеренных и теоретических данных:

В качестве калибровочной кривой была принята квадратичная зависимость:

y = a \cdot x^2 + b \cdot x +c

где у - обороты теоретические, х - измеренные обороты, а, b, c - коэффициенты в результате регрессии. Графики были выполнены в программе Gnuplot, и поправочные коэффициенты постоянные для двух областей работы системы представлены ниже:

Для диапазона 60-480 об/мин: a= 1.88622104239405e-006 b= 0.999905059864626 c= 0.189869882714651 Для диапазона 480-42000 об/мин: a= 2.54573967680295e-007 b= 0.996905226980814 c= 1.00037985789872

После вставки параметров устройство становится измерителем, а не только индикатором оборотов. В таблице ниже приведены результаты измерений частот генерируемых прибором в зависимости от набора на дисплее. Частота генерируется с ошибкой, равной доли процента от желаемого:

Печатные платы и внешний вид прибора

Программирование fuse-битов микроконтроллера

Основная задача тахометра в автомобиле – это помощь выбора правильной передачи, что положительно влияет на срок работы двигателя. В большинстве автомобилей уже имеется аналоговый тахометр и когда его стрелка приближается к красной отметке, необходимо переключиться на повышенную передачу.

Кроме того автовладельцы применяют для регулировочных работ, как на холостом ходу, так и для контроля частоты вращения вала двигателя во время движения.

Физический принцип работы тахометра заложен в подсчете числа импульсов, которые регистрируются датчиками, порядка их поступления, а также пауз между этими импульсами.

При этом подсчет количества импульсов можно выполнить различными методами: в прямом, в обратном и в обоих направлениях. Полученные результаты, обычно, трансформируются в нужные нам величины. Такой величиной можно считать часы, минуты, секунды, метры и тому подобное.

Конструкция всех тахометров позволяет обнулять полученные значения. Точность данных результатов измерений достаточно условна, около 500 об/мин, самые точные электронные тахометры измеряют с погрешностью до 100 об/мин.

Автомобильные тахометры бывают двух видов цифровые и аналоговые. Цифровой автомобильный тахометр состоит из следующих блоков:

Центральный процессор
АЦП 8 разрядов или более
Датчик температуры жидкости;
Электронный дисплей
Оптрон для диагностики клапана холостого хода
Блок сброса процессора.

На дисплей цифрового автомобильного тахометра, выводятся результаты измерений оборотов вала и двигателя. Цифровой тахометр очень полезен при регулировочных операциях с электронными блоками зажигания двигателя автомобиля, при точной установке порогов экономайзера и др.

Аналоговые автомобильные тахометры более распространены и понятны большему числу автолюбителей. Он показывает результаты измерений с помощью перемещающейся стрелки.

Обычно аналоговый тахометр состоит из :

микросхема
магнитная катушка
провода считывания информации с коленчатого вала
градуированная шкала
стрелка

Работает такой тахометр следующим образом. Сигнал от коленчатого вала поступает по проводам на микросхему, которая определяет положение стрелки по градуированному циферблату.

В автомобиле лучше всего иметь и тот и другой вид тахометра. Так цифровой отлично справляется с регулировкой холостого хода, проверки работы блока управления ЭПХХ (экономайзер принудительного холостого хода) и проверки штатного тахометра (т.к цифровой тахометр обладает гораздо более высокой точностью). Во время управления автомобилем гораздо удобнее использовать штатный аналоговый тахометром, т.к глаз и мозг человека лучше и быстрее анализирует аналоговую информацию, чем ее цифровое значение, а лучшая точность во время управления транспортным средством совсем не требуется.

Кроме того тахометры классифицируются также по способу установки. Существуют штатный и выносной автомобильный тахометр. Первый монтируется непосредственно в приборную панель автомобиля. «Он» более прост и используется в большинстве автомобилей. Выносной тахометр предназначен для установки его на торпедной панели. Они используются для придания автомобилю более тюнингового внешнего вида. В конструкция выносного тахометра имеется ножка для закрепления его на торпедной панели.

Ниже представлена схема квазианалогового электронного тахометра. Принцип ее работы следующий. Частота вращения коленвала двигателя отображается на упрощенной линейной шкале из светодиодов. Шкала цифрового тахометра состоит из девяти светодиодов. Каждый из них примерно соответствует 600 оборотам в минуту двигателя. На холостом ходу светится только первый светодиод. Регулировка тахометра осуществляется путем подбора сопротивления R6. В зависимости от него, можно настроить индикаторы на требуемое количество цилиндров. Можно поменять и цену деления.

В качестве источника импульсов для правильной работы цифрового тахометра может быть датчик Холла, который присутствует в электронной системе зажигания, датчик положения вала и другие. Главное чтоб датчик посылал на нашу схему импульсы, которые меняют сопротивление резистора R1.

Данная схема работает как простой частотомер. Импульсы, которые постоянно идут от датчика двигателя, поступают на счетный вход десятичного счетчика К561ИЕ8, и далее на светодиоды. Запитать схему можно от прикуривателя или .

Диод VD1 КД522 защищает схему от неправильного подключения полярности питания. Датчик оборотов коленчатого вала шлет импульсы на базу транзистора VT1. Сопротивление R1 выбираем в зависимости от датчика (на схеме сопротивление подобрано для датчика Холла в бесконтактной системе зажигания карбюраторного двигателя). С выхода VT1 импульсы попадают на триггер Шмитта, выполненный на элементах D1.1-D1.2. Он преобразует импульсы в требуемую прямоугольную форму. Конденсатор С2 фильтрует помехи, в паре с резистором R4 он составляет фильтр, срезающий импульсы высокой частоты. С Выхода D1.2 импульсы поступают на счетчик.

Мультивибратор собранный на элементах микросхемы D1.3 и D1.4 генерирует тактовые импульсы частотой зависящей от R6. Эти импульсы идут на цепочку C3-R7, что формирует импульс для обнуления счетчика D2. Сверхяркие светодиоды HL1-HL9 подключены непосредственно к выходам счетчика К561ИЕ8. С помощью R9 можно регулировать яркость индикации.

Светодиоды 1-4 на печатной плате подключаются монтажным проводом.

Наладку конструкции начинается с расчета значения резистора R1 в соответствии от размаха входящих импульсов. Затем заменяем R6 последовательно включенными переменными резисторами на 1 Ом и постоянным на 10 кОм. Далее подкручиваем переменный резистор на максимальное сопротивление. Затем крутим его так, чтобы на холостом ходу двигателя загорелись только два светодиода. Отмечаем это положение подстроечного резистора. Затем уменьшаем сопротивление, чтобы горел только один светодиод. Затем регулируем резистор в среднем положение. Далее измеряем мультиметром полученное сопротивление R8.

Предлагаю вариант тахометра на AVR микроконтроллере с большими цифрами на символьном дисплее. Цифры выстраиваются из отдельных сегментов на всю высоту дисплея, что делает показания прибора более читабельными. Рассчитывался на диапазон измерения от 300 до 9999 оборотов в минуту. Но получилось так, что при более высоких (от 10000) об/мин, младший разряд сдвигается за пределы экрана и прибор показывает количество оборотов в минуту, делённое на 10, что тоже неплохо.

Схема построена на микроконтроллере ATmega8. Для вывода показаний тахометра используется распространённый дисплей WH1602 на базе контроллера HD44780 (KS0066).

Для более точного подсчета частоты вращения коленчатого вала, микроконтроллер тактируется от внешнего кварцевого резонатора на 8 MHz. Фьюзы выставляются соответствующие:

Если высокая точность измерения не сильно важна, то можно обойтись без внешнего кварца, при этом фьюзы нужно будет выставить на тактирование от внутреннего RC генератора на 8 МГц. Так как печатная плата разведена для МК в корпусе TQFP-32, на ней, для удобства, предусмотрен ISP разъём для внутрисхемного программирования. В прикрепленном архиве находятся несколько прошивок с различными временными интервалами обновления показаний тахометра на дисплее: 50, 100, 150, 200, 250, 333 и 500 мс (период указан в имени файла прошивки), а также для сигналов входа 1 импульс на оборот и 2 импульса на оборот. Также в архиве находятся файл печатной платы и проект Proteus. После сборки схемы и прошивки микроконтроллера получается такое вот устройство:

На видео показана работа тахометра с прошивкой 1 импульс на оборот и периодом обновления показаний дисплея 50 мс

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
U1	МК AVR 8-бит	ATmega8A-AU	1		В блокнот
U2	Линейный регулятор	L7805AB	1	L7805AB2T	В блокнот
D1	Стабилитрон	BZV55C4V7	1	BZV55C5V1	В блокнот
D2	Выпрямительный диод	1N4001	1		В блокнот
LCD1	LCD-дисплей	WH1602	1	С подсветкой	В блокнот
X1	Кварцевый резонатор	8МГц	1		В блокнот
RV1	Подстроечный резистор	10 кОм	1		В блокнот
R1	Резистор	20 кОм	1	SMD 1206	В блокнот
R2	Резистор	100 кОм	1	SMD 1206	В блокнот
R3	Резистор	10 кОм	1	SMD 1206	В блокнот
R4	Резистор	47 Ом	1	SMD 1206 (47-100 Ом)	В блокнот
C1-C2	Конденсатор	22 пФ	2	SMD 0805	В блокнот
C3-C5	Конденсатор	0.1 мкФ	3	SMD 0805	В блокнот
C6		470мкФ x 16В	1		В блокнот
C7	Электролитический конденсатор	100мкФ x 10B	1

Данное устройство представляет из себя неплохой тахометр. Предел измерений 100 — 9990 об/мин. Точность измерения — ± 3 об/мин. Но для лучшего восприятия данные округляются. Данный прибор стоит у меня на авто — Таврия. Также устанавливалась на Chevrolet Cavalier, ВАЗ-2109, мотоцикл ЯВА-350 12-ти вольтовый, скутер Honda Lead 90.

Присутствуют две входных цепи:

вывод 6 (PD2) — вход прерывания INT0. Этот вход используется для измерения количества оборотов двигателя.
вывод 11 (PD6). Этот вход используется для уменьшения яркости индикаторов при включении габаритов на авто.

В схеме применён кварцевый резонатор на частоту 8MHz для большей точности и стабильности измерений.

Входной фильтр, использующийся для подключения к выводу катушки зажигания построен экспериментальным путём и на основании опыта и схемотехники аналогичных узлов. Показал себя отлично и в случае с контактным зажиганием, и в случае с электронным зажиганием.

Уменьшение яркости индикатора при включении габаритов необходимо для того, чтобы довольно яркий свет от индикатора не отвлекал водителя в тёмное время суток.

Печатная плата:

В собранном виде это выглядит вот так:

Рекомендую применять красный индикатор, т.к. его значительно лучше видно на солнце. Показания стают нечитаемыми только при прямом попадании яркого солнца. Этот эффект можно уменьшить или даже совсем от него избавиться если поставить индикатор за красный светофильтр, но у меня такого к сожалению не нашлось…

FUSES выставлены в проекте, но если кто-то шьёт не из CodeVisionAVR, то повторю их тут:

В проекте в 17-й строке есть следующее определение:

#define byBladeCnt 2 //1- две катушки, 2 — одна катушка, 4 — мотоцикл…

Для советских автомобилей и авто с распределительной системой зажигания этот параметр будет 2. Для систем зажигания с двумя катушками (как в ВАЗ-2110) — 1. На мотоцикле и мопеде (2-х тактная система зажигания) этот параметр равен 4.