Izdelava merilnega LCD instrumenta (U+I+T)

Posted on Posted in Predelava e-Punto

Za svoj avto sem najprej planiral montažo klasičnega LCD prikazovalnika brez galvanske ločitve. Zato sem si na Ebay kupil en volt meter DC 200V in en amper meter DC 300A z uporovno meritvijo toka. Ko sem zadevo priključil v avto sem naredil grozno napako, ker sem oba instrumenta priključil na isti galvansko ločen napajalnik. Praviloma, bi moral priključiti vsakega na svoj napajalnik in bi stvar delovala. Seveda sem s tem povzročil uničenje obeh instrumentov. Tako sem na Ebay naročil nov instrument v katerem sta bila vgrajena volt meter in amper meter. Oba v enem in z že tovarniško galvansko ločitvijo napajanja instrumenta. Seveda sem zopet čakal en mesec in pol, da sem prejel pošiljko in ko sem instrument priključil je zadeva delovala približno 20 sekund, dokler se iz instrumenta ni prikazal beli dim.

Ameter_Vmeter

 

 

 

 

 

 

Po obdukciji instrumenta sem ugotovil, da je bila galvanska ločitev slabe kvalitete in se je posledično uničila, poleg tega pa se je uničil tudi instrument. V tej točki sem imel kitajskih instrumentov, po domače povedano, vrh glave. Za to sem se odločil da sam izdelam instrument v domači delavnici.

V predalu sem imel nekaj kosov procesorjev Atmel ATmega8 in 2x16znakov LCD prikazovalnik, kar je bilo kot idealno za tak instrument. Ker sam nimam pojma o programiranju, sem za izdelavo programa prosil prijatelja, kateremu se iz srca zahvaljujem za izdelavo. In tako je nastal prototip instrumenta:

 

ecar-mon_01_prototip ecar-mon_02_prototip ecar-mon_03_prototip

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Končno izdelavo, sem izvedel v dveh delih. Prva je kontrolna plošča z LCD prikazovalnikom, katera je montirana v kabini vozila. Druga pa je merilna plošča, katera je montirana v motornem delu avta. Za takšno izdelavo sem se odločil iz dveh razlogov. Prvi razlog je, da v kabini po navadi ni veliko prostora za montažo velikih komponent, drugi razlog pa je ta, da v tem primeru ne peljem v kabino visoke napetost, saj je le ta že zmanjšana na maksimalno 5v v merilni plošči.

KONTROLNA PLOŠČA:

Na spodnji sliki si lahko ogledate shemo in PCB za kontrolno ploščo.

kontrolna_plosca_shematic

kontrolna_plosca_PCB

 

 

 

 

 

 

 

Seznam materiala za kontrolno ploščo:
C1 + C2= 100nF
IC1= MEGA8-16PU
J1 + J2 + J3= Žična prevez 7mm
R1 + R6= 10k
R2= 330E
R3 + R4= 4k7
R5= 120E
SL1= LCD 2×16 znakov
X1= Molex 2 pin konektor
X2= Molex 4 pin konektor
X3= Molex 4 pin konektor
X4= 6 pin letvica
2kos DS1820 temperaturna senzorja priključena na X2

Na konektor X1 priključimo rdečo LED diodo (X1-1 -LED, X1-2 +LED), katera nam bo utripala v dveh režimih. Ko pade napetost pod 135V se LED prižge in na LCD se nam na sredini pojavita dve črki »R« (Rezerva). To pomeni, da imamo baterije skoraj izpraznjene in moramo planirati polnjenje pogonskih baterij. Drugi režim pa je utripanje rdeče LED in na LCD se pojavita dve črke »E« (Empty – izpraznjeno), kateri prav tako utripata. Ta režim se zažene, ko baterijska napetost pade pod 130V. To pomeni popolno izpraznjenost baterijskega seta in potreben je izklop vozila. Seveda je napetostne meje za LED možno spremeniti. To se izvede v programu, predno se programira procesor.

Na konektor X2 priključimo dva senzorja DS18B20, ki nam služita za odčitavanje temperature na pogonskem motorju in regulatorju motorja. Priključka GND in +5V sta skupna za oba senzorja, priključek X2-1 služi za podatkovno linijo (D) na senzorju motorja, X2-2 pa služi za podatkovno linijo (D) senzorja na krmilniku. Za povezavo senzorjev je potrebno uporabiti kable z opletom in le tega priključiti na GND od instrumenta, lahko kar na pin X2-3. Jaz sem prvič oplet priključil na maso avtomobila, pa sem ob zagonu regulatorja na obeh temperaturah dobil odčitek 127˙C. Z prestavitvijo opleta na GND instrumenta pa zadeva deluje odlično.

DS18B20-pinout

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Temperaturne senzorje pa je potrebno še montirati na merjene elemente. Na motor sem montiral senzor na mesto kjer je bila privita kljuka za dvigovanje motorja. Za montažo pa sem si izdelal vijak z luknjo, kjer sem peljal vodnike za senzor. Tu moramo biti previdni, da se katera od priključkov senzorja ne dotika motorja oziroma mase vozila.

ecar-mon_12_temperaturni_senzor

ecar-mon_13_temperaturni_senzorecar-mon_14_temperaturni_senzor

 

 

 

 

 

 

ecar-mon_15_temperaturni_senzor

ecar-mon_16_temperaturni_senzor

ecar-mon_17_temperaturni_senzor

 

 

 

 

 

 

ecar-mon_18_temperaturni_senzor

 

 

 

 

 

 

Senzor za nadzor temperature na krmilniku pa sem montiral na zgornji strani le tega, z kovinskim pritrdilom.

ecar-mon_19_temperaturni_senzor

ecar-mon_20_temperaturni_senzor

 

 

 

 

 

Na konektor X3 povežemo merilno ploščo. Priključitev si lahko ogledate v spodnji tabeli:
X3-1 = X7-1 Napajanje +5V
X3-2 = X7-2 Napajanje GND (Ne priključujte te GND z maso avtomobila, ker je galvansko ločena)
X3-3 = X7-3 Meritev napetosti 200V
X3-4 = X7-4 Meritev toka 400A

V vezju imamo tudi trimer potenciometer, ki služi za nastavitev kontrasta LCD. Tako lahko ob vgradnji instrumenta v vozilo, nastavimo optimalno vidljivost LCD prikazovalnika.

Za programiranje instrumenta, uporabimo konektor X4. Programiranje je možno po ISP protokolu, vendar je zaradi prostora na tiskanem vezju spremenjen vrstni red konektorja. Za programiranje je potrebno izdelati adapter.
X4-1 = Reset
X4-2 = GND
X4-3 = +5V
X4-4 = SCK
X4-5 = MISO
X4-6 = MOSI

Izdelano zadevo si lahko ogledate na spodnjih slikah:

ecar-mon_05_kontrolna_plosca ecar-mon_06_kontrolna_plosca ecar-mon_07_kontrolna_plosca

 

 

 

 

 

 

 

 

ecar-mon_08_kontrolna_plosca ecar-mon_09_kontrolna_plosca

 

 

 

 

 

 

MERILNA PLOŠČA:

Na spodnji sliki si lahko ogledate shemo in PCB ploščo.

merilna_plosca_shematicMerilna_plosca_PCB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Seznam materiala za merilno ploščo:
C1 + C2 + C3 + C4 + C9= 100n
C5= 47u
C6 + C7 + C8= 22u
C7 + C8= 22u
C10 + C11= 10u
C12= 4,7u
DC1= ITW1215S DC/DC
DC2= NCS1S1205SC DC/DC
L1= T0944R Toroid tuljava 2x 4,4mH
R1= 820k 1%
R2= 20k 1%
X5= Molex 2 pin konektor
X6= Molex 4 pin konektor
X7= Molex 4 pin konektor
X8= Molex 2 pin konektor
1kos LEM HAL400-S tokovni senzor priključen na X6

Na merilni plošči imamo montirano galvansko ločitev napajanja vezja in tokovnega merilnika, ter uporovni delilnik za merjenje napetosti. Za galvansko ločitev je uporabljen DC/DC pretvornik DC2, ki ima vhodno napetost 4,5V-18V izhodno napetost pa ima stabilizirano na 5V. Drugi DC/DC pretvornik z oznako DC1 služi za napajanje tokovnega merilnika HAL 400-s in ima vhodno napetost deklarirano na 9-18V in izhodno napetost -/+15V. Upora R1 in R2 sta namenjena za uporovni delilnik, kateri poskrbi znižanje merilne napetosti iz 200V na maksimalno 5V. Ta dva upora morata biti z nizko temperaturno toleranco, da nam v vseh letnih časih instrument kaže pravilno napetost. V vezju najdemo tudi dvojno toroidno tuljavo (4,4mH), katera služi za odpravljanje motenj na merilni liniji. Ta tuljava bi verjetno lahko bila tudi manjša, vendar sem takšno imel doma na zalogi in kot kaže z njo vezje deluje več kot odlično.

Tudi na tem vezju imamo nekaj konektorjev, katere moramo pravilno povezati.
Na konektor X5 priključimo napajalno napetost 12V iz našega akumulatorja. Jaz sem priključil na dodatno varovalko F6. X5-1 je priključen na +12V, X5-2 pa na GND (masa avtomobila).

Na konektor X6 priključimo tokovni senzor LEM HAL400-S v naslednjem vrstnem redu.
X6-1 = GND instrumenta
X6-2 = OUT (Izhodni signal senzorja)
X6-3 = -15V
X6-4 = +15V

LEM_HAL400S

 

 

 

 

 

 

Na konektor X7 priključimo kontrolno ploščo, kot je prikazano zgoraj, pod rubriko kontrolna plošča.

Na konektor X8 pa priključimo napetost pogonskih baterij. X8-1 je priključen na +200V, X8-2 pa je priključen na -200V. Jaz sem te sponke priključil na krmilnik pogonskega motorja, saj tako že pred zagonom lahko preverim, če so kondenzatorji v krmilniku napolnjeni in je start vozila popolnoma varen.
Končni izdelek merilne plošče pa si lahko ogledate na spodnjih slikah:

ecar-mon_10_merilna_ploscaecar-mon_11_merilna_plosca

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MONTAŽA V AVTO

Za montažo sem se odločil, da zadevo začasno montiram namesto avto radia. Kasneje bom vse skupaj montiral na mesto, kjer je sedaj ne uporabljen števec obratov motorja.

ecar-mon_21_montaza_v_ohisje ecar-mon_22_montaza_v_ohisjeecar-mon_23_montaza_v_ohisje

 

 

 

 

 

 

ecar-mon_24_montaza_v_ohisje ecar-mon_25_montaza_v_ohisje ecar-mon_26_priklop

 

 

 

 

 

 

ecar-mon_27_priklop ecar-mon_28_priklop

 

 

 

 

 

 

Poleg instrumenta sem v ohišje avto radia montiral še modro LED, katera ponazarja delovanje električnega avta. Vezana je vzporedno z glavnim odklopnikom, saj tako dobim pravo informacijo kdaj je odklopnik vključen. Za pravilno delovanje LED diode, je potreben predupor 1,2k ohm.

Merilno ploščo pa sem montiral v omarico v motornem delu.

ecar-mon_29_priklop

ecar-mon_30_priklop ecar-mon_31_priklop

 

 

 

 

 

 

PROGRAMIRANJE INSTRUMENTA

Ko imamo izdelan in popolnoma povezan instrument se lotimo vpisovanja programa v naš procesor. Za to potrebujemo program Bascom-AVR in programator za Atmel procesorje. Tak programator si lahko izdelate sami, po postopku, ki sem ga opisal v članku »Programator za procesorje«, vendar je v vozilu oteženo programiranje z stacionarnim računalnikom, zato sem si jaz kupil USB programator z imenom »USBasp«, kateri stane nekaj evrov. Z njim pa je delo enostavnejše.

Programator_USBasp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tako bom opisal programiranje z tem programatorjem, če pa bi kdo želel programirati z starejšo verzijo, pa naj se oglasi na naš forum in bom z veseljem pomagal.

Bascom-AVR program si lahko prenesemo iz interneta brezplačno Demo verzijo, saj je program manjši od 4kb. Po instalaciji z programom odpremo našo datoteko ecarmon.bas in prikaže se nam koda programa. Nato najprej izberemo tip programatorja, kot je prikazano na spodnjih slikah.

ecarmon_programiranje_01 ecarmon_programiranje_02

 

 

 

 

 

 

 

 

Na spodnjih slikah je označeno, kaj je potrebno spreminjati za umerjanje toka in napetosti, ter kje se spreminjano napetostni nivoji za rdečo LED.

ecarmon_programiranje_03ecarmon_programiranje_04

 

 

 

 

 

 

 

 

Za kalibracijo bo verjetno potrebno večkratno programiranje, da bodo izmerjene vrednosti pravilne. Ko pa imamo program nastavljen, ga moramo spremeniti v procesorju razumljiv jezik. Kako se to stori vidimo na spodnji sliki.

ecarmon_programiranje_05

 

 

 

 

 

 

Sedaj pa je potrebno program še vpisati v procesor.

 

ecarmon_programiranje_06 ecarmon_programiranje_07

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Na spodnji povezavi pa si lahko prenesete shematic in PCB izdelani v Eagle v5.10, ter program za procesor.
Prenos: SHEMATIC,PCB, PROGRAM

 

Za konec pa še dva posnetka delovanja instrumenta.

Zagon avta in merjenje napetosti in toka:

Direktna povezava do posnetka

 

Simulacija LED diode:

Direktna povezava do posnetka