Розробка цифрового вимірювача залишку палива

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВСТУП

Характерною тенденцією розвитку радіоелектронної апаратури є мікромініатюризація і використання друкованого монтажу для електричного з'єднання її елементної бази. Використання друкованого монтажу відкриває широкі можливості заміни значної частини ручних робіт на операціях виготовлення і монтажу вузлів апаратури машинними операціями з використанням напівавтоматичних і автоматичних установок, програмно керованих автоматичних ліній і автоматизованих засобів контролю.

Освоєні і продовжують освоюватися нові технологічні методи, що значно підвищують швидкодію мікросхем і знижують рівень їх енергоспоживання. Велике застосування знаходять технології програмованих структур базових матричних кристалів які дозволяють упроваджувати в практику систему замовлень мікросхем необхідного функціонального призначення при прийнятному рівні їх вартості і недовгих термінах розробки. Істотно розширяється номенклатура цифрових аналогових і аналого - цифрових мікросхем.

Помітна тенденція поєднання в одній мікросхемі аналогових і цифрових вузлів, а також вузлів, що реалізують аналогові функції цифровими методами. Успіхи мікроелектроніки зробили можливим широке застосування в апаратурі нового покоління мікросхем підвищеного рівня інтеграції. Багато задач по створенню нової апаратури розв'язуються на базі мікропроцесорів, мікроЕОМ, ВІС пам'яті з підвищеною інформаційною місткістю, ВІС аналогово - цифрової обробки сигналів з вбудованими мікропроцесорами.

В даному курсовому проекті буде розглянутий прилад який підключається до бортової мережі автомобіля, та датчику, який знаходиться в баці, та відображає інформацію (залишок пального, та напруга в мережі).

Прилад є точним, який калібрується.



1. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД СУЧАСНОГО СТАНУ ПО ЛІТЕРАТУРІ

В даномі розділі розгляномо сучасні аналогічні розробки зі схожими технічними, конструктивними властивостями.

Перший аналогічний пристрій розроблений на мікроконтроллері PIC16F676 [8].

Індикатори із загальним анодом. Принцип дії полягає в наступному: у результаті зміни палива в баку змінюється опір датчика ( поплавця ), штатний стрілочний індикатор також має свій опір і в послідовному підключенні між собою утворює резистивний дільник напруги, яка через ще один дільник і стабілітрон на 5в для надійності подається на вхід мікроконтролера. Він аналізує інформацію, що надійшла і видає її на індикатори. Для точної роботи перед використання необхідно провести калібрування бакометра. Дана прошивка дозволяє калібрувати від 0 до 40 літрів з кроком 2 літра. Після наповнення бака кожними 2 літрами потрібно зберігати значення в пам'яті контролера натисканням кнопки. Іншими словами для правильної роботи цифрового вимірювача необхідно злити весь бензин, натиснути два рази кнопку, бакометр перейде в режим калібрування і видасть 00, зберегти це значення (адже бак у нас порожній ) натисненням (таким чином підтверджуємо відображене значення з дійсним значенням в баку ), після цього загориться 02, необхідно долити 2 літри і так само зберегти, і так далі до 40 літрів. Справа не важке, я калібрував водою, заодно і бак вимив. Після підтвердження останнього значення 40 л, бакометр перейде в режим вимірювання, і буде в ньому до тих пір, поки знову не натисне кнопку два рази. Ще зазначу, що при використанні зовнішньої напруги, скачки в бортмережі (від 9 до 14,5 в) абсолютно не страшні бакометру, показання він не поміняє. Принципова схема пристрою приведена на рис. 1.1.



Рис. 1.1 схема електрична принципова бакоміру на PIC16F676

Це бортовий комп'ютер не практичний оскільки виконує тільки одну функцію.

Другий аналогічний пристрій на мікроконтроллері 16F876A [7].

Цей пристрій призначений для використання в автомобілі в якості «бортового комп'ютера». Базова версія 1.0 має наступні можливості:

1. Індикація поточного часу

2. Індикація дати

3. Контроль напруга мережі автомобіля ( 0 - 25В )

4. Тахометр (до 10000 об / хвилину )

5. Вимірювання температури двигуна ( -50 до +125 С)

6. Вимірювання температури в салоні ( -50 до +99 С)

7. Сигналізація відкритих дверей

8. Звукова сигналізація подій

Живлення здійснюється від бортової мережі автомобіля, є захист від переполюсовки. Управління здійснюється двома кнопками. Кнопкою S1 в режимі індикації поточного часу здійснюється вхід в режим коригування годин і дати, кнопкою S2 послідовно перемикаються режими : годинник / дата - вольтметр / тахометр / температура. Так само цією кнопкою в режимі коригування встановлюються показання годин і дати. Для входу в режим коригування потрібно натиснути і утримувати не менше 3 секунд кнопку S1. Після звукового сигналу відпустити кнопку, на дисплеї в позиції годин з'явиться курсор. Кнопкою S2 встановлюється потрібне значення, а кнопкою S1 здійснюється перехід годинник- хвилини -число -місяць- день. У верхній частині дисплея зліва показується напруга бортової мережі автомобіля, праворуч - обороти двигуна, в нижньому рядку зліва - температура двигуна, праворуч - температура в салоні автомобіля. Схема електрична принципова зображена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. схема електрична принципова на мікроконтроллері 16F876A

Цей бортовий комп'ютер на відміну від першого практичніше, він вимірює і виводить набагато більше інформації, але більшість інформації зовсім не потрібна, вона досить точно виводиться штатніми приладами.

Третій аналогічний пристрій це затратомір на основі мікроконтролера Hitachi HD44780 [6].

Прилад обчислює і відображає на дисплей кілометрову витрату палива: на нижньому рядку миттєвий, на верхній - середній за останній кілометр.

Дані виводяться на текстовий дисплей МЕЛТ на основі мікроконтролера Hitachi HD44780. Електрична схема приладу показана на рис. 1.3.

Рис. 1.3 схема електрична принципова на основі мікроконтролера Hitachi HD44780

Але такий затратомір можна поставити тільки на інжекторні автомобілі, а мені потрібен прилад, який працює з карбюраторними автомобілями.

Розглянувши аналогічні пристрої можна зробити висновок, що прилад, який розробляється буде дуже ефективним і універсальним, оскільки при заміні «прошивки» він зможе вимірювати тиск мастила.



2. ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА

2.1 Аналіз технічних вимог

Найменування виробу: цифровий вимірювач залишку палива.

Призначення:

Відображати залишок палива з точністю до літра, підтримуваний об'єм бака вибирається від 30 до 99 літрів;

Відображати напругу бортової мережі;

Компенсувати хитання поплавка в баку багаторазовими вимірами і виведенням середньоарифметичного значення;

Міняти яскравість підсвічування залежно від освітленості, 2 режима, день / ніч, визначається по включенню підсвічування приладової панелі;

Міняти режим відображення індикатора звичайний / інверсний.

Комплектація: друкований вузол приладу, корпус приладу.

Вимоги до конструкції: прилад повинен мати з'єднувальні провода, які повинні бути надійно, тому що під час експлуатації усі його елементи знаходяться під напругою. Всі елементи повинні бути легкодоступні при ремонті і настройці.

Вимоги до елементів регулювання, індикації і з'єднання: елементи повинні бути легкодоступні, вогнебезпечні, а елементи індикації повинні знаходитися у зручному для спостережень місці.

Характеристики зовнішніх дій:

- температура навколишнього середовища - -40…+60С;

- вологість при 25С - 80%;

- атмосферний тиск - 61 кПа;

- вібрація у діапазоні частот 10-70 Гц прискоренням 37 м/с2.

Середній час напрацювання без відмов - 500000 годин.

Принцип роботи цифрового вимірювача залишка палива: у результаті зміни рівня палива в баці змінюється опір датчика ( поплавця ), вимірювач аналізує інформацію, тобто кожному літру палива відповідає значення опору, прилад перетворює значення опору в об'єм і видає на індикатор. Вмонтований вольтметр, через МК видає поточне значення величини напруги на дисплей. [5]

Конструкція пристрою повинна забезпечувати його зборку і монтаж при підготовці до експлуатації без застосування спеціального устаткування, пристосувань і інструмента.



3. СХЕМОТЕХНІЧНИЙ АНАЛІЗ

Схема електрична принципова представлена на рис. 3.1

Рис. 3.1 Схема електрична принципова вимірювача

Вибір елементної бази

Головні критерії при виборі елементної бази: відповідність технологічних і експлуатаційних характеристик ЕРЕ заданим умовам роботи й експлуатації.

Для вибору елементів необхідного типу на основі вимог до устаткування необхідно проаналізувати умови роботи кожного елемента і визначити:

- експлуатаційні фактори (інтервал робочих температур, відносну вологість навколишнього середовища, атмосферний тиск, механічні навантаження.);

- значення параметрів і їх припустимі зміни в процесі експлуатації (номінальне значення, допуск, опір ізоляції, шуми, вид функціональної характеристики);

- припустимі режими і електричні навантаження (потужність, напруга, частота, параметри імпульсного режиму і т.д.);

- показники надійності, довговічності.

В даному приладі використана Atmega8, яка зображена на рис.3.2

Рис. 3.2. Мікроконтроллер Atmega8

Технічні параметри:

-Пам'ять для програм становить 8 Кб з можливістю перезаписати 10 000 разів;

-512 байт флеш -пам'яті для зберігання змінних ( 100 000 циклів перезапису );

-1 Кб ОЗУ і 32 регістра загального призначення;

-Два 8 - розрядних Таймера / Лічильника з роздільним прескалером, режим порівняння;

-16 - розрядний Таймер / Лічильник з роздільним прескалером, режим порівняння, режим захоплення;

-Таймер реального часу з незалежним генератором;

-3 канали ШІМ;

-6 каналів 10 - розрядного АЦП

-Двопровідний послідовний інтерфейс

-Програмований послідовний USART

-Інтерфейс SPI з режимами Master / Slave

-Програмований сторожовий таймер з окремим незалежним генератором

-Вбудований аналоговий компаратор

-Скидання при включенні живлення, програмований захист від провалів живлення

-Вбудований калібрований RC -генератор

-Обробка внутрішніх і зовнішніх переривань

-5 режимів зі зниженим енергоспоживанням : Idle, ADC Noise Reduction, Power- save, Power- down, і Standby

-Напруга живлення 4.5 - 5.5В

-Тактова частота 0-16 МГц

Призначення виводів:

- Стабілізатор фіксованої напруги 7805 (КР142ЕН5А) призначені для вторинних джерел живлення, зовнішній вигляд показано на рис. 3.3.



Рисунок 3.3 Стабілізатор напруги 7805

- Стабілізатор напруги LM317T, зовнішній вигляд та габаритні розміри показано на рис. 3.4

Рисунок 3.4 Стабілізатор напруги LM317T

Описуваний стабілізатор володіє наступними характеристиками:

максимальний струм - 2 А

вихідна напруга 1,25 - 12 В

максимальна розсіює потужність - 15А

стабілізація по входу - 0,01% / В

стабілізація за навантаженням - 0,1%

ослаблення пульсацій - 80 дБ

- Транзистор IRFZ44, зовнішній вигляд представлено на рис. 3.5

Рисунок 3.5 Транзистор IRFZ44

Тип транзистора: MOSFET

Полярність: N

Максимальна розсіює потужність (Pd): 150

Гранично допустима напруга стік-витік (Uds): 60

Максимально допустимий постійний струм стоку (Id): 35

Максимальна температура каналу (Tj): 150

Тип корпусу: TO220

- SMD резистори 0603. Зовнішній вигляд та габаритні розміри представлені на рисунку 3.7. Параметри резистора - у таблиці 3.7.



Рисунок 3.6 SMD резисторы 0603

Параметри SMD резисторів:

- Діапазон номінальних значень: 0 Ом, 1 Ом - 30 Мом

-Допустиме відхилення від номіналу: 1% (F); 5% (J)

-Номінальна потужність: 0,1 Вт

-Робоча напруга: 50 В

-Максимально допустима напруга: 100 В

-Робочий діапазон температур: -55 - +125 ° С

- SMD дросель FERROCORE DL0805-4R7. Зовнішній вигляд представлено на рис.3.7.

Рисунок 3.7 SMD дросель FERROCORE DL0805-4R7

-Тип дроселя феритовий

-індуктивність 100мкГн

-робочий струм 30мА

-опір 1Ом

-корпус 0805

-тестова частота 10МГц

-резонансна частота 35МГц

-добротність 45

- Конденсатор типу К50-35 - електролітичні алюмінієві з радиальними виводами для поверхневого монтажу. Діелектриком електролітичних конденсаторів є тонкий шар оксиду металу, нанесений електролітичним способом на тонку ленту з фольги - являється однією обкладинкою конденсатора. Інша обкладка конденсатора утворюється із пропитаної електролітом паперової ленти і доторкуючою з нею іншою, не окисленою лентою із фольги. Основною перевагою електролітичних конденсаторів є їх велика ємність при невеликих габаритних розмірах. Зовнішній вигляд та габаритні розміри приведені на рисунку 3.8, параметри приведено в таблиці 3.1.

Рисунок 3.8 Конденсатор типу К50-35

Таблиця 3.1 - Параметри конденсаторів К50-35

Номінальна ємність, мкФ	1,0-22000
Номінальна напруга, В	6,3 - 450
Відхилення від номінального значення, %	± 20 (120Гц, 20С)
Вага (не більше), г:	1,8
Установча площа, мм: D +1,0-0,5	18
Відносна вологість оточуючого середовища при температурі +35С, %	макс. 98
Діапазон робочих температур, С	- 25 … + 85
Мінімальний наробіток, годин	2000
Інтенсивність відмов, 1/год	0,035·10-6

- Керамічні конденсатори SMD- конденсатори виготовляються з різними типами діелектриків : NP0, X7R, Z5U і Y5V …. Діелектрик NP0 ( COG ) має низьку діелектричної проникністю, але гарною температурною стабільністю (ТКЕ близький до нуля). SMD конденсатори великих номіналів, виготовлені із застосуванням цього діелектрика найбільш дорогі. Діелектрик X7R має більш високу діелектричну проникність, але меншу температурну стабільність. Діелектрики Z5U і Y5V мають дуже високу діелектричну проникність, що дозволяє виготовити конденсатори з великим значенням ємності, але мають значний розкид параметрів. SMD конденсатори з діелектриками X7R і Z5U використовуються в ланцюгах загального призначення.. Зовнішній вигляд та габаритні розміри зображено на рис. 3.9,

Рисунок 3.9 Конденсатор К15-5

- LCD - Nokia 1110/1200/1110i/1112- використовується в якості дисплею, монтується за допомогою конектору. Зовнішній вигляд показано на рис.3.10.



Рисунок 3.10 LCD - Nokia 1110/1200/1110i/1112

Вибір елементної бази дозволяє забезпечити надійну роботу виробу. Застосування принципів стандартизації й уніфікації при виборі ЕРЕ, а також конструюванні виробу дозволяє одержати наступні

- значно скоротити терміни і вартість проектування;

- скоротити на підприємстві - виготовлювачі номенклатуру застосовуваних деталей і складальних одиниць, збільшити застосовність і масштаб виробництва

- виключити розробку спеціального оснащення і спеціального устаткування для кожного нового варіанта PEA, тобто спростити підготовку виробництва;

- створити спеціалізоване виробництво стандартних і уніфікованих складальних одиниць для централізованого забезпечення підприємств;

- поліпшити експлуатаційну і виробничу технологічність;

- знизити собівартість виробу, що випускається.



4. КОНСТРУКТОРСЬКА ЧАСТИНА

4.1 Вибір конструкції приладу

індикатор бортовий напруга електролітичний

Основні вимоги до конструкцій РЕЗ це висока якість енергоінформаційних (функціональних) показників, перешкодозахищеність, надійність, міцність, жорсткість, технологічність, економічність і серійноспроміжність конструкції при малих матеріалоємності і споживаємої потужності. Будь-яка конструкція, що розроблена повинна бути патентно чистою і сертифікованою.

Конструкції, які відповідають цим вимогам, повинні мати мінімальну масу m, об'єм V, потужність Р, частоту відмов X, вартість С, час розробки Т; повинні бути вібро- і удароміцні, працювати у нормальному тепловому режимі і мати достатньо високий для виробництва відсоток виходу придатних виробів. Показники, які характеризують ці якості поділяють на такі групи: абсолютні (у абсолютних величинах), комплексний безрозмірний загальний), питомі (у питомих величинах).

До абсолютних показників відносять масу конструкції, її об?єм, потужність, частоту відмов, вартість і час розробки. Іноді ці показники називають матеріальними показниками, які показують із чого зроблен пристрій. Енергоінформаційні параметри називають функціональними показниками, які характеризують для чого і що може робити пристрій. Із цих двох груп можуть бути отримані найбільш загальні показники якості, такі як комплексний показник і питомі коефіцієнти якості.

4.2 Вибір матеріалів

Для виготовлення друкованих плат в PEA найбільш широке поширення одержав склотекстоліт.

СФ-1-35-1,5 ГОСТ 12652-80 - склотекстоліт, призначений для виготовлення друкованих плат з підвищеними діелектричними властивостями.

При виготовленні друкованих плат необхідно враховувати і контактні з'єднання, і для пристрою будемо використовувати нероз'ємні контактні з'єднання, які є найбільш розповсюдженнями із-за їх високої надійності, малих габаритів і низької вартості.

Малі габарити також обумовлюють добрі частотні властивості контактів. Нероз'ємні контактні з'єднання реалізуються пайкою, зварюванням і приклеюванням. Для пристрою обираємо метод паяння. Перевагою контактування пайкою є простота процесу І добра ремонтопридатність.

Для надійного захисту поверхні деталей і припою від окислення в процесі паяння буде використовуватися флюс - каніфоль світла, яка широко використовується при монтажу радіоапаратури.



5. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

Для виготовлення друкованої плати вибрано субтрактивний метод, який добре освоєний, має доступність механізації та автоматизації, можливість отримання високої якості друкованих плат тощо.

Механічна обробка плат включає в себе різання заготовок, свердлення отворів та їх обробка, вирубка, обробка поверхні тощо.

Для травлення міді використовують розчини на основі хлорного заліза, персульфату амонію, хлорної міді, хромового ангідриду, перекису водню. З перелічених розчинів найбільш розповсюджені розчини на основі хлорного заліза.

(NH4)2SO8 + CU - CU S04 + (NH4)2S04

Розчин хлорного заліза відрізняється високою і рівномірною швидкістю травлення і зберігає достатню активність навіть при відносно великому вмісті у ньому міді. Основні недоліки цього розчину - неможливість його використання при виробництві плат покритих олов'яними сплавами, технологічна складність у регенерації і утилізації.

Після травлення проводять видалення захисного рисунка та освітлення провідників друкованих плат.

Далі проводимо лудження для покращення та підвищення міцності.

Монтаж проводився вручну.

Додатки:

Додаток А - схема електрична принпова;

Додаток Б - перелік елементів;

Додаток В - друкована плата;

Додаток Г - короткі довідкові матеріали по Atmega 8.



ВИСНОВКИ

В курсовому проекті було розроблено цифровий вимірювач залишку палива, який використовується для відображення залишку палива з точністю до одного літра та відображення напруги бортової мережі.

За впливом зовнішніх дій цей пристрій відноситься до шостої групи радіоелектронної апаратури.

Вимірювач зібрано на друкованій платі з однобічного фольгованого склотекстоліту товщиною 1,5 мм.

Також у курсовому проекті проведено аналіз аналогічних пристроїв, аналіз вихідних даних, вибрані і обґрунтовані елементна база і матеріали конструкції, з яких можна зробити висновок, що даний пристрій буде відноситися до нетеплонавантажених і в змозі надійно і якісно працювати на протязі значного періоду.

Щоб краще зрозуміти принцип дії, будову та функціональний склад приладу у графічній частині даного курсового проекту приведена схема електрична принципова та друкована плата.

Виникли деякі проблеми під час програмування, а саме програматор не входив у режим програмування, тому мені прийшлося зробити свій програматор.



ЛІТЕРАТУРА

1. Мікропроцесорна техніка: Підручник/ Ю. І. Якименко, Т. О. Те-рещенко, Є. І. Сокол, В. Я. Жуйков, Ю. С. Петергеря. - К.: ІВЦ “Видавництво «Політехніка»”; “Кондор”, 2004. - 440с. - ISBN 966-622-135-7.

2. Гребнев В. В. Микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel/ В. В. Гребнев. - М.: ИП Радиософт, 2002. - 176с. - ISBN 5-93037-091-5.

3. Голубцев М. С. Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному/ М. С. Голубцев. - М.: Солон-Пресс, 2003. - 288 с. - ISBN 5-98003-034-4.

4. Схемотехніка електронних систем: У 3 кн. Кн.3. Мікропроцесори та мікроконтролери: Підручник/ В. І. Бойко, А. М. Гуржій, В. Я. Жуйков та інш. - К.: Вища шк., 2004. - 399с. - ISBN 966-642-193-3.

5. http://shemu.ru/avto/item/315-izmiritel-topliva

6. http://cxem.net/avto/electronics/4-81.php

7. http://electromost.com/index/bortovoj_kompjuter/0-33

8. http://eldigi.ru/site/avr.php

Размещено на Allbest.ru