Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УПРАВЛЕНИЯ

КАФЕДРА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Курсовая работа

по теме: «Бортовой компьютер автомобиля»

по курсу: «Микроконтроллеры и микропроцессоры в системах управления»

Выполнил:

Шеверда Д.А.

Проверил:

Иванов Ю.И.

Таганрог 2017 г.



Оглавление

Введение

1. Функциональные возможности МКТ

2. Как работает бортовой компьютер

3. Структура МКТ

4. Режимы работы

4.1 Маршрутный компьютер

4.2 Тестер

5. Периферийные устройства

5.1 Электронный блок управления двигателем

5.2 Микросхема OBD II интерфейса

6. OBD II-Интерфейс

6.1 Расположение и распиновка диагностического разъема

6.2 Адаптер OBDII на базе микроконтроллера ELM327

6.3 Поддерживаемые протоколы обмена данного адаптера ELM327

6.4 Расшифровка кодов неисправностей

7. Программа для использования устройств под ОС Windows в роли бортового компьютера

7.1 Описание сенсоров

7.2 Описание показателей

7.3 Дополнительные экраны бортового компьютера

8. Система автоматической коррекции бензо-воздушной смеси ДВС

8.1 Характеристики микроконтроллера

8.2 Код программы управления

Заключение

Список используемой литературы



Введение

Как-то незаметно к нам подкрался новый век - век информационных технологий. И кто бы мог подумать, ну хотя бы лет десять назад, что компьютеры займут такие основательные позиции в нашей жизни.

Компьютер сегодня перестал быть вещью самодостаточной, вызывающей восторг и удивление, это повседневный инструмент для решения широкого круга задач. Компьютер нашел место и дома, и на работе.

А чем автомобиль хуже? Тем более, что для многих автомобиль - и работа, а зачастую и второй дом. Да и вообще за последние несколько лет в продукции автомобильного производства заметно прибавилось электронной начинки, а автомобилисту все сложнее управляться с ней в одиночку.

Именно для желающих жить с комфортом везде и всегда, в том числе и в собственном автомобиле, для этого необходимы специальные устройства, которые способны заметно облегчить нелегкую жизнь автомобилиста. Называются такие устройства бортовыми или маршрутными компьютерами.

В настоящее время на автомобилях широко применяются электронные блоки управления (ЭБУ) двигателями типа Бош М1.5.4 (N), Январь-5.1.x., ВС5.1, Январь-7.2. Работу этих блоков невозможно проконтролировать без специальных приборов, которые всегда желательно иметь "под рукой". Однако даже простейшие из них довольно сложны и поэтому недешевы.

Кроме управления двигателем, вышеназванные ЭБУ, вырабатывают сигналы с датчиков скорости и расхода топлива, которые выведены в салон автомобиля на специальный разъем для подключения маршрутного компьютера. Маршрутный компьютер позволяет отобразить различные параметры: время в пути, время в движении, пройденный путь, общий расход топлива, расход топлива на холостом ходу, текущую скорость, а также широкий спектр величин, рассчитанных на их основе (средняя скорость пути, средняя скорость движения и т.д.).

Технически возможно, а экономически целесообразно объединить маршрутный компьютер и диагностический тестер в одно устройство, его зачастую и принято называть бортовым компьютером автомобиля (либо маршрутный компьютер тестер (МКТ)).



1. Функциональные возможности МКТ

Бортовые компьютеры для автомобилей выпускаются в корпусах, унифицированных по габаритным и посадочным размерам для установки в переднюю панель автомобиля.

Маршрутный компьютер является мозгом машины и у него можно спросить, что в машине не работает или не попадает в заданные пределы нормы. Хотя, конечно, это не полный анализ, который может произвести квалифицированный мастер, но все же большую часть о состоянии машины выяснить можно. Количество функций современного бортового компьютера измеряется десятками, а для некоторых моделей переваливает за сотню.

Основные возможности:

- отображает все доступные параметры системы

- управляет доступными исполнительными механизмами

- регулирует СО

- показывает неисправности с текстовой расшифровкой ошибок!

- сбрасывает вышеуказанные ошибки

- показывает идентификационные данные блока управления

- пройденное расстояние от начала маршрута (в метрах).

- время нахождения на маршруте (включенное зажигание).

- время нахождения в движении (скорость движения не равна нулю).

- текущая скорость движения автомобиля (в км/час).

- средняя скорость движения на маршруте (в км/час).

- общий расход топлива на маршруте (в литрах).

- средний расход топлива на маршруте (в литрах на 100 км).

- мгновенный расход топлива (в литрах в час).

- остаток топлива в баке

- пробег на остатке.

- время разгона в указанном диапазоне скоростей

Мгновенные параметры

Самое первое, на что способен бортовой компьютер, это отображать мгновенные параметры: текущее время, скорость автомобиля, обороты двигателя, температуру двигателя, температуру в салоне и температуру наружного воздуха, остаток топлива в баке, бортовое напряжение и т.д. Многие возразят, что большинство этих значений можно увидеть по показанию индикаторов на панели приборов, и окажутся не правы. Точность показаний штатных систем оставляет желать лучшего, а самое главное, не поддается коррекции.

Скажем, при установке колес большего диаметра скорость вашего автомобиля при тех же оборотах двигателя будет выше. Однако штатный спидометр ничего не знает о ваших новых колесах и будет отображать неверную информацию. В то время, как большинство бортовых компьютеров позволят внести коррективы в работу и сообщат вам об истинном значении скорости.

Маршрутные параметры

С бортовым компьютером становится доступной информация о текущем расходе топлива, среднем расходе на 100 км, расходе топлива за текущую поездку, времени поездки, пройденном пути. Некоторые бортовые компьютеры умеют не только отображать информацию о совершенной поездке, но и помогут запланировать новую. Например, сообщат время, необходимое для преодоления пути, рассчитают рекомендуемую скорость, сообщат о нужном количестве бензина или о количестве километров, которые удастся преодолеть на остатке топлива.

Контроль над ситуацией

Возможность увидеть на экране ряд параметров - это приятно. Однако важно не только увидеть, но и вовремя среагировать на нештатную ситуацию. Здесь крайне полезной окажется возможность бортового компьютера постоянно контролировать ряд параметров и при необходимости оперативно сигнализировать об их изменении.

При нарушении работы системы охлаждения или в просто очень жаркий день можно не заметить, что температура двигателя превысила норму, в этом случае есть большой риск "закипеть", что в конечном итоге обернется серьезными проблемами для автомобиля. Бортовой компьютер ни на секунду не потеряет контроль над ситуацией и немедленно предупредит вас о перегреве двигателя звуковым сигналом. Точно так же он проконтролирует и предупредит о превышении рекомендуемой скорости движения, о значении бортового напряжения, о необходимости очередного техобслуживания.

Существуют системы, сохраняющие работоспособность автомобиля даже в случае выхода из строя того или иного датчика, чтобы вы могли добраться до автосервиса или гаража и устранить неисправность. Стратегия состоит в том, что при возникновении неисправности в цепи какого-то датчика компьютер заменит сигнал этого датчика на постоянное значение, хранящееся в памяти (Fale Safe Mode - параметр по умолчанию).

При переходе в режим ограниченной управляемости двигатель продолжает работать, хотя и с меньшей эффективностью. Некоторые системы управления настолько "сообразительны", что водитель даже может не заметить, что продолжает ехать с неисправностью. Только горящая сигнальная лампочка говорит о том, что с двигателем не все в порядке, либо его параметры работы не соответствуют принятым нормам.

При неисправности особо важных датчиков, определяющих режим работы двигателя, его экономичность и экологичность, таких как датчик расхода воздуха или датчик давления в коллекторе, температурный датчик - компьютер может ограничить динамические характеристики двигателя. После устранения неисправности система возвращается к нормальному функционированию.

Сервисные функции и диагностика двигателя

Для владельцев автомобилей с инжекторными двигателями бортовой компьютер превращается в личного автомеханика, который перед каждой поездкой произведет диагностику двигателя и узлов автомобиля и сообщит о наличии неполадок и причинах, вызвавших их.



2. Как работает бортовой компьютер

Автомобильный компьютер является прямым родственником настольной персоналки и работают они по схожей схеме. Компьютер получает некоторые исходные данные, обрабатывает их по заданной программе и выводит на экран в форме, понятной любому пользователю.

Исходные данные:

В случае с персональным компьютером все достаточно ясно. Данные вводятся с клавиатуры, сканера или считываются с носителей информации, например, жесткого диска. Откуда же берет информацию бортовой автомобильный компьютер, и что она собой представляет? Все очень просто. Современный автомобиль кишит разного рода датчиками, актуаторами и блоками управления. Бортовой компьютер подключается в цепь датчиков, таких как уровень топлива, скорости, к цепи зажигания, к колодке диагностики, к датчику расхода топлива и другим системам. То есть вся информация, которой оперирует бортовой компьютер, была в автомобиле и до появления оного. Но увидеть мы могли лишь ее малую часть.

Обработка данных:

Здесь стопроцентная аналогия с обычным компьютером. В памяти автомобильного бортового компьютера заложена программа, которая обрабатывает полученные данные. Скажем, получив информацию с датчика уровня и датчика расхода топлива, компьютер дает возможность спрогнозировать пробег на остатке топлива. Так же и по ряду других параметров.

Самое главное, на что стоит обратить внимание при разработке компьютера, это возможность вносить поправки в полученные данные. Как уже говорилось, бортовой компьютер сам ничего не замеряет, всю информацию о процессах, происходящих с вашим автомобилем, он получает от штатных систем. Как правило, информация эта обладает большой погрешностью. Как следствие, все значения, вычисленные на основании неверных данных, будут иметь мало общего с действительностью.

Программа хорошего бортового компьютера позволяет подстроить показания по расходу топлива, расчету скорости, пробегу и т.д. Отсутствие данной функции не позволит получить достоверную информацию от вашего бортового компьютера.

Отображение информации:

Немаловажную роль играет способ отображения полученной и вычисленной информации. А это напрямую зависит от типа установленного дисплея.

Дисплей может быть цифровой, трех- или четырехразрядный. Для большей информативности этих дисплеев может быть два. Также встречаются модели с жидкокристаллическим дисплеем, похожие на те, что устанавливаются в мобильные телефоны. Бортовые компьютеры с этим типом дисплея наиболее удобны, однако цена их значительно выше.



3. Структура МКТ

Алгоритм функционирования и особенности построения практически любого диагностического тестера начального уровня, работающего по протоколу KWP2000 и подключенного к К-линии, следующие:

1) Производится опрос клавиатуры и, в случае необходимости, модификация выбранного режима работы. Количество кнопок управления, как правило, не превышает 4 штуки и выбор режима работы, который осуществляется, с помощью меню, в случае если в качестве бортового компьютера не используется ноутбук или устройсво под управлением ОС Android, где в качестве устройства ввода используется сенсорная панель дисплея.

2) Формируется запрос на ЭБУ, соответствующий заданному режиму работы. Виды запросов весьма многообразны, однако их содержание (за небольшим исключением, например запросов на изменение состояния исполнительных механизмов) постоянно.

3) Ожидается ответ от ЭБУ и осуществляется прием данных при его получении. Длина принимаемого сообщения не превышает 128 байт.

4) По истечении времени ожидания или завершении приема данных производится анализ сложившейся ситуации и в соответствии с ней возможна модификация заданного режима работы.

Алгоритм функционирования и особенности построения маршрутного компьютера примерно следующие:

1) Постоянно производится подсчет времени, импульсов с датчиков расхода топлива и скорости, а также измерение длительности между импульсами с датчика скорости.

2) Производится опрос клавиатуры и, в случае необходимости, модификация выбранного режима работы. Количество кнопок управления не превышает 4 штуки и выбор режима работы осуществляется с помощью меню, в случае если в качестве бортового компьютера не используется ноутбук или устройсво под управлением ОС Android, где в качестве устройства ввода используется сенсорная панель дисплея.

3) Обновляется информация на индикаторе с преобразованием накопленных первичных данных. Информация для пользователя должна выводиться в удобной форме, т.е. в виде развернутых буквенно-цифровых сообщений и подсказок. Первичные данные должны быть пересчитаны по несложным формулам (точность вычислений при этом может быть невелика) и преобразованы из двоичной формы в символьный формат.

4) Делается пауза, т.к. исходя из психофизиологических особенностей человека частота обновления информации не должна превышать 10Гц, и все повторяется сначала.

Как видно из вышесказанного, между функционированием устройства в режиме тестера или маршрутного компьютера много общего, что позволяет совместно использовать аппаратные и программные ресурсы.

С точки зрения построения программы, учитывая большой объем текстовых сообщений, все их желательно вынести за пределы внутреннего сравнительно небольшого ПЗУ микроконтроллера. Т.к. между обновлениями информации существует большая пауза (не менее 100 мс), а количество одновременно отображаемых символов невелико, то эти данные могут быть размещены во внешнем ПЗУ с последовательной выборкой и извлекаться оттуда по мере необходимости. Развивая эту идею, было принято решение, что бы упростить конструкцию и не нагружать автомобиль и его бортовую сеть множеством микросхем и плат, использовать в качестве бортового компьютера, обыкновенный ноутбук с набором нужных для его реализации программ. Это даст гораздо большую производительность в плане вычислительных способностей бортового компьютера, описания формул для пересчета различных параметров, более гибкую систему с возможностью обновления, легкого наращивания и видоизменения набора контролируемых параметров, без необходимости внесения изменений в т.н. «железо», а также позволит в более удобной и понятной форме просматривать весь процесс работы бортового компьютера и выводимых параметров, использовать дополнительную память и получать и обрабатывать информацию с использованием различных графических приложений.

Такой подход и применен в данной курсовой работе. Маршрутный компьютер-тестер состоит из следующих компонентов: Адаптер OBDII на базе микроконтроллера ELM327 WiFI, ноутбук, программа HobDrive.

МКТ подключается к системе электрооборудования автомобиля в соответствии со схемой включения предусмотренной для бортового компьютера.



4. Режимы работы

4.1 Маршрутный компьютер

Алгоритм функционирования маршрутного компьютера примерно следующий:

а) Постоянно производится подсчет времени, импульсов с датчиков расхода топлива и скорости, а также измерение длительности между импульсами с датчика скорости.

б) Производится опрос клавиатуры и, в случае необходимости, модификация выбранного режима работы.

в) Обновляется информация на индикаторе с преобразованием накопленных первичных данных. Информация для пользователя должна выводиться в удобной форме, т.е. в виде развернутых буквенно-цифровых сообщений и подсказок.

4.2 Тестер

Алгоритм функционирования практически любого диагностического тестера начального уровня, работающего по протоколу KWP2000 и подключенного к К-линии, следующий:

а) Производится опрос клавиатуры и, в случае необходимости, модификация выбранного режима работы.

б) Формируется запрос на ЭБУ, соответствующий заданному режиму работы. Виды запросов весьма многообразны, однако их содержание (за небольшим исключением, например, запросов на изменение состояния исполнительных механизмов) постоянно.

в) Ожидается ответ от ЭБУ и осуществляется прием данных при его получении. Длина принимаемого сообщения не превышает 128 байт.

г) По истечении времени ожидания или завершении приема данных производится анализ сложившейся ситуации и в соответствии с ней возможна модификация заданного режима работы.

д) При необходимости обновляется информация на индикаторе с преобразованием полученных из ЭБУ данных. Полученные из ЭБУ данные, в некоторых случаях, должны быть пересчитаны по несложной формуле (точность вычислений при этом может быть невелика) и преобразованы из двоичной формы в символьный формат.

Делается пауза, т.к. согласно протокола, запросы на ЭБУ должны выдаваться не раньше 100 мс по окончании предыдущего сеанса обмена, и все повторяется сначала.



5. Периферийные устройства

5.1 Электронный блок управления двигателем

Электронный блок управления двигателем (ЭБУ) - устройство управляющее работой двигателя автомобиля. Электронный блок управления принимает информацию от датчиков и в соответствии с заложенным программным обеспечением формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства систем двигателя. Внешний вид электронного блока управления представлен на рисунке 18.

Рисунок 1 - Электронный блок управления двигателем

Электронный блок управления не только управляет двигателем, но и при возникновении неисправностей записывает информацию о них в собственную память.

Электронный блок управления подключается к бортовому компьютеру посредствам К-линии. Бортовой компьютер в режиме тестера получает от ЭБУ всю подробную информацию об имеющихся ошибках в работе двигателя. Если же бортовой компьютер работает в режиме маршрутного компьютера то ему передаются мгновенные параметры автомобиля такие как обороты двигателя, мгновенный расход топлива и скорость.



5.2 Микросхема OBD II интерфейса

Интегральная микросхема МС33290 - интерфейс подключения к диагностической линии автомобиля. В данной модели компьютера не является обязательной, так как функции этой микросхемы выполняет контроллер, является последовательным интерфейсом связи, предназначенным для обеспечения двунаправленной полудуплексной связи взаимодействия с автомобильной диагностической системой управления. Предназначен для взаимодействия устройств на основе микроконтроллеров и электронного блока управления через специальную ISO K-линию. Изображение микросхемы интерфейса представлено на рисунке 6.

Рисунок 2 - Внешний вид микросхемы интерфейса OBD-II



6. OBD II-Интерфейс

Рисунок 3 - Внешний вид разъема интерфейса OBD-II

Существуют три основных OBD-II протокола, с небольшими различиями систем, в способах соединения бортовых диагностических устройств и диагностических устройств и инструментов. Можно определить какой протокол использует автомобиль, по коммутации разъема. Если разъем имеет контакт в №7 и отсутствуют контакты №2 и №10, тогда автомобиль оборудован по ISO 9141 протоколу (К-линия). Если нет контакта в №7, тогда применяется SAE протокол, Если используются контакты №7 и №2 и/или №10, автомобиль может использовать ISO протокол. Все три OBD-II протокола, используют набор команд согласно SAE J1979 стандарту.

Автомобили, выпущенные до введения OBD-II, имеют разъемы в различных местах под приборной панелью. Все OBD-II имеют разъемы, расположены в местах, досягаемых с места водителя. Кабель от диагностического инструмента подключается в OBD-II J1962 разъем. Существуют различные виды диагностических инструментов от сканеров и карманных компьютеров для считывания кодов ошибок до сложных диагностических устройств и компьютеров.

Подключение к ноутбуку при помощи OBD-II интерфейса или настольному компьютеру предоставляет возможность использовать дополнительную память и получать и обрабатывать информацию с использованием различных графических приложений.

6.1 Расположение и распиновка диагностического разъема

Стандартная конфигурация 16-контактного диагностического разъема. 16 выводов разъема расположены в два ряда, назначение выводов определено в соответствии со стандартом и соблюдается производителями автомобилей. Выводы расположены следующим образом.

Рисунок 4 - Распиновка разъема OBD

· Контакт 1 (определяется производителем);

· Контакт 2 - шина J 1850;

· Контакт 3 (определяется производителем);

· Контакт 4 - заземление шасси;

· Контакт 5 - сигнальное заземление.

· Контакт 6 - CAN (прямой) J2284;

· Контакт 7 - ISO 9141 - 2 (К - линия);

· Контакт 8 и 9 (определяется производителем);

· Контакт 10 - шина J1850;

· Контакт 11, 12, 13 (определяются производителем).

· Контакт 14 - CAN (инвестированный) J2284;

· Контакт 15 - ISO 9141 - 2 ( L - линия );

· Контакт 16 - напряжение аккумулятора.

Место расположения диагностического разъема также определено стандартом и это упростило поиск диагностического разъема. Как правило, он расположен в районе рулевой колонки, центральной консоли или вещевого ящика.

Рисунок 5 - Диагностический разъем OBD

Основная функция диагностического разъема OBD-II состоит в обеспечении связи сканера с блоками управления. Такой разъем OBD-II, как DLC, относящийся к стандарту SAE J1962, должен размещаться примерно в центре автомобиля в 3 - 18 сантиметрах от руля. При этом производители имеют право подбирать многие контакты сами. Очень важно то, что в состав разъема OBD-2 (распиновка это предполагает) включено заземление и питание, позволяющие автосканеру успешно работать, не подключая никаких дополнительных источников питания.

CAN, J1850 и ISO 9141-2 - это разработанные Международными организациями стандарты, и каждый контакт разъема OBD-II в обязательном порядке должен соответствовать одному из этих документов. Например, распиновка разъема OBD-2 определяет, что автомобили марки Ford связываются контактом 2 и 10, а автомобили марки GM - только через контакт 2. Вы, в свою очередь, сможете определить совместимость своей машины по диагностической колодке разъема OBD-2.



6.2 Адаптер OBDII на базе микроконтроллера ELM327

Адаптеры OBDII построенные на базе микроконтроллера ELM327, завоевали прекрасную репутацию, благодаря своей универсальности и надежности. Многие разработчики программного обеспечения выпускают программы для адаптеров этого типа. С помощью ELM327 возможно проведение диагностики по всем протоколам OBDII. Так же его отличает не высокая цена, по сравнению с другими адаптерами. Достаточно иметь КПК или ноутбук, или планшетник, или любое другое устройство на базе Windows,iOS, Android, Linux с установленным программным обеспечением и пользователь может без проблем тестировать свой автомобиль. Программное обеспечение в основном бесплатное, но есть и очень не дорогие, но хорошие платные программы. маршрутный компьютер тестер двигатель

Варианты исполнения ELM327:

ELM327 USB

Адаптер ELM327 USB универсальный, и относится к категории для быстрого и простого диагностирования автомобиля. Автолюбители, которые предпочитают определять поломки и неисправности своего автомобиля собственными силами, могут легко это сделать с помощью данного прибора.

Рисунок 6 - Внешний вид ELM327 USB

ELM 327 bluetooth

Адаптер ELM327 bluetooth в отличие от USB версии, позволяет проводить диагностику на расстоянии, кроме того возможно использование не только с персональным компьютером но и с КПК и мобильным телефоном на базе операционных систем Android, Symbian, Windows Mobile, Windows CE. В данной версии адаптера, подключение происходит по bluetooth.

Рисунок 7 - Внешний вид ELM 327 bluetooth

ELM 327 bluetooth Vgate

Адаптер ELM327 bluetooth Vgate отличается только размерами, данный адаптер необходим у кого в автомобиле не совсем удобное расположение диагностической колодки которое не позволяет использовать полноразмерную версию адаптера.

Рисунок 8 - Внешний вид ELM 327 bluetooth Vgate



ELM 327 bluetooth mini (мини)

Адаптер ELM 327 bluetooth mini (мини) отличается от обычного адаптера bluetooth миниатюрными размерами. Его можно оставить в разъеме OBDII и забыть о нем. Приорести данный адаптер необходимо тем, у кого в автомобиле неудобное расположение диагностической колодки в связи чем возникают неудобства в его подключении.

Рисунок 9 - Внешний вид ELM 327 bluetooth mini (мини)

ELM 327 WiFi

Главное отличие данного адаптера это wifi соединение. Адаптер ELM327 WiFi разработан специально для iOS (iphone, ipod, ipad), так как на этих устройствах отсутствует полноценный Bluetooth. Также данный адаптер совместим с любыми другими операционными системами: windows, android, symbian.

Мной был выбран адаптер OBDII на базе микроконтроллера ELM327 WiFi, данный адаптер разработан специально для iOS (iphone, ipod, ipad), так как на этих устройствах отсутствует полноценный Bluetooth и нет возможности подключения USB. Также данный адаптер совместим с любыми другими операционными системами: windows, android, symbian, что дает нам возможность беспроводного соединения компонентов автомобиля с бортовым компьютером любой конструкции и под управлением практически любой ОС по протоколу WiFi, что упрощает подключение ноутбука, значительно упрощает работу с ELM327 и не ограничивает расположение МКТ длинной провода как в случае с ELM327 USB, а так же дает возможность соединения помимо непосредственно МКТ, еще ряда дополнительных устройств имеющих нужное ПО для диагностики и управления параметрами автомобиля. Также через данный адаптер есть возможность пользоваться мобильными диагностическими устройствами за пределами салона автомобиля, например непосредственно перед самим двигателем производить его настройку и смотреть за изменениями его параметров.

Рисунок 10 - Внешний вид ELM 327 WiFi

Данные адаптеры позволяют просматривать следующее параметры:

· Обороты двигателя;

· Температура охлаждающей жидкости;

· Краткосрочная топливная балансировка;

· Долгосрочная топливная балансировка;

· Давление во впускном коллекторе;

· Данные кислородного датчика;

· Обороты двигателя;

· Нагрузка двигателя;

· Состояние топливной системы;

· Скорость движения автомобиля;

· Абсолютное давление воздуха;

· Опережение зажигания;

· Температура всасываемого воздуха;

· Массовый расход воздуха;

· Положение дроссельной заслонки;

· Графическое отображение параметров;

· Функция ведения логов;

· Стоп-кадр.

6.3 Поддерживаемые протоколы обмена данного адаптера ELM327

ELM327 поддерживает такие протоколы обмена как:

· ISO15765-4 (CAN-шина): Audi, Opel, VW, Ford, Jaguar, Renault, Peugeot, Chrysler, Porsche, Volvo, Saab, Mazda, Mitsubishi;

· ISO14230-4 (KWP2000): Daewoo, Hyundai, KIA;

· ISO9141-2: Honda, Infinity, Lexus, Nissan, Toyota, Audi, BMW, Mercedes, Porsche;

· J1850 VPW: Buick, Cadillac, Chevrolet, Chrysler, Dodge, GM, Isuzu;

· J1850 PWM: Ford, Lincoln, Mazda;

· Поддержка отечественных автомобилей ВАЗ/ГАЗ/УАЗ с бесплатной программой OpenDiag mobile для устройств на ОС Android.



6.4 Расшифровка кодов неисправностей

Обратите внимание на то, что адаптеры ELM327 считывают в основном только P-коды, иногда U- коды и очень редко с помощью них можно получить информацию о некоторых других кодах.

Код неисправности по стандарту OBD состоит из буквы и четырех цифр (например, Р0100). Буква определяет принадлежность кода к системе:

· Р - Powertrain - коды, относящиеся к силовой установке автомобиля, т.е. ко всему, что приводит автомобиль в движение (двигатель, коробка передач, гибридная установка и т.д.).

· С - Chassis - коды, относящиеся к системам шасси автомобиля (антиблокировочная система тормозов, система курсовой устойчивости, пневмоподвеска, усилитель рулевого управления и т.д.).

· B - Body - коды, относящиеся к кузовным системам, в основном находящимся внутри салона автомобиля (система управления электрооборудованием кузова, противоугонные системы, система подушек безопасности, освещение и т.д.).

· U - коды, относящиеся к системам обмена данными между блоками/системами управления в автомобиле.

· Диагностические коды неисправностей (далее просто "коды") по их звучанию можно разделить на две группы:

· а) Коды, имеющие стандартное звучание для всех производителей - стандартные коды (начинаются на P0, P2, B0, C0, U0).

· б) Коды, звучание которых не определяется стандартом и отдано "на откуп" автопроизводителям - нестандартные коды (начинаются на P1, P3, B1, B2, C1, C2, U1, U2).



7. Программа для использования устройств под ОС Windows в роли бортового компьютера

HobDrive -- это программный комплекс, взаимодействующий с автомобилем посредством OBD-II адаптера, и реализующий функциональный и гибкий бортовой компьютер на основе мобильных устройств с операционной системой WindowsCE/Windows Mobile.

Аппаратные требования:

- Операционные системы: WindowsCE, WindowsMobile, Windows xp/vista/7.

- Окружение .net3.5.

- 64Mb оперативной памяти.

- 500MHz центральный процессор.

- Cенсорный экран с разрешением от 320x240.

- OBD-II ELM327 совместимый Bluetooth/USB/Serial адаптер/WiFi адаптер.

- Bluetooth чипсет (или USB-Bluetooth адаптер) со стандартным Microsoft bluetooth стеком (для Bluetooth ELM327 адаптеров).

- USB-Serial драйвер виртуального COM порта (для USB ELM327 адаптеров).

собенности HobDrive:

- мощный, гибкий и функциональный графический интерфейс, превосходящий классические бортовые компьютеры по удобству и возможностям.

- возможность полной интеграции в существующую мультимедиа систему автомобиля.

- единое устройство отображения всей информации без дополнительных датчиков, панелей и экранов.

- уникальные функции анализа и сбора статистики.

Установка на Windows Mobile смартфоны или PocketPC производится стандартным способом -- через CAB файл.

Основы интерфейса

Рисунок 11 - Графический интерфейс бортового компьютера HobDrive

HobDrive управляется с сенсорного экрана нажатиями на элементы либо нажатием и прокруткой (сдвигом) элементов для перелистывания экранов и просмотра информации выходящей за границы текущего экрана если это устройство с сэнсорным дисплеем, или посредством ввода аналогичных команд с клавиатуры если используется ноутбук.

Смена между четырьмя основными экранами производится различными способами:

- перелистыванием (нажатием, удержанием и сдвигом)

- Нажатием на соответствующую область в полосе быстрой навигации

- клавишами клавиатуры

Активация вкладки «Экраны» открывает доступ к дополнительным элементам управления:



Рисунок 12 - Вкладка дополнительные параметры

- Временное скрытие приложения

- Выход из приложения

- Активация вкладки «Настройки»

- Выбор и активация дополнительных экранов

При длительном нажатии и удержании на любом из сенсоров открывается информационное окно с детальной информацией и описанием датчика.

В движении есть возможность переключаться между различными экранами с наборами данных о поездке. Хобдрайв помимо отображения данных, постоянно следит за состоянием двигателя и предупреждает о возможных неисправностях. При возникновении проблемы он издает предупреждающий звуковой сигнал и визуальный индикатор.

Экран «Основные показания»

Экран с датчиками, описывающими текущее состояние автомобиля в движении.

Все датчики (сенсоры) считываются последовательно, скорость обновления может зависеть от производительности вашего ELM- адаптера и устройства на котором запущен HobDrive. Задержка в чтении показаний может достигать 1-2 секунд. Значения всех OBD2 датчиков передаются ECU (управляющим процессором) автомобиля. Они могут не совпадать с реальными или вообще быть некорректными (не поддерживаться автомобилем). Это не является ошибкой приложения и обусловлено особенностями реализации ECU вашего автомобиля. Различные датчики имеют разный период обновления. Например RPM (обороты двигателя) обновляются максимально часто, а температура антифриза -- с периодичность около 10сек.

Рисунок 13 - Экран основных параметров бортового компьютера

7.1 Описание сенсоров

К основным сенсорам относятся:

* Скорость: Текущая скорость движения автомобиля. Показания снимаются с датчиков автомобиля и должны совпадать с показаниями спидометра. Выводимое значение скорости может отличаться от реальной скорости, измеренной по GPS ввиду погрешности в самом автомобиле.

* Ускорение: мгновенное ускорение, показывает на сколько сильно вы ускоряетесь или замедляете движение. Выражается в метрах на секунду в квадрате.

* Обороты: Текущие обороты двигателя.

* Уровень топлива: Оценочный уровень топлива в баке.

* Расход топлива: Топливная экономичность в литрах на 100км. Считается за текущую поездку или выбранный интервал времени. Основной параметр, характеризующий эффективность вашего автомобиля.

* Напряжение: Напряжение в бортовой сети автомобиля. Может использоваться для оценки эффективности работы генератора или оценки уровня разрядки аккумулятора. Может отличаться от реального напряжения на аккумуляторе, т. к. реально показывает напряжение в цепи OBD-II разъема.

* Температура антифриза: текущая температура антифриза (и двигателя). Основной параметр для оценки степени прогретости двигателя.

* Температура впуска: температура воздуха на впуске в камеры сгорания. Обычно близка к температуре окружающего воздуха, но может отличатся от нее в ту или другую сторону в зависимости от режима работы.

* Температура воздуха: Температура окружающей среды. Может быть недоступна на некоторых автомобилях.

Экран «Бортовой Компьютер»

Рисунок 14 - Экран параметров бортового компьютера

Экран описывает основные показатели текущей поездки либо выбранного интервала времени. Позволяет оценить как совокупную эффективность и стоимость пробега, так и мгновенные показатели расхода. Большинство показателей отображаются для выбранного интервала поездки (по умолчанию -- текущая поездка).

7.2 Описание показателей

К основным показателям относятся:

* Время в пути: время проведенное в автомобиле с включенным зажиганием.

* Время простоя: время стояния в пробках, на светофорах с работающим двигателем. Простоем считается и движение с очень маленькой скоростью (значение по умолчанию -- 5 км/ч).

* Топлива в час: мгновенный расход топлива в единицу времени в литрах. Обычные показания для холостого хода -- от 0.5 до 1.5 литров в час, в зависимости от двигателя. Позволяет контролировать режим работы двигателя, влияние дополнительных источников нагрузки на расход (например влияние кондиционера).

* Мгновенный расход: топливная экономичность (в литрах на 100км) за последние несколько секунд. Позволяет оценить экономичность вашего автомобиля в динамике. Может сильно отличатся от заявленной топливной экономичности автомобиля.

* Расход топлива: общий расход за поездку (выбранный интервал времени). Основной параметр, по которому можно оценить совокупную эффективность и экономичность вашего автомобиля. Выражается в литрах на 100км. Вычисляется как (израсходованное топливо) % (пройденное расстояние) * 100.

* Кратковременный расход: топливная экономичность за последние несколько минут. Позволяет проследить эффективность вашего движения в краткосрочном интервале времени. Может отличаться от совокупного расхода в зависимости от стиля движения в последние минуты.

* Температура антифриза: датчик дублируется с экрана «Главное», как один из важных.

* Пробег за поездку: общий пробег за поездку (текущий анализируемый интервал времени). См. Раздел Калибровка параметров для информации по настройке этого показателя (в случае несовпадения с наблюдаемым по встроенному одометру).

* Топлива израсходовано: общее количество топлива в литрах, израсходованное за поездку (текущий анализируемый интервал времени).

7.3 Дополнительные экраны бортового компьютера

Рисунок 15 - Вкладка «Еще сенсоры»

Экран «Еще сенсоры» показывает дополнительные сенсоры, в основном интересные для профессиональной диагностики.

Рисунок 16 - Вкладка «Лямбда датчики»

Экран «Лямбда датчики» показывает показания датчиков кислорода (не все четыре могут присутствовать -- в зависимости от автомобиля).

Рисунок 17 - Вкладка «Все сенсоры»

Экран «Все сенсоры» Экран со списком всех доступных в системе сенсоров. Нажатие на любой из сенсоров активирует чтение его значения. Еще одно нажатие -- деактивирует его.



8. Система автоматической коррекции бензо-воздушной смеси ДВС

Современные карбюраторы - это не просто топливораспределительный узел автомобиля, но и по-настоящему «умная» деталь. Использование всевозможных электронных системы управления позволило совершить реальный прорыв в концепте карбюраторных агрегатов, когда, казалось бы, инжекторы вытеснили их из привычной сферы использования. В итоге, карбюраторы нынешних автомобилей являются чуть ли ни обучаемыми роботами, которые самостоятельно отлаживают свою работу и делают эксплуатацию машины для водителя в разы комфортабельнее.

Рисунок 18 - Топливораспределительная система автомобиля

Система автоматической коррекции бензо-воздушной смеси двигателя внутреннего сгорания реализованная на основе платы Arduino UNO с применением шагового двигателя и потенциометра.



Рисунок 19 - Функциональная схема управления

Структурная системы автоматической коррекции бензо-воздушной смеси с микропроцессорным управлением, представлена на рисунке 20.

Рисунок 20 - Структурная схема системы управления заслонкой

В микроконтроллерной части данной системы лежит отладочная плата Arduino UNO на базе микроконтроллера ATmega.

Система управления (СУ) принимает аналоговый сигнал от задатчика в аналогово - цифровой преобразователь (АЦП), который отвечает за преобразование аналогового сигнала в цифровой для передачи его микроконтроллеру(МК), где он его обработает, и в соответствии с заложенной программой выработает управляющий сигнал в цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), где в свою очередь сигнал обратно преобразовывается в аналоговый и передается на плату драйвера шагового двигателя (ДД) где усиленный сигнал уже передается на исполнительный механизм, которым является шаговый двигатель(ШД).

Рисунок 21 - Принципиальная схема системы управления заслонкой

Рисунок 22 - Блок-схема алгоритма системы управления заслонкой

Принцип работы собранного стенда заключается в том, что потенциометр имитирует датчик показания положения основной топливной заслонки топливораспределительного узла, а шаговый двигатель имитирует привод управления заслонкой камеры ускорителя, которая должна отклонятся на определенный угол в зависимости от положения заслонки основной топливной камеры, что обеспечивает более точное и правильное формирование бензо-воздушной смеси для подачи ее в камеру сгорания ДВС.

Соблюдением зависимости градуса отклонения заслонки ускорителя от градуса открытия/закрытия основной топливной заслонки и занимается микроконтроллер.

Корректная работа двигателя во всех диапазонах оборотов напрямую зависит от подачи бензо-воздушной смеси в правильном соотношении, коррекцией которой и занимается бортовой компьютер, основываясь на алгоритмах и данных загруженных в его ПО, обеспечивая более стабильную работу двигателя при разных режимах работы, а также исключает «провал» оборотов при резком открытии дроссельной заслонки. Реализация системы управления показана на рисунке 18.

Рисунок 23 - Реализация системы управления заслонкой обогатителя

8.1 Характеристики микроконтроллера

Рассмотрим перечисленные составляющие по порядку, двигаясь согласно диаграммы по часовой стрелке, начиная с разъёма USB-B.

Рисунок 24 - Составляющие микроконтроллера Arduino UNO

Разъём USB-B

Коннектор шины USB, в данном случае "папа" типа B. Предназначен для подключения Arduino по шине USB в качестве slave-устройства к различным USB-хостам (например, к компьютеру).

USB-to-USART

Микросхема-преобразователь, позволяющая организовать линию передачи данных формата USART по шине USB.

На разных платах Arduino эти микросхемы различаются. Например, в Duemilanove (на фото) используется чип FTDI USB<->USART, а например в Uno и Mega 2560 это преобразование выполняет специально запрограммированный микроконтроллер ATmega8U2.

Светодиод D13

Светодиод, подключенный через токоограничительный резистор к выводу Digital 13. Можно сказать, что это главный мигательный светодиод Arduino, во всяком случае на моей Duemilanove скетч примера Blink мигает именно этим светодиодом.

Светодиоды TX/RX

Светодиоды индикации Transmitter Exchages и Receiver Exchanges, подключенные к выводам чипа USB-to-RS232. Когда светится светодиод TX, это означает, что Arduino передаёт данные хосту, и наоборот - при приёме данных Arduino от хоста светится светодиод RX. Таким образом маркировка TX означает "я передаю (Transmit) данные", а RX означает "я принимаю (Receive) данные".

Выводы Digital

Тринадцать цифровых контактов портов ввода-вывода D и B микроконтроллера ATmega328p, к которым добавлены контакты GND (земля) и AREF (Analog Reference Voltage -- Аналоговое Сравнительное Напряжение), сгруппированные в две гребёнки типа 8x1 с шагом 2.54 мм (0.1 дюйма).

Выводы Digital 0..7 соответствуют порту ввода-вывода D, а выводы Digital 8..13 младшим пяти разрядам порта ввода-вывода B.

Светодиод PWR

Красивый зелёненький светодиод индикации шины питания +5 Вольт. Когда он светится, это означает, что схема включена, причём в правильной полярности включена. Если схема включена, а светодиод почему-то не светится, то стоит принюхаться, по всем признакам должен присутствовать запах горелой изоляции.

Оснащать плату светодиодом индикации питания -- это функция настолько полезная по моему мнению, что я все свои платы, даже сравнительно простые модули, обязательно данной функцией оснащаю. Хотя по идее их вообще должно быть два: "напряжено подано" и "плата успешно запитана", и двухцветные леды ST Microelectronics показали мне, что очень даже правильно делать именно так, другой вопрос -- наличие таких светодиодов в свободной продаже, но это уже другой вопрос.

Кнопка сброса

При нажатии и отпускании этой кнопки с говорящей подписью RESET (на Mega 2560) или ничего не говорящей подписью S1 (на Duemilanove) производится перезапуск микроконтроллера. При удержании низкого сигнала микроконтроллер можно перепрограммировать через выводы разъёма ICSP благодаря встроенной функции ISP (In-System Programming).

Разъём ICSP

Шесть выводов разъёма ICSP представляют собой интерфейс SPI за исключением сигнала SS (Slave Select -- Выбор Исполнительного Устройства). Посредством данного интерфейса можно программировать микроконтроллер Arduino, минуя загрузчик bootloader, либо если требуется прошить новую версию загрузчика или управляющие биты FUSE.

Микроконтроллер ATmega328p

Ядром Arduino как платы является микроконтроллер, в случае с Duemilanove это ATmega328p. Подробнее о том, как устроен сам микроконтроллер, можно прочитать в статье Микроконтроллер Arduino.

Выводы Analog In

Младшие шесть разрядов порта ввода-вывода C микроконтроллера ATmega328p сгруппированы в контактную группу Analog In.

Название группы (по-русски Аналоговый Ввод) этих контактов может смутить, но дело в том, что эти выводы микроконтроллера совмещены со входами каналов аналого-цифрового преобразователя (АЦП) Arduino, так что любой из них может использоваться либо как обычный цифровой пин ввода-вывода, либо как входной вывод канала АЦП. Поэтому они промаркированы на плате как Analog In, что несколько сбивает с толку начинающего -- можно ли их использовать для цифрового вывода.

Для цифрового можно, аналоговый -- только ввод.

Выводы Power

В этой контактной гребёнке сгруппированы напряжения питания, земля и сигнал сброса.

Сигнал +3.3 Вольт можно использовать только как reference voltage, поскольку происходит это напряжение с reference-вывода чипа FTDI USB<->RS-232. И хотя на платах c USB через ATmega8U2 для совместимости ставится LDO-регулятор, который способен обеспечить ток в 0.15 Ампер, хорошей практикой для шилдов Arduino является именно взять с Arduino +5 Вольт и через регулятор получить питающие +3.3 Вольт.

Сигнал сброса является не только выходом, но и входом, плату можно сбрасывать, используя этот контакт. С остальными контактами ситуация следующая:

· Vin -- ввод и вывод

· Gnd -- земля

· 5V -- вывод; ввод только в случае, если не требуется гарантировать бесперебойное выполнение скетча в ситуации, когда USB было подключено, а затем снова отключено

· 3V3 -- вывод

· RESET -- ввод и вывод

Блок питания

Почти четверть площади платы занимают элементы блока питания Arduino. Но популярность решения такова, что скорее всего чип где-то кем-то, возможно просто запатентован неудачно.

Разъём питания

Максимальное входное напряжение, подаваемое на этот разъём или контакт Vin, равно 20 Вольтам. Не забыть добавить диод.

Резонатор 16МГц

Кварцевый резонатор 16МГц, выравнивающий частоту импульсов основной тактовой частоты микроконтроллера. Читал я в Сети, что его можно выпаять, впаять кристалл на 20 МГц, перепрошить загрузчик bootloader, и что вроде как работает, даже не греется. Но увы, дело тут не в перегреве, а во внутреннем исполнении микросхемы. Так что на +5В оно возможно и работает, а если батарейка сядет до +4В, будет ли работать -- вот в чём печаль.

8.2 Код программы управления

//библиотеки для работы с шаговым двигателем 28BYJ-48

#include <AccelStepper.h>

#include <MultiStepper.h>

#define pot A0 //инициализация аналогового вывода контроллера для снятия сигнала с потенциометра(pot)

#define HALFSTEP 8

// Определение пинов для управления двигателем

#define motorPin1 7 //IN1 на 1-м драйвере ULN2003

#define motorPin2 6 //IN2 на 1-м драйвере ULN2003

#define motorPin3 5 //IN3 на 1-м драйвере ULN2003

#define motorPin4 4 //IN4 на 1-м драйвере ULN2003

unsigned char x=0; //определяем переменную х

// Инициализируем последовательность выводов IN1-IN3-IN2-IN4

для использования AccelStepper с двигателем 28BYJ-48

AccelStepper stepper1(HALFSTEP, motorPin1, motorPin3, motorPin2, motorPin4);

void setup() //осуществляем вызов функций

{

pinMode(pot, INPUT); //вызываем функцию с именем pinMode и устанавливаем пин pot в режим INPUT для снятия сигнала с потенциометра

stepper1.setMaxSpeed(2000.0); //Задаём максимальную скорость двигателя

stepper1.setAcceleration(2000.0); //Задаём ускорение двигателя

stepper1.setSpeed(200); //Установим скорость в шагах за секунду

stepper1.moveTo(360); //Перемещаем в абсолютно указанное положение

}

void loop() // основной цикл программы

{

x = analogRead(pot)/4; //чтение данных потенциометра

stepper1.moveTo(x * 4); //команда переместиться в указанное положение

stepper1.run(); //команда на запуск самого движения двигателя

}



Заключение

Современный автомобиль - сложнейшее техническое средство над созданием, которого трудятся тысячи инженеров, используя новейшие технологии разных областей науки, в том числе современные вычислительные машины. Но без вычислительных машин нельзя обойтись не только при создании автомобиля, но и при его повседневной эксплуатации. Одной из систем помогающих в повседневной эксплуатации автомобилей и является бортовой компьютер или как его еще называют маршрутный компьютер - тестер (МКТ).

В рамках данной курсовой работы была реализована система автоматической коррекции бензо-воздушной смеси двигателя внутреннего сгорания на основе микроконтроллера Arduino UNO. Изучен принцип работы блока управления бортового компьютера, что дало знания в области устройства бортовых систем автомобиля, их работы, а так же понимание принципа управления его параметрами и способа реализации данных систем учитывая особенности устройства автомобиля, и их реализции в зависимости от требований пользователя. Получил знания в области моделирования узлов систем автоматизации автомобиля и управления их параметрами посредством микроконтроллера Arduino UNO.



Список используемой литературы

1. Опарин И., Купеев Ю., Белов Е. Электронные системы зажигания. - М.: Машиностроение, 2004.

2. В.Петик, К.Черемис, г. Энергодар «Радиолюбитель».

3. Справочник по полупроводниковым приборам: диоды, транзисторы. А. Б. Гитцевич., А. А. Зайцев. «Радиотон», Москва 1995 г.

4. С. Т. Усатенко, Т. К. Каченюк, М. В. Терехова "Выполнение электрических схем по ЕСКД", справочник, Москва, издательство стандартов, 1999 г.

5. Садченко Д. А. Справочное пособие по радиоэлементам. Том 1. - М.: СОЛОН-Р, 1997 г.-208с.

6. Шило В.А. Популярные цифровые микросхемы. Справочник. - М.: Радио и связь, 2007.

7. Юшин A.M. Цифровые микросхемы для электронных устройств. Справочник. - М.: Высшая школа. 2003.

Размещено на Allbest.ru