Цифровой тахометр с квазианалоговой шкалой

В наше время в связи с развитием электроники вообще и автомобильной электроники в частности ставится задача создания прибора для автомобиля, который включает в себя задачи точного измерения и индикации параметров работы двигателя автомобиля и выработки рекомендаций для водителя.

Данный прибор должен измерять и отображать параметры работы двигателя, а также формировать рекомендации для водителя, в частности относящихся к правильному переключению коробки передач.

Индикация должна быть простой и понятной начинающему водителю. В настоящее время существует множество систем, выполняющих функции системы цифровой индикации частоты вращения коленчатого вала; системы квазианалоговой индикации частоты вращения коленчатого вала с линейной шкалой, цифровых спидометров и прочее. Проведя детальный анализ этих типов систем, находим присущие им недостатки:

У аналоговых приборов присутствует очевидный недостаток - повышенная погрешность отображения, связанная как с погрешностью самой шкалы прибора, так и с инерционностью прибора [1, 3].

В системах цифровой индикации измерения частоты вращения коленчатого вала существует неудобство использования, так как при вождении машины очень неудобно отслеживать изменения на цифровом индикаторе. Кроме того, многие аналоги измеряют число импульсов, а это приводит к увеличению инерционности (время подсчета составляет порядка 1 сек с небольшими вариациями от системы к системе) и абсолютной погрешности в области низких частот вращения вала (при частоте 400 об/мин - частота холостого хода число импульсов равно 6 и погрешность приближается к цифре 17%).

Для приборов квазианалоговой индикации частоты вращения коленчатого вала с линейной шкалой характерно объединение недостатков и тех и других.

Исходя из этих данных можно заключить, что актуальным является решение вопроса, создания прибора, выполняющей функции как цифрового, так и квазианалогового тахометра с учетом требований к точности измерения, а также к удобству считывания информации.

При разработке прибора надо иметь в виду следующее:

1. Разрабатываемый прибор должен быть смешанным (объединить систему цифровой и квазианалоговой индикации частоты вращения коленчатого вала), что приведет к уменьшению погрешности отображения и повышению наглядности отображения одновременно.
2. В разрабатываемом приборе должна быть уменьшена инерционность за счет применения другого метода измерения, а также применения различных методов сглаживания информации.
3. В разрабатываемом приборе должна быть существенно уменьшена погрешность измерения (особенно в области низких частот вращения коленчатого вала), что может быть достигнуто применением другого метода подсчета. При подсчете времени погрешность измерения уменьшается в области низких частот, но повышается в области высоких частот, но это не так критично, нам не необходимы особо точные значения в этой области. Поэтому необходимо предусмотреть разбиение диапазона измеряемых частот на несколько интервалов, и введение нелинейной шкалы для удобства отображения информации.

Известно, что быстро меняющиеся величины лучше измерять не цифровым способом, а аналоговым, так как человеку свойственно оценивать не точно, а по принципу больше-меньше. Данный тахометр как раз использует квазианалоговую индикацию оборотов – "растущая полоска" с фиксацией пика. Микроконтроллер измеряет периоды импульсов сигнала тахометра и преобразует их в данные для индикации. Фиксация пика осуществляется так: максимальное значение фиксируется одним горящим светодиодом на 2 секунды и потом пик "убегает" назад к основной полоске. При включении зажигания на 3 секунды зажигаются все светодиоды для контроля наличия неисправного.

Клапан отсечки топлива срабатывает при достижении 5900 оборотов в минуту. При падении оборотов до 5400 клапан снова включается. Это сделано для недопущения выхода двигателя на запредельный режим. Клапан необходим потому, что на таких оборотах свечи двигателя сильно раскалены, и если отключить зажигание, пропадут импульсы тахометра так еще и двигатель будет работать на калильном зажигании, что очень вредно.

Девайс имеет BUZZER (пищалку) (Пищалка – Пьезокерамический излучатель на 5 вольт с встроенным генератором (например HPA-05X, COS-06X и т.п.), которая начинает издавать звуковые сигналы при приближении к максимальным оборотам, также появляется лог.1 на флаговом выходе – ее можно использовать для управления речевым информатором или колокольчиком (BUZZER в этом случае нужно отключить джампером).

1. Лисовская, А. А. Цифровой тахометр с квазианалоговой шкалой / А. А. Лисовская // Моделирование, компьютерное проектирование и технология производства электронных средств : сборник материалов 49-й научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов, Минск, 6–10 мая 2013 года / Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники ; редкол.: Бондарь И. В. [и др.]. – Минск, 2013. – С. 223–224.
2. Медведев, А.М. Сборка и монтаж электронных устройств/ А.М.Медведев – М.: Техносфера, 2007 – 256 с.
3. Пат.2082171 Российская Федерация, МПК G01P3/48 Цифровой тахометр для измерения параметров асинхронного двигателя / Белов Л.Б., Иконников А.Н., Филиппов В.В.; заявитель и патентообладатель Товарищество с ограниченной ответственностью "Конус" - № подача заявки: 1993-06-15. публикация патента: 20.06.1997 Бюл. №17.