Цифровой спидометр на Ардуино для автомобиля или мотоцикла и электронный одометр своими руками

В инструкции будет рассказано, как сделать цифровой спидометр для своего велосипеда. Да, это то же самое, что мы используем в автомобилях и мотоциклах, но он будет очень дешевым.

У собранного своими руками электронного спидометра будет три режима:

• Спидометр (определение скорости) и одометр (пройденная дистанция)
• Задача 1 – проехать 32 км (20 миль)
• Задача 2 – достичь скорости 30 км\ч

Спидометр собран на Ардуино, так что нет предела вашему воображению.

Шаг 1: Как всё работает

Принцип работы проекта прост, но для сборки его нужно понимать. В самом простом понимании, он состоит из Геркона или магнитного выключателя, установленного на раму велосипеда и еще одного магнита, установленного на спицу колеса.

Так как колесо вращается, то магнит активизирует выключатель при каждом обороте. Сигнал поступает на Ардуино, который считает количество оборотов и по ним определяет покрытую дистанцию (нужно будет сначала указать диаметр вашего колеса). Также Ардуино следит за временем и вычисляет скорость. Данные выводятся на дисплей, где они отображаются в милях в час (или в километрах, если доработать формулу).

Шаг 2: Необходимые материалы

Проект недорогой и может обойтись вам в 300-700 рублей. Сборка потребует от вас некоторые умения в пайке.
Материалы для сборки:

1. Плата Ардуино – если вы возьмёте Ардуино Про Мини, то для программирования вам также понадобятся Ардуино Уно или адаптер usb-ttl (как программировать Ардуино Про Мини через Ардуино Уно) или используйте Ардуино Микро или Ардуино Уно.
2. Дисплей Ардуино 16×2
3. 3.7805 voltage regulator (increases the control over the contrast no major difference -optional)
4. 2x выключателя для задней подсветки (опционально)
5. Резистор на 220 Ом
6. Потенциометр на 10k Ом
7. Джамперы мамы и папы, если вы хотите, чтобы Геркон был съемным
8. Геркон
9. Провода
10. Мгновенный переключатель, чтобы менять режимы
11. Конденсатор 0.1uf чтобы уменьшить дибаунс кнопки
12. Резистор 10k Ом

Список необходимого инструмента:

1. Паяльник
2. Припой
3. Корпус
4. Что-то наподобие дремеля, чтобы прорезать в корпусе отверстия для установки электроники и дисплея
5. Горячий клей или что-то подобное для закрепления компонентов на местах.

Шаг 3: Код

Перед тем, как мы перейдём к электронике, будет неплохо загрузить код, чтобы вы не испытывали конфуз, метаясь между неправильно подключенными проводами. Загрузите код на Ардуино, перед этим не забыв указать диаметр колеса вашего велосипеда.

Шаг 4: Электроника

Схема соединения компонентов приложена выше, но я также напишу её отдельно.

LCD -ARDUINO

• 1 — GND
• 2 VCC
• 3 VIPER PIN на потенциометре (концы на vcc и gnd, а центр на пин 3 дисплея)
• 4 13
• 5 gnd
• 6 12
• 7 —
• 8 —
• 9 —
• 10 —
• 11 11
• 12 10
• 13 9
• 14 8
• 15 VCC
• 16 GND

• Резистор на 220 Ом соединяем между пином 2 Ардуино и землёй
• Мгновенный переключатель соединяется с пином 2 и vcc
• Конденсатор на 0.1 uf помещаем между двумя клемами выключателя, чтобы уменьшить дибаунс
• Геркон на vcc и A0
• Резистор между A0 и gnd

После соединения всех компонентов можно запитать девайс и проверить, что всё работает.

Шаг 5: Корпус

Корпус можно сделать из пластика или дерева, он должен быть прочным и в нём должно быть достаточно пространства.
После установки переключателей, экрана, кнопки и хедеров проверьте девайс на работоспособность. Постарайтесь сделать устройство водонепроницаемым, ведь оно окажется в самых худших для работы условиях.

Шаг 6: Тестирование и устранение неполадок

Запитайте устройство от батарейки 9V и проверьте все три режима. Поднесите магнит близко к Геркону и скорость с дистанцией должны начать увеличиваться.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Самодельный цифровой спидометр для транспортного средства (4521, 4026)

Принципиальная схема самодельного цифрового спидометра, который подойдет в качестве замены для штатного спидометра в автомобиле. Схема умеет измерять частоту импульсов на выходе датчика скорости, позволяет самостоятельно собрать простой трехразрядный цифровой частотомер. При этом слишком уж большой точности не требуется, вполне достаточно такой же, как и у стрелочного прибора.

Принципиальная схема прибора

Прибор собран на микросхемах CD4521, CD4026 и CD4011. Все эти микросхемы, а так же, кварцевый резонатор и индикаторы можно приобрести на китайском сайте AliExpress (набираете в поиске, например, CD4521, и получаете несколько предложений). Во всяком случае, автор приобретал их именно через этот сайт, с почтовой доставкой.

Измерение частоты импульсов на выходе датчика скорости показало, что при скорости движения 10 км/час частота колеблется в пределах 27-30 Гц. То есть, при частоте на входе 27 Гц спидометр должен показать «10». Выходит, что период измерения должен быть 0,37 секунды.

Задающий генератор выполнен на микросхеме D1 типа CD4521. Эта микросхема содержит логические элементы для построения схемы мультивибратора и 24-х разрядный двоичный счетчик. Мультивибратор сделан кварцевый, с кварцевым резонатором на частоту 4,194304 МГц.

В результате на выводе 12 D1 логическая единица появляется первый раз через 0,125 секунды, на выводе 13 — через 0,25 секунды, на выводе 15 — через одну секунду, на выводе 1 — через две секунды.

Если объединить выводы 12 и 13 логическим элементом «2И-НЕ» (D5.3), то на его выходе будет появляться логический ноль через 0,25+0,125=0,375 секунды. То есть, чуть больше 0,37 секунды, что, учитывая допустимую погрешность спидометра, вполне приемлемо.

Измерительно — индикаторный счетчик выполнен на трех микросхемах CD4026, каждая из который представляет собой десятичный счетчик со встроенным дешифратором под семисегментный светодиодный индикатор с общим катодом.

Входные импульсы нужно подавать на вывод 1. Вход можно закрыть, подав логическую единицу на вывод 2 микросхемы. А выключить индикацию можно подав логический ноль на вывод 3.

Таким образом, чтобы начать период измерения, нужно на выводы 2 и 3 подать нули. При этом вход откроется, а индикация отключится. Чтобы начать период индикации нужно на эти же входы подать единицы, — вход закроется, а индикация включится. Поэтому у счетчика младшего разряда (D2) выводы 3 и 2 соединены.

А у остальных счетчиков выводы 2 соединены с общим минусом, чтобы их входы всегда были открыты.

Рис. 1. Принципиальная схема самодельного цифрового спидометра (частотомера).

Еще есть вывод 15 — обычный вход обнуления, для обнуления на него нужно подать единицу. Еще вывод 5 — вывод переноса для каскадирования, к нему подключается вход счетчика более старшего разряда.

Цикл начинается с нулевого состояния счетчика D1, и измерительных счетчиков. В момент обнуления RS-триггер D5.1-D5.2 установлен в состояние с логическим нулем на выводе 3 D5.1. При этом, измерительный счетчик подсчитывает импульсы, поступающие на его вход от датчика скорости. А индикаторы выключены.

Через 0,375 секунды на выходе D5.3 появляется логический ноль, и RS-триггер D5.1-D5.2 переключается в противоположное положение. Теперь на выводе 2 D2 и выводах 3 D2-D4 — логическая единица. Вход измерительного счетчика закрывается, и включаются индикаторы. Начинается период индикации.

Еще через 1,625 секунды появляется логическая единица на выводе 1 D1. Обнуляется измерительный счетчик, гасится индикация, обнуляется счетчик D1, и начинается следующий период измерения. Таким образом, период измерения длится 0,375 секунды, период индикации длится 1,625 секунды. А общий цикл составляет 2 секунды.

Если хотите ускорить работу, можно к входам D5.4 и R6 подключить вывод 15 D1 вместо вывода 1. Но тогда, субъективно, индикация скорости не такая четкая. Хотя, и показания меняются быстрее.

Монтаж

Монтаж выполнен на макетной печатной плате. Индикаторы можно заменить любыми одиночными семисегментными светодиодными с общим катодом.

Индикаторы склеены в один блок, и соединены с основной схемой ленточным кабелем. Индикаторы помещены в неисправную приборную панель, под её стекло. Индикаторы красного свечения, чтобы улучшить их зрительное восприятие, на их лицевую сторону наклеена полоска красной прозрачной ленты.

Яркость свечения индикаторов зависит от сопротивлений резисторов R7-R27. Индикаторы расположены в приборной панели, поэтому они защищены от внешнего света солнцезащитным козырьком, и большой яркости свечения не требуется. В другом случае установки, может потребоваться увеличение яркости свечения, что можно сделать уменьшением сопротивлений R7-R27.

Отечественных полных аналогов микросхем CD4521 и CD4026 нет. Можно заменить на . 4521 и . 4026 других фирм (первые две-три буквы другие).

Как сделать цифровой спидометр в автомобиль

Если вы давно хотели что-то поменять на приборной панели или просто обновить ее, предлагаем вам собрать цифровой спидометр. Делается он просто, требует минимум элементов и немного усилий. Зато позволит преобразить панель и придать ей новый образ. Придавая вашему автомобилю некий элемент отличия от остальных представителей этого же класса.

Конструкция схемы предельна, проста, для ее сборки вам понадобятся:

• – микроконтроллер ATmega8 – основная часть схемы, на нем задаются программное управление;
• – светодиодный семисегментный индикатор – на нем непосредственно отображается значение скорости, определенное датчиком и обработанное на микроконтроллере;
• – стабилизатор напряжения на 5 В (КР142ЕН5), на схеме он не указан, цепляется к схеме со стороны «+5 В», нужен для стабилизации напряжения;
• – конденсаторы (2 шт) номиналом 47 мкФ не менее 25В, на схеме также не указаны служат для фильтрации напряжения до и после стабилизатора напряжения;
• – Резисторы номиналом 1 кОм (3 шт), 10 кОм (1 шт) и 150 Ом (7 шт).

Понятно, что конструкция действительно очень проста, приступаем к самой сложной части. Прошивка микроконтроллера, будет зависеть от типа, установленного у вас датчика скорости. Один из самых распространенных датчиков выдает 6 импульсов на 1 метр пути. Прошивочный файл представленный в конце статьи сделан именно под такой датчик. Обновление показаний скорости запрограммировано на частоту в 2 Гц.

Принцип работы довольно простой, навесных элементов минимум, как видно из схемы.

Микроконтроллер ATmega8 не требует внешнего генератора импульсов или навесного конденсатора, т.к. содержит внутренний генератор, достаточно просто подать на него питание, и он генерирует сам для себя тактовую частоту в 1 МГц.

С фьюзами микроконтроллера также ничего не делаем, достаточно просто прошить. Микроконтроллер замеряет количество поступивших с датчика скорости импульсов в определенный период времени, вычисляет скорость, преобразует это значение в км/ч и выводит это значение на индикатор. Все это справедливо именно для семисегментного индикатора с общим анодом в случае использования любого другого схема работать не будет.

На фотографиях представлена трассировка платы, для установки всех необходимых элементов и окончательный вид устройства. И указано местонахождения датчика скорости в автомобиле, если вдруг возникнет проблема, где его искать.

Цифровой спидометр автомобиля на основе GLCD

Индикаторы в приборной доске автомобиля всегда играли и играют важную роль в отображении важных показателей состояния средства передвижения. Одним из важных и устанавливаемых на всех автомобилях является спидометр – прибор для отображения скорости передвижения автомобиля.

Автомобильные спидометры, устанавливаемые при производстве современных автомобилей, обладают весьма привлекательным внешним видом, четко и ярко отображают показания в темное время суток. Но что делать тем, у кого автомобиль старого производства, а спидометр оставляет желать лучшего в плане восприятия отображаемой информации?

Ответ прост – купить готовый, но только для тех, кто не увлекается электроникой и не любит сделать что-то своими руками. Именно поэтому, я решил собрать цифровой спидометр на замену штатному в автомобиле ВАЗ 2106 друга-автолюбителя.

Описание прибора

Так как хотелось, чтобы прибор был современным и выглядел красиво, то было принято решение использовать современную элементную базу и графический дисплей для отображения информации.

После тщательного и долгого просмотра статей в интернете были выбраны для использования следующие основные компоненты:

Микроконтроллер PIC18F2550 SOIC – «сердце» спидометра, выполняющее весь необходимый функционал.

Стабилизатор напряжения LM317 – регулируемый стабилизатор напряжения, который настроен на 10,5В, питает подсветку графического индикатора и стабилизатор напряжения, питающий логическую схему спидометра.

Стабилизатор напряжения L1117 – стабилизатор напряжения с фиксированным напряжением 3,3В, питающий логическую схему спидометра.

Графический LCD от телефона Siemens S65 (LS020) – используется для отображения всей информации, предоставляемой микроконтроллером.

Подробный список компонентов представлен в файлах проекта платы и схемы принципиальной электрической в формате программы Diptrace.

Функционал спидометра

При проектировании устройства захотелось добавить дополнительные функции, которые были бы интересны для автомобилиста, и которых не было в штатном спидометре:

Отображение напряжения бортовой сети автомобиля

Отображение ускорения автомобиля

Отображение времени разгона автомобиля с 0 до 100 км/ч

Спидометр способен показывать:

Скорость в диапазоне от 0 до 255 км/ч с точностью до 1 км/ч

Напряжение бортовой сети от 0 до 16В с точностью до 0,01В

Ускорение автомобиля от 0 до 255 м/с 2 с точностью до 0,01 м/с 2

Время разгона автомобиля до 100 км/ч от 0 до 255 с с точностью 0,1 с

Спидометр питается от бортовой сети автомобиля 12В

Работа спидометра

Для получения сведений о скорости автомобиля в коробку передач был установлен датчик скорости от автомобиля ВАЗ 2110, который сконструирован по принципу эффекта Холла и предназначен для преобразования частоты вращения приводного вала в частоту электрических импульсов.

Датчик скорости непосредственно подключен к плате спидометра. Для подключения датчика к спидометру необходимо правильно ориентировать контакты:

Датчик выдает 6 импульсов на один пройденный метр пути.

Сигнал от датчика является цифровым и имеет форму импульсов, что позволяет нам подсчитывать эти импульсы за равные промежутки времени.

Подсчет импульсов основан на том, что сигнал от датчика скорости приходит на порт микроконтроллера, настроенный на работу внешнего прерывания. В обработчике внешнего прерывания подсчитывается количество импульсов равное количеству прерываний за определенный промежуток времени, который отсчитывается внутренним таймером микроконтроллера.

Сам микроконтроллер работает на 48 МГц от кварцевого резонатора на 20 МГц. Такой мощный контроллер и запущен на такой высокой тактовой частоте не случайно. Для быстрого отображения информации на графическом LCD необходимо быстро выводить информацию, для чего и был выбран микроконтроллер PIC18F2550.

Вычисленная скорость отображается на графическом LCD.

Исходя из вычисленной текущей скорости, рассчитываются и другие показатели, такие как ускорение и время разгона до 100 км/ч, также отображаемые на графическом LCD.

Напряжение питания бортовой сети подается на АЦП микроконтроллера через делитель, чтобы напряжение, подводимое к контакту микроконтроллера, не превышало напряжение питания (3,3В). Напряжение измеряется через равные промежутки времени, отмеряемое одним из таймеров микроконтроллера. Измеряемое напряжение обрабатывается и выводится на графический LCD.

Таким образом, мы получаем на экране цифрового спидометра полную информацию о характере движения автомобиля, а также дополнительную информацию о состоянии аккумулятора.

Схема спидометра

Программа микроконтроллера

Программа микроконтроллера написана на языке CCS PICC. Для создания проекта программы микроконтроллера использовалась среда разработки MPLAB 8.66.

Корпус и установка

Плата спидометра выполнена из двустороннего фольгированного текстолита. Обе стороны соединены между собой переходными отверстиями.

Фото платы цифрового спидометра с двух сторон:

Плата с экраном были установлены в корпус штатного спидометра автомобиля ВАЗ 2106. Корпус штатного спидометра с платой цифрового спидометра был установлен в приборную панель на свое место.

Ниже показаны фото установленного цифрового спидометра в автомобиле.

Благодарности

Выражаю благодарность пользователям форума eletronix.ru за предоставленную информацию о работе с LCD Siemens S65.

Используемая литература

Описание микроконтроллера Microchip PIC18F2550

Паспорт датчика скорости Ваз 2110

Help языка CCS PICC

Embedded C programming and the Microchip PIC – Richard Barnett, Larry O’cull, Sarah Cox, 2004

Using_the_Siemens_S65_Display.pdf by Christian Kranz, 2005

Скачать прошивку и печатную плату вы можете ниже