»Все»Новости»Статьи»Схемы»Книги»Сайты»DataSheet»Приборы»Программы»Цены»Форум  РадиоЛоцман
en
расширенный поиск + все об электронике
Срезы:Измерительные приборы
Микроконтроллеры

18-07-2011

Мониторинг напряжения бортовой сети автомобиля. Часть 1 - Схема

Многие современные автомобили оборудованы системами диагностики, имеют бортовые компьютеры, которые предоставляют пользователям много дополнительной информации и значения основных параметров бортовых систем автомобиля в реальном времени. Однако, многие из них становятся доступными при подключении бортового компьютера к специальному диагностическому оборудованию. Одним из важных параметров, который необходимо отслеживать в реальном времени является напряжение аккумулятора автомобиля, а также система его подзарядки, т.к. выход ее из строя приводит к неисправности аккумулятора. Если система зарядки аккумулятора работает неправильно, батарея не получает нужного напряжения заряда (около 13.8 В).

Устройство для мониторинга напряжения бортовой сети автомобиля

В статье мы рассмотрим простое устройство на микроконтроллере компании Microchip PIC16F1827, позволяющее отслеживать напряжение бортовой сети автомобиля в реальном времени. Подключается оно в гнездо прикуривателя и на 4-хразрядном светодиодном индикаторе отображает значение напряжения.

Микроконтроллер для точного аналого-цифрового преобразования напряжения использует внутренний источник фиксированного опорного напряжения.

Данный проект – ничто иное, как точный цифровой вольтметр, подключаемый к бортовой сети автомобиля, который отображает мгновенное значение напряжения батареи. При остановленном двигателе  значение напряжения будет соответствовать действительному напряжению аккумулятора, при запущенном двигателе автомобиля устройство измеряет напряжение заряда на аккумуляторе. Функциональная блок-схема устройства изображена ниже.

Блок-схема устройства мониторинга напряжения бортовой сети автомобиля

Источник напряжения 5 В для питания микроконтроллера поступает от регулятора напряжения LM7805. Измерение напряжения аккумулятора производится с помощью АЦП микроконтроллера (канал AN4). Встроенный в микроконтроллер модуль фиксированного опорного (АМК) напряжения микроконтроллера конфигурируется на доставку положительного стабильного напряжения 4.096 В к АЦП для точного преобразования. Перед АЦП необходимо использовать резисторный делитель (R1 и R2), чтобы понизить входное напряжение АЦП (напряжение аккумулятора) ниже опорного напряжения.

Принципиальная схема устройства

Схема устройства мониторинга напряжения борт. сети автомобиля
Кликните для увеличения

Максимальное входное напряжение АЦП 4.096 В. Таким образом, максимальное напряжение VBattery (напряжение аккумулятора автомобиля), которое может быть измерено с помощью АЦП, получаем из выражения:

4.096 В = R2×VBattery / (R1 + R2),

или

VBattery = 16.93 В.

Диапазон входного напряжения АЦП можно увеличить, понизив сопротивление резистора R2. Стабилитрон в цепи делителя (параллельно R2) установлен с целью защиты входа микроконтроллера при повышении напряжения выше 5.1 В, т.к. любое случайное высокое входное напряжение может навсегда вывести из строя порт микроконтроллера.

Измеренное значение напряжения выводится на 4-разрядный светодиодный индикатор с общим катодом. Семь сегментов (a-g) и десятичная точка (DP) управляемые непосредственно микроконтроллером, подключены к порту B. Катоды индикатора подключены к микросхеме ULN2003, которая подключена к порту A микроконтроллера.

Расположение выводов микроконтроллера PIC16F1827

Расположение выводов микроконтроллера PIC16F1827

Вместо использования регулятора напряжения LM7805, для подключения устройства к бортовой сети автомобиля возможно использование доработанного автомобильного USB зарядного устройства. Как известно, USB порт имеет 4 вывода: +5 В, D+, D-, GND. В зарядном устройстве линии D+ и D- не используются. Поэтому, вскрыв корпус зарядного устройства, нужно отключить линию D+ от схемы и подключить его к +12 В с помощью отрезка провода. При таком решении мы получим: питающее напряжение +5 В для микроконтроллера, прямое подключение к бортовой сети автомобиля (+12 В), D- (не используется) и общий GND в USB коннекторе зарядного устройства.

Для подключения указанных сигналов к нашему вольтметру можно использовать переходник USB-A Male - USB B Male.

Конечно, такое решение (использование автомобильного USB зарядного устройства с переходником) не совсем удачное, т.к. пассажиры или водитель может случайно повредить конструкцию. Также и само устройство необходимо выполнить в более компактном варианте.

В следующей части статьи мы рассмотрим конструкцию бортового вольтметра и основные моменты в программном обеспечении микроконтроллера.

На английском языке: Voltage monitor for car's battery and its charging system. Part 1. Schematic

Перевод: Vadim по заказу РадиоЛоцман

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Недавно столкнулся с проблемой, генератор выдавал на АКБ ток зарядки в 17 ампер. Ваш контроллер похоже посыпется сразу, после таких замеров!
  • А причем здесь ток зарядки? Индикатор напряжения бортовой сети ток не меряет, границы измерения у прибора достаточно широки для автомобиля, но в случае превышения порога по напряжению имеется в схеме защитный стабилитрон на 5,1 вольта. Вот цитата из статьи:
  • А что это разработчики не смогли состряпать точность до долей МИКРОВОЛЬТА? Пожадали? А вообще, кому нужна такая, до сотки точность? Имхо, вполне достаточно: в норме или не в норме. Вся остальная индикация - это сигнал на устранение неисправности.
  • Более информативен и более нужен амперметр в цепи генератор-АБ. У меня в машине 2 цифровых V-метра на панели и в БК.
  • вода это всё! индикаторы- шминдикаторы. цешку любую подключил и смотри. нужно устройство которое бы мгновенно отключало все нагрузки, в идеале глушила машину при перенапряжении. сколько уже электроники в машинах погорело изза неисправного реле-регулятора. кто возьмется данный вопрос обсосать?
  • Все это правильно, все это - класс, но ... - не отвлекайтесь от дорожной ситуации на всякую ерунду. Более реальным и нужным представляется пороговый индикатор со звуковой сигнализацией (не только по АКБ, но и по температуре и уровню Охлажд Жидкости, уровню тормозной жидкости и т.д. Так как в хорошую солнечную (лучи прямо в лицо) погоду контрольные лампы (приборы) практически не видны. А разработчикам - спасибо.
  • Согласен полностью. Индикация отвлекает. На сына наорал одной рукой рулит другой в бортовом компе в виде кнопки ковыряется. Да и такие разработки только для начинающих. А вот бортовой комп в виде кнопки это вещь. и напряжение и расход топлива и сброс и индикацию ошибок. вещь очень полезная.
  • Для обывателя это лишнее.Потму что он и не знает какое напряжение должно быть на борту.Да и ток от напряжения не отличает.Ему достаточно трех светодиодов "мало","норма","много" Для радиолюбителя,можно попробовать.И то с целью попаять,поэкспериментировать.Сам пользуюсь тремя светодиодами,информации достаточно.После покупки такого сигнализатора я естественно его прогнал на БП и подстроил индикацию,до13.8 мало, от 13.8 до 14.2 норма,и выше 14.2 много.
  • Насколько я понимаю, здесь не предлагалось обсуждать насколько эта вещь кому нужна в машине, человек изначально ошибся, и я его поправил, чтоб небыло недопониманий у него по схеме. Каждый пусть решает сам нужен ему вольтметр в машине или нет, на радиолюбительском форуме обсуждают схемотехнику, а не полезность устройства. Думаю вещь очень полезная для автоэлектриков ремонтирующих генераторы и электропроводку, чтоб в пути при разных эксплуатационных режимах посмотреть напряжение зарядки. Насчет того, что мерять лучше ток зарядки аккумулятора тоже спорный вопрос. Аккумулятору пофигу каким током вы его заряжаете, он возьмет ровно столько, сколько ему надо и ток вернется в норму, по току зарядки можно только констатировать факт - насколько вы посадили аккумулятор неисправным стартером или китайским сабвуфером, а вот напряжение зарядки влияет на многое, в т.ч. аккумулятор может просто выкипеть при перенапряжении. Тут писали про обывателя, который не знает напряжение бортовой сети - и как же такой обыватель соберет схему вольтметра на микроконтроллере, и не сможет в гугле спросить какое нормальное напряжение в бортсети его автомобиля. Про необходимость данной вещи в машине можно спорить долго, но тогда скажите мне - чем полезна автомагнитолла в автомобиле - ведь она тоже отвлекает. Курящие не сильно отвлекаются от управления авто? или когда курите рулить привычно, а когда взгляд бегло пробежал по вольтметру - считай катастрофа... Вот когда сами для себя что-нибудь полезное спаяете, оно вам поможет, а потом от чистого сердца выложите на форуме для повторения другими, от доброты душевной, а вам ху..в насуют за бесполезность вашей самоделки и обосрут ее необходимость, вот тогда будет здорово. Про себя скажу следующее, напряжение бортсети не мерил никогда, так как машина позволяет этого не делать. Автору схемы большое спасибо за проделанную работу, собирать не буду, но схему и исходники для ознакомления с микроконтроллерами скачал.
  • На форуме можно обсуждать полезность ( и вредность)конструкции. И я не в коей мере не обс... (как вы выразились) конструкцию.Я выразился лишь по поводу целесообразности применения в авто подобных девайсов массово.Себе наверное соберу.Автору большое спасибо. Всякое бывает.Но в спорах рождается истина.
  • Я не конкретно Вас имел ввиду, наверное надо было цитировать кому отвечал, совпало, что мой топик под Вашим сразу идет, исправлюсь. Скажите мне, сколько лет человек должен отъездить с разными индикаторами в машине, чтоб потом утверждать, что они отвлекают, или как он пришел к такому мнению. У меня стоит двухдиновая магнитола с сэнсорным экраном 7", в некоторых видеоклипах эффект стробоскопа в вечернее время просто убивает, выше на панели стоит GPS, который по ночи тоже слепит - будь здоров, но ведь 3й год ездию и ничего не отвлекает. На другую свою машину (самоделку) ставил самодельную приборную панель индикации, отъездил 1 год, машину поставил на доработку, ничего не отвлекало. На "копейке" светодиодный тахометр в былые добрые времена был просто незаменим, и не отвлекал. уехал в китай, буду через неделю.
  • Не думаю что устройство будет отвлекать внимание.Лично меня больше отвлекает поиск (или извлечение из карманов)сигарет и зажигалки. :) Но ничего,35 лет за рулем без аварий.
Полный вариант обсуждения »
Рекомендуемые публикации по теме:
Схемы  »
Мониторинг напряжения бортовой сети автомобиля. Часть 2 - Программа микроконтроллера
Форум  »
Как подключить гудок 24 В к 11-15 В бортовой сети легкового автомобиля?
Новости  »
NXP разрабатывает приемопередатчики Ethernet для автомобильных бортовых сетей
Схемы  »
Моделирование аналоговой части DDS генератора. Часть 1 - Установка нулевого напряжения смещения, дополнительный фильтр
Форум  »
Перепады в бортовой сети из-за фар ксенонов

При перепечатке материалов с сайта прямая ссылка на РадиоЛоцман обязательна.

Приглашаем авторов статей и переводов к публикации материалов на страницах сайта.

Срезы ↓
радиолоцман вконтакте радиолоцман одноклассники радиолоцман facebook радиолоцман twitter радиолоцман google плюс