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).
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.
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
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),
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
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.