Wskaźnik biegu vol. 2

Jakoś tak wyszło, że mniej więcej dwa lata temu, pokusiłem się o skonstruowanie prostego, analogowego wyświetlacza biegów. Relację z przebiegu i rezultatu prac umieściłem → tutaj. Urządzenie potrafi rozróżnić sygnały “minus” pochodzące z sześciu różnych “źródeł” i na ich podstawie na 7-segmentowym wyświetlaczu “zapalić” odpowiednią cyfrę.

Układ może współpracować z czujnikiem biegu powszechnie stosowanym w starszych modelach motocykli marki Suzuki.

W nowszych i bardziej zaawansowanych technicznie motocyklach na wyjściu z czujnika mamy zazwyczaj tylko dwa przewody sygnałowe. Na jednym z nich, w zależności od zapiętego biegu, zmienia się wartość napięcia, a na drugim pojawia się “minus”, gdy skrzynia biegów znajduję się położeniu “neutral”.

Takie właśnie rozwiązanie jest stosowane w Suzuki V-Strom. Aby uzyskać wskazanie biegu, najprostszym rozwiązaniem jest przerobienie czujnika. Polega ono na dolutowaniu przewodów do wyjść z pól stykowych czujnika biegu. W ten sposób dla każdego przełożenia zyskamy źródło sygnału “minus” potrzebne do zadziałania zbudowanego przeze mnie (lub podobnego) urządzenia. Nie jest to zły pomysł, jednak bardziej eleganckie rozwiązanie to wykorzystanie do rozpoznawania biegu wartości napięcia na oryginalnym wyjściu z czujnika.

Wspominałem już podczas realizacji poprzedniego projektu i → tutaj, że mi osobiście wskaźnik biegu w motocyklu z analogowymi zegarami jest potrzebny jak przysłowiowy “kwiatek do kożucha”. Mimo to postanowiłem sprawdzić, czy podołam tematowi i zdołam zbudować kolejny, nieco bardziej skomplikowany układ. 😉

Okazuje się, że natchnienie łatwo znaleźć w Internecie. W wyszukiwarce internetowej wystarczy wpisać frazę “gear indicator schema“. Gotowe schematy aż proszą się o to, żeby z nich skorzystać!

Co ciekawe niektóre z pomysłów zakładają wykorzystanie mikrokontrolera. To fajna sprawa, ale po co wytaczać armatę na komara? 😉 Trochę elementarnej znajomości elektroniki i temat da się ogarnąć na “zwyczajnych” układach scalonych.

To co znajduje się wewnątrz czujniku biegów motocykla V-Strom to nic innego jak drabinka złożona z rezystorów, której długość zależy od włączonego biegu. Metalowy bolec (masa) na wałku sterującym wodzikami w skrzyni przechodzi przez pola stykowe czujnika bocznikując kolejne rezystory. Rezultatem tego działania są różne, rosnące, wartości napięcia na wyjściu czujnika dla kolejnych, coraz wyższych biegów. Wartości tych napięć można znaleźć w książce serwisowej lub zmierzyć samodzielnie na motocyklu.

Co można z tym zrobić? Jeżeli rozpoznamy wartość napięcia na wyjściu z czujnika będziemy wiedzieć, który bieg został włączony. Aby tego dokonać wystarczy prosty układ wykorzystujący komparatory.

Typowy komparator posiada dwa wejścia. Ogólna zasada jego działania polega na tym, że jeżeli pomiędzy napięciami na wejściach komparatora wystąpi zależność Vin1 > Vin2 to na wyjściu komparatora pojawi się sygnał. Tak właśnie działają komparatory w układzie scalonym LM339, które jako Vout zwracają “minus”.

A zatem, jeżeli na wejście Vin2 komparatora podamy napięcie wzorcowe, a na Vin1 napięcie ze wskaźnika biegów motocykla to będziemy mogli określić który bieg mamy aktualnie zapięty!

Prawda, że proste? W teorii owszem, w praktyce sprawy nieco się komplikują. Dla każdego biegu musimy zastosować jeden komparator. W praktyce oznacza to dwa układy scalone LM339 (każdy ma wbudowane cztery komparatory, w jednym z układów wykorzystane zostaną tylko dwa z nich).

Kolejne biegi to rosnące napięcie z czujnika, które spowoduje włączanie kolejnych komparatorów. To wystarczyłoby w przypadku, gdybyśmy chcieli zapalać kolejne kontrolki (np. diody LED). Przykładowo bieg pierwszy oznaczałoby jedno światełko, drugi – dwa, trzeci – trzy itd., bo komparatory dla niższych biegów niż aktualny pozostaną włączone.

Migające lampki to jednak chyba trochę za mało. 😉 Ambitny plan zakładał wykorzystanie wyświetlacza 7-segmentowego do sygnalizowania numeru biegu. A to oznaczało, że trzeba w jakiś skuteczny sposób “ignorować” sygnały oznaczające biegi niższe niż ten, który jest w danej chwili włączony.

Jak to zrobić? Najpierw w głowie, a potem na kartce pojawił się schemat…

…który po zaliczeniu praktycznych testów pozwolił na rozwiązanie tego arcyskomplikowanego problemu. 😉

Diody LED widoczne na zdjęciu poniżej to kontrolki, wykorzystane na czas testów. Gdy zapalała się dioda dla określonego biegu, wszystkie pozostałe, oznaczające wcześniejsze przełożenia, pozostawały wyłączone. Udało się! Kilka tranzystorów, rezystorów i sprawa załatwiona. 😉

Kolejnym etapem pracy było dołożenie na płytce dwóch układów scalonych LM339. To właśnie “serce” całego urządzenia. Widoczne na płytce potencjometry precyzyjne (niebieskie kostki) pozwalają na pełną regulację i dokładne dostosowanie napięć wzorcowych niezbędnych dla rozpoznawania przez komparatory napięcia z czujnika biegu. Układ można zatem wykorzystać praktycznie w dowolnym motocyklu, nawet jeśli napięcia z czujnika mają inne wartości niż w V-Strom’ie, jeśli tylko zasada jego działania jest taka sama jak w Suzuki.

Do zasymulowania napięcia z czujnika biegu wykorzystałem potencjometr. Kręcąc jego gałką uzyskiwałem zmianę napięcia na wejściu układu analogicznie jak ma to miejsce podczas przełączania biegów w motocyklu. Dokładnie tak samo działa czujnik biegów, tyle że napięcie na jego wyjściu zmienia się skokowo, a nie płynnie. Dla testów nie ma to jednak znaczenia.

Kolejnym wyzwaniem było zbudowanie kontrolera wyświetlacza 7-segmentowego. I znów pomocny okazał się Internet – fraza “7-segment led driver” załatwia sprawę. Do realizacji celu wykorzystałem układ scalony typu CD4511. Jego wejścia (sterowane kodem BCD) podniosłem plusami, które poprzez odpowiednią kombinację diod (to miałem już dobrze obcykane dzięki poprzedniemu projektowi) są “zatykane” “minusami” z wyjść komparatorów.

Na filmie sterownik wyświetlacza LED w działaniu. Cyfra siedem pojawia się wtedy, gdy brak sygnału. W praktyce, gdy urządzenie będzie złożone i podłączone do instalacji motocykla, taka sytuacja nigdy nie wystąpi. 😉

Poniżej widać połączone oba podzespoły wskaźnika biegu, czyli układ na komparatorach (górna płytka) z kontrolerem wyświetlacza LED (dolna płytka).

A tak wygląda działanie całości. Prawda, że fajnie? 🙂

Jeszcze obudowa (trzeba będzie dać trochę silikonu, żeby ją uszczelnić, ale to później)…

…ostatni test “na stole” (w szklance jakby kogoś to ciekawiło była herbata z cytryną)…

…i zrobione!

Urządzenie jest praktycznie gotowe do zastosowania w DL’u.  Muszę jeszcze tylko trochę poprawić obudowę samego wyświetlacza i można by rozpocząć próby na motocyklu. Problem tylko w tym, że nie chcę mi się tego wszystkiego ani podłączać, ani tym bardziej montować. No ale poczekamy, zobaczymy. Może pewnego dnia “dojrzeję” i zabiorę się do ostatniego etapu prac. 😉