Цифровой указатель топлива. Емкостной датчик уровня топлива на ATMega8A

Схема бакомера для автомобиля своими руками

Сегодня вашему вниманию предоставляю действительно самодельный прибор. Опять же на микроконтроллере PIC16f676 и на этот раз с сдвоенным, динамическим семи-сигментным индикатором. Данное устройство создатели назвали "Бакометр " - И является оно цифровым указателем уровня бензина в литрах .
Точность устройства вызывает доверие так как калибруется оно непосредственно на конкретном автомобиле, так как датчики уровня топлива только по марке одинаковые. Первоисточник был этот сайт

Схема устройства:

Сверлим отверстия под детали

Спустя пару часиков устройство готово

Прошивка микроконтроллера, крона, и вот первый запуск "Бакометр"-а

Теперь нужно сделать морду лица.Для этого понадобилась пара винтиков как для установки материнок в корпус и винтики к ним. Черные винтики были взяты от материнкок ASUS. Когда-то собирал и они мне очень понравились поэтому ставил обычные а эти оставлял пригодиись.

После сборки прибор был откалиброван на столе с помощью переменного резистора на 500 Ом. Этого достаточно для наглядности так как сопротивление пустого бака классики около 340 Ом .
Бакометр после калибровки показывает уровень бензина в баке согласно прошивке. Прошивку можно сделать 0-99 литров.

При снижении уровня в баке меньше 5 литров индикатор начинает мигать отображая показания в баке до 00 литров. Это хорошо видно на видео. И скачек 35-40 на видео потому как калибровал на глаз и расстояние на переменнике от 35 до 40 литров оказалось очень маленьким. В реальных усовиях такого не будет.
Ну и само видео примера работы

Схема цифрового индикатора уровня топлива имеет высокую повторяемость и даже при небольшом опыте работы с микроконтроллерами, со сборкой и с настройками не возникнет никаких проблем. Для программирования avr микроконтроллера, мной был собран простейший программатор - так называемый программатор Громова , он великолепно подходит как для внутрисхемного программирования, так и для обычного, статья по данному программатору есть на сайте. Теперь езжу и не переживаю по поводу заправки «хватит или не хватит»:) Принципиальная схема индикатора показана ниже, кликните для увеличения:

А сейчас подробнее о данном приборе, фотографии с монтажным видом в моем исполнении, а фотографии и инструкция по настройке от оригинального автора - в архиве.

Вот что делает данный прибор:

1. Отображает остаток топлива с точностью до литра, поддерживаемый объем бака выбирается от 30 до 99 литров
2. Отображает напряжение бортовой сети
3. Компенсирует качание поплавка в баке многократными (количество выбирается в меню) замерами и выводом среднеарифметического значения.
4. Меняет яркость подсветки в зависимости от освещенности, 2 режима, день/ночь, определяется по включению подсветки приборной панели.
5. Меняет режим отображения индикатора обычный/инверсный.

Список деталей индикатора на микроконтроллере:

R1 - 1 кОм
R2 - 75 кOм
R3 - 10 кОм подстроечный
R4 - 4,7 кОм
R5, R6, R8-R11 - 10 кОм
R23, R12-R15 - 3,3 кОм
R24, R16-R19 - 1,8 кОм
R20 - 2 кОм * подбирается в зависимости от подсветки
R21 - 240 Ом
R22 - 1 кОм * подбирается и ставится постоянный
C1, C2,C15 - 0,01 мк
C3, C4, C6-C11,C13-C15 - 0,1 мк
C5 - 47 мк
C12 - 4,7 мк
L1 - 100 мГн
DD1- LM7805
DD2 - ATMega8
DD3 - LM317T
VT1 - IRFZ44
LCD1 - Nokia 1110/1200/1110i/1112

Разъем РС10 - на схеме не обозначен, через него подключаются кнопки и выводы для программирования МК.

Платы решил сделать две, одна для установки дисплея, вторая основная, платы круглые, по диаметру корпуса 50 мм. Под разъем индикатора ответной части не нашел поэтому сделал разводку под шлейф, отпаял от него разъем и припаял шлейф прямо на плату с обратной стороны, сам дисплей посадил на двухсторонний скотч.

Основная плата формально двух сторонняя, но обратная сторона вся используется под "землю" с обратной стороны установлены только стабилизаторы и транзистор, остальные детали практически все SMD установлены со стороны дорожек. Отверстия с квадратными площадками "земляные" пропаиваются перемычками, остальные отверстия со стороны "земли" рассверлены.

Две платы между собой соединяются при помощи контактов от какого то давно разобранного разъема. В корпусе платы фиксируются на одном винте, под него на основной плате припаяна втулка с резьбой. Кнопок как таковых нет, они и нужны то не часто, только при первоначальной настройке и калибровке, поэтому они просто выведены на разъем РС10, который стоит сзади корпуса, его фоток к сожалению нет. Так же на этот разъем выведены сигналы для программирования МК.

Настройка цифрового индикатора уровня топлива

1. Программирование МК, производится внутрисхемно, любым программатором, фьюзы выставляются следующим образом.

2. Настройка показаний напряжения. Для настройки подключаем подключаем индикатор к напряжению 12-14 В, подключаем к этому же источнику вольтметр и подстроечным резистором R3 выставляем то же значение что показывает вольтметр.

3. Программная настройка. Выставляем емкость бака и калибруем его. Калибруем бак следующим образом, начинаем с пустого бака, ставим в меню калибровка значение литров 0 и нажимаем ОК, затем заливаем в бак 1 литр, ставим значение литров на 1 и снова нажимаем ОК и так с каждым литром до полного бака. Процесс конечно небыстрый, но сделать его нужно всего один раз. Если при калибровке еще и записать показания датчика, то при необходимости повторения устройства или при сбое, можно будет занести значения сразу в прошивку и не маяться с калибровкой. Остальные настройки устанавливаем на свой вкус. Конструкцию собрал и испытал: Федоров Иван.

В автомобиле производители устанавливают множество приборов. Водитель следит за скоростью, пройденным расстоянием, температурой, уровнем топлива… В случае с водномоторной техникой прерогатива выбора измерительных приборов за пользователем. Судоводитель сам решает, что именно контролировать.

Уровнемер на катере или лодке — устройство важное. Опасно остаться без бензина вдали от берега. Контролировать количество питьевой или технической воды также необходимо — чтобы вовремя пополнить запасы.

И для воды, и для топлива

Раньше датчики уровня жидкости строго разделялись на водяные и топливные. Ключевое отличие таилось в поплавках, по-разному реагирующих на воду и нефтепродукты. Впоследствии производители совершенствовали технологии и унифицировали устройство. Сегодня одни и те же погружные датчики опускают и в лодочные , и в резервуары с водой. Отличия лишь в символах на указателе - иконка воды или значок бензоколонки.

От коррозии и прочих повреждений спасает использование нержавеющих и бензомаслостойких материалов, а с загрязнённой жидкостью такой уровнемер не работает. Примеси и механические включения выведут его из строя. Для сточных вод предназначены .

Различия типов, конструкций и стандартов

На что ориентироваться, начиная с нуля? Обычно первым приобретают датчик. Его подбирают по глубине топливного бака (или иного резервуара, объём содержимого которого нужно измерять). Размеры фланца обычно стандартные: производители датчиков ориентируются на габариты баков.

По принципу действия датчики делятся на несколько групп. Наиболее распространены два из них.

Герконовый поплавковый датчик благодаря простоте и надёжности применяют во многих системах измерения. Он представляет собой направляющую трубку, внутри которой вслед за жидкостью по вертикали движется поплавок, контактирующий с герконами. Укорачивать трубку нельзя: рабочий диапазон датчика «заложен» в её длину.

Второй распространённый вариант — поплавковый датчик с потенциометром . Принцип работы основан на изменении сопротивления. Такой тип удобен возможностью регулировки для резервуаров разной высоты. Просто спасение для судовладельцев, которые, изготовив бак по индивидуальным размерам, сталкиваются с невозможностью подобрать глубиномер из стандартных. Глубина топливного бака, скажем, 283 мм. А датчики на 275 или 300 мм! При большой площади резервуара каждый сантиметр глубины означает немалый объём жидкости. Так что датчики, которые можно подогнать, в подобных случаях незаменимы.

USA и EURO

И датчики, и индикаторы уровня имеют два стандарта сопротивлений: с европейским диапазоном (10-190 ом) и американским (240-33 ом).

Пара с совпадающими стандартами диапазонов должна быть верно установлена: 10 — пустой бак, 190 — полный (соответственно, 240 и 33). Если указатель и датчик не совпадут по рабочему сигналу, индикатор будет работать некорректно и показывать всё наоборот.

Соответственно, разные стандарты нельзя механически объединять: европейский диапазон не «стыкуется» с американским. Но выход есть. Любой указатель с любым датчиком поможет синхронизировать .

Реже встречаются системы, работающие по другим принципам. К примеру, основанные на изменениях силы тока . Практичный вариант для стационарных ёмкостей известного объёма. За счёт точной дискреции и цифрового указателя можно вести пунктуальный учёт расхода жидкостей, к примеру, при заправке автомобилей.

Ультразвуковые датчики встречаются ещё реже, а вот работающие по современному протоколу NMEA-2000 постепенно набирают популярность. Их удобство основано на возможности соединения уровнемеров с «умными» системами. Данные можно передавать на любое расстояние, компьютеры не только проинформируют о текущем расходе топлива, но и предупредят: какое расстояние можно пройти на его остатках.

Чёрным по белому, стрелками или цифрами…

Указатели обычно выбирают, ориентируясь на вкусовые предпочтения в дизайне и стиль оформления внутреннего пространства судна. Производители предлагают разные варианты: белые, чёрные, золотые, с ободками и без них, цифровые и аналоговые. Можно выбрать индикатор как для консерваторов (дерево, ткань, кожа), так и для ценителей хайтека; и подешевле, и «покруче».

Скоро будет год, как я выложил на Датагоре свою и уже более двух лет, как я сам пользуюсь этим индикатором. И ни разу он меня не подвел, ехать на заправку когда в баке остается 2-3 литра стало нормой, и это не экстрим и не показуха, когда знаешь, что эти 2 или 3 литра точно есть и их хватит доехать до ближайших нескольких заправок относишься к этому спокойно, никакого сравнения с мигающей лампочкой штатного прибора.
На этом заканчиваю филосовствовать - к делу!

Наверное непонятно, почему собственно версия V.3, когда версии 2 не было, на самом деле была, вот она

КИТ к сожалению оказался не востребованным, но на него было потрачено немало времени, а теперь он пылится на полке, вернее в своей папке.
И вот чтобы труды не пропадали даром выкладываю всю документацию по проекту, буду рад если кому-нибудь пригодится.

От Игоря (Datagor):
При анализе личной переписки, комментариев к первой статье и после проведения выборочных опросов было установлено, что народ хочет не просто очень качественный бензомер, но и часы с будильником и т.п. и прочее (и шоб внутри был маленький китаец и за пивом бегал) , что превращает эту замечательную и совершенно самостоятельную разработку в очередной бортовой компьютер (БК). При этом, за этот БК народ желал заплатить не более 500 руб в собранном виде. А это и совсем ни в какие ворота не пролазит...
БК мы делать не стали и подписку на кит открывать на таком грустном фоне тоже не стали.
Уважаемому Сергею (HSL) при любом раскладе - наш почет и спасибы!
Качество его разработок на высочайшем уровне.

Итак по порядку...

Схема

Схема А2

Схема блока дисплея

Платы

Плата дисплея

Технические характеристики

Возможности основного режима устройства

• Напряжение бортовой сети с точностью отображения до 0,1 вольта, допустимый диапазон рабочих напряжений 8-30 Вольт.
• Остаток топлива в баке с точностью отображения 1 литр, допустимый диапазон измерения 30-99 литров. Рекомендуемое сопротивление датчика в баке 250-500 Ом.
• Подключается устройство к следующим точкам: земля, питание, датчик в баке, подсветка приборной панели или габариты.

Возможности индивидуальной настройки устройства

• Возможность установки емкости бака от 30 до 99 литров.
• Возможность политровой калибровки выбранной емкости.
• Возможность сгладить последствия качания датчика в баке, методом десятикратного измерения уровня топлива и выводом усредненного значения, с выбором времени замера от 1 до 10 секунд.
• Возможность устанавливать яркость подсветки дисплея разделльно для дневного и ночного режима работы. Режим работы определяется по факту включения габаритов и подсветки приборной панели.
• Возможность устанавливать обычный или инверсный режим работы дисплея.
• Возможность устанавливать уровень контрастности дисплея.

Описание работы и органов управления устройства

Режимы работы
Основной режим

Режим установок

Пункты меню
Емкость бака

Калибровка

Инерционность

Подсветка

Инверсия

Контрастность

Подключение и начальная настройка

На автомобилях, оснащённых ЭСУД, топливо подаётся электрическим бензонасосом прямо из топливного бака. Если горючее заканчивается, есть риск выхода из строя самого насоса. Поэтому важность датчика уровня топлива на современных машинах очень высока. Однако различные виды датчиков имеют разную степень надёжности.

Признаки неисправности датчика уровня топлива

Естественно самый распространённый признак выхода из строя устройства является полная неподвижность стрелки при включении замка зажигания. Также может сигнализировать о неисправности, поднятие стрелки указателя до упора в сторону полного бака. Боле трудно диагностировать неточность показаний. В этом случае прибор показывает наличие топлива в баке, контрольная лампочка не горит, а двигатель не запускается из-за отсутствия горючего. Также и наоборот. При заправке оказывается, что бак почти полон, хотя указатель обозначает только три четверти занятого объёма.

Важно! Не всегда эти признаки указывают на неисправность именно датчика, может оказаться неисправным и стрелочный прибор измерения количества топлива в панели приборов.

Устройство пары: указатель панели и датчик уровня топлива в баке

Указатель на панели приборов - это миниатюрный электрический, реверсивный двигатель. Действие его основано на создании индукционного поля в обмотках статора. Проще говоря, стрелка находится на валу ротора, который движется вокруг своей оси под действием бортового напряжения. Степень поворота ротора регулируется сопротивлением на выходе из обмоток. Это и есть провод «К» к датчику топлива в баке. Второй провод на паре старого образца - это независимая контрольная лампочка. При падении уровня измеряемой жидкости до минимального уровня, контакт замыкается на корпус, и лампочка загорается, сигнализируя о критическом объёме.

На более современных системах цепь, в паре указатель—датчик, на корпус не замыкается, и сигнал уходит обратно в прибор на панели, который уже соединён с «массой». И при падении потенциала до определённого значения зажигает сигнальную лампочку, интегрированную в схему указателя.

Это самые распространённые системы контроля уровня топлива на современных автомобилях. Для простоты эти два типа можно определить, как:

• указатель с массой датчика
• контролёр с обратной связью
• устройство стандартного датчика уровня топлива

По сути датчик уровня топлива представляет собой реостат с переменным сопротивлением. На керамическую пластину нанесена металлическая шкала исполняющая роль спирали в обычном реостате. По углам пластины выведены два припаиваемых контакта. В зависимости от типа датчика идёт соединение проводов. Если указатель и проводка старого образца - один контакт идёт на корпус крепления датчика, а второй - к указателю, через крышку корпуса. Второй провод - это провод контрольной лампы и соединяется с «массой» отдельной «дорожкой» в положении пусто. В качестве «бегунка» реостата выступает подвижный металлический контакт, плотно прижатый к шкале датчика. Прикреплённый к нему поплавок в зависимости от уровня топлива в баке двигает «бегунок» вдоль шкалы. Именно это меняет сопротивление цепи указателя, заставляя стрелку двигаться в нужном направлении. Так же работает и новая система с обратным сигналом. Просто на керамической пластине нет разъёма контрольной лампы, и оба контакта соединены проводами с указателем уровня топлива в панели приборов. В зависимости от модели автомобиля датчики могут отличаться сопротивлением шкалы. Все они маркированы отдельными значениями, например:

• ДУТ-1-01;
• ДУТ-1-03;
• ДУТ-2-03,

Как определить неисправность датчика уровня топлива

В первую очередь определяется что именно неисправно, указатель на панели приборов или сам индикатор уровня топлива в топливном баке. Для этого необходимо обеспечить доступ к проводным входам и разъёму датчика на баке. Как правило на всех автомашинах имеется технологическое отверстие для этой операции. В зависимости от модели и производителя, лючок расположен в разных местах. Он указан в технической документации машины. Для проверки работоспособности указателя уровня топлива на панели желательно иметь под рукой следующее:

• контрольную лампочку (пищалка) с детектором «массы»;
• автомобильный тестер;
• рабочий датчик уровня топлива (подходящий по VIN-коду).

Дело в том, что старые модели с «массой» датчика на корпус, вполне можно проверять замыканием на корпус, подающих ток проводов. Однако с моделями последних лет с обратной связью это не всегда проходит.

Процесс проверки указателя на панели приборов с массой датчика

Отсоединить провода от датчика уровня топлива в баке. К разъёму должен быть обеспечен свободный доступ. Включить зажигание. На проводах датчика должен появиться устойчивый «+». Это проверяется контрольной лампой и тестером. Напряжение на проводах должно быть равно общему напряжению сети. Если оба провода имеют нормальные показатели вольтажа, необходимо выяснить какой из них контрольная лампа, а какой датчик. Для этого провода по очереди замкнуть на «массу». При замыкании одного, должна загореться лампочка критического уровня топлива. Когда массируется другой, стрелка указателя уровня горючего должна резко уйти в положение «полный бак». Если всё так и произошло, значит неисправен датчик уровня топлива и его надо снимать для замены или ремонта.

Проверка указателя уровня топлива с обратной связью

На таких приборах, как правило, только один из двух проводов имеет устойчивый «+», а второй - слабо выраженную «массу». Это определяется контрольной лампой с детектором «-». Кроме того, зачастую при неисправном датчике или указателе, стрелка, наоборот, становится в положение «полный бак». Проверив контрольной лампой наличие загрузки проводов, нужно подключить к ним исправный датчик, поднять и опустить поплавок уровня топлива. Стрелка указателя должна двигаться в соответствии с положением поплавка. А в положении «пусто» загорится контрольная лампа уровня.

Внимание! Штангу привода реостата необходимо двигать медленно. Резкий рывок в сторону «полный» или «пустой» вполне может вывести из строя исправный указатель.

Возможные неисправности датчика уровня топлива

Конечно самой частой неисправностью датчиков уровня топлива всех видов является протекание поплавка управляющего передвижным элементом реостата. Обычно в этом случае стрелка указателя постоянно находится в положении пустой бак.

Потом идёт загрязнение шкалы пластины. Это может быть и осадки из топлива, и элементы стирающегося бегунка. Стрелка может застыть в любом положении. Или сильно нарушается точность показаний указателя уровня горючего.

Обрыв проводки как на корпусе, так и у пластины с реостатом. И, наконец, механическое повреждение самой пластины. Могут быть ещё какие-то экзотические неисправности, но они настолько редки, что рассматривать их не стоит. Если неисправность есть, но не диагностируется, лучше заменить датчик уровня топлива в сборе.

Как отремонтировать датчик уровня топлива своими руками

Ремонт датчика уровня топлива вполне доступен и для простого автолюбителя. Детали устройства, свободно можно приобрести в магазине автомобильных запчастей. Необходимо демонтировать датчик из бака и изучить его характеристики. Маркировка находится на лицевой стороне пластины прямо над шкалой реостата.

Если пробит поплавок, то это самая меньшая проблема. Они меняются элементарно. Обычно, это наполненный воздухом пластиковый бочонок, он элементарно извлекается из гнезда держателя и вставляется новый. Иногда это пористый элемент и его можно заменить двумя способами. Снять запорную шайбу и надеть новый, зафиксировав его. Или поменять поплавок в сборе со штангой, что гораздо проще.

Если загрязнены полоски шкалы реостата их необходимо просто почистить.

Внимание! Чистить пластинку необходимо только мягкой тканью или ватой, смоченной в спирте. Жёсткая материя или любой другой предмет могут повредить тонкий слой шкалы и реостат можно выкидывать.

Отпаявшиеся или оторванные провода можно аккуратно припаять на место или спаять в месте перелома, а вот треснувшую, сломанную пластину - только заменить новой.

В большинстве случаев, сейчас этим никто не страдает. Нерабочий прибор заменяют и всё. Благо цена их невысока. Тем более, что на автомобилях последних лет пластина реостата, да и все остальные детали устройства крепятся защёлками.

Неточные показания указателя, можно обмануть регулируя угол на штанге, удерживающей поплавок. Выгибая его в разные стороны можно добиться в итоге более точных показаний.

В первую очередь, можно упомянуть электронное табло для панели приборов. Его устанавливают вместе с штатным стрелочным указателем уровня топлива на панель в свободную ячейку или прямо на торпеду. Выводится три провода, «+», «-» и «Д». Последний подключается к датчику вместе со штатным прибором. На извлечённом из бака датчике корректируются показания уровня в цифровом формате, от «пусто» до «полный бак». Особой точности к показаниям это не прибавляет, но придаёт стильный вид панели приборов, и греет душу владельцу. Указатели используются различной формы и вполне можно подобрать табло под дизайн салона своего автомобиля.

Совсем другое дело новинка в этом вопросе (относительная) - это ультразвуковые датчики уровня топлива. Здесь, как и в большинстве приборов, используется принцип приёма-передачи ультразвуковых волн. Датчик можно установить в бак, не нарушая его целостность. Сигнал можно перевести на цифровой монитор на панели приборов и даже вывести на компьютер или ноутбук через систему ГЛОНАСС. На сегодня - это самый точный способ получения данных об уровне топлива. Однако, пока это довольно дорогая процедура, которая к тому же требует особых знаний и умений для калибровки излучателя УЗИ и специализированного оборудования для программирования. Однако всё говорит, что измерители этого типа будут широко применяться в будущем.

На видео ниже можно посмотреть замену датчика контроля топлива на автомобиле ВАЗ «Приора»: