Разработка структурной схемы автомобильного мультиметра

На основе функциональной схемы цифрового мультиметра, была разработана структурная схема автомобильного мультиметра, которая представлена рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Схема электрическая структурная автомобильного мультиметра

Исходя из целей, поставленных в техническом задании к дипломному проекту, можно выделить следующие функциональные узлы разрабатываемого устройства:

– источник питания 12В от аккумулятора;

– преобразователь напряжения LM7805;

– микропроцессор PIC16F873;

– ЖКИ-дисплей СА25-12EWA;

– кнопочные переключатели для установки режима и настройки мультиметра;

– терморезисторы ММТ4-Б, с помощью которых измеряется температура;

– прерыватель, от которого измеряется частота вращения вала.

­– регистр 74АС164.

Питание схемы автомобильного мультиметра осуществляется с помощью аккумуляторной батареи 12 В. Также для устройства можно использовать автомобильный прикуриватель. Для запитывания устройства необходимо 12 В, которые через преобразователь напряжения LM7805 преобразуются в достаточное напряжение (около 5 В) для питания микропроцессора PIC16F873. Преобразователь напряжения LM7805 обеспечивает стабильное напряжение в +5 В, необходимое для питания АЦП. Более развёрнутая структурная схема преобразователя напряжения LM7805 приведена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Структурная схема преобразователя напряжения LM7805

Далее сигнал поступает на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), который уже встроен в микропроцессор PIC16F873, где и происходит непосредственно сама обработка входного аналогового сигнала в цифровой сигнал.

На порты A, B и C, которые служат для приёма и передачи данных на микропроцессор, поступают данные измерений. В микропроцессор встроен также тактовый генератор, который помогает нам измерить временные интервалы измеряемых частотных характеристик.

В схему подключён прерыватель, с помощью которого происходит измерение частотных параметров, которые подаются на таймеры 1,2. Терморезисторы, которые расположены на схеме, используются для измерения температуры. В схеме также используется кварцевый резонатор, для более точного измерения частоты вращения коленчатого вала, а также стабильности работы. В состав микропроцессора входит флэш-память, которая необходима для хранения данных. В вычислительном устройстве выполняются математические операции.

Сигналы после обработки и преобразования в микропроцессоре, поступают на регистр, после чего выводятся на ЖКИ-дисплей, на котором мы и наблюдаем отображаемые измерения.

Кнопочное управление устройства будет выполнено в виде трех тактовых кнопок MJTP1138 высотой 9.5 мм SMD SPST, для переключения режимов работы и настройки основных параметров измерителя.

На вход мультиметра подаются такие измеряемые параметры, как напряжение аккумулятора, температура и частота.

Разработка схемы электрической принципиальной автомобильного мультиметра

Выбор элементной базы

На основе разработанной структурной схемы мультиметра, была разработана схема электрическая принципиальная, которая представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Схема электрическая принципиальная автомобильного мультиметра

В принципиальной схеме была использована следующая элементная база:

– конденсаторы электролитические ECAP;

– чип конденсаторы 1206;

– микросхемы 1109KT63, 74AC164, LM7805, PIC16F873;

– терморезисторы ММТ4-Б;

– чип резисторы 1206;

– переключатель кнопочный MJTP1138;

– диоды КД522б;

– транзистор КТ3102;

– кварцевый резонатор MTF38;

– ЖКИ СА25-12EWA.

В качестве микроконтроллера был использован 8-ми битный однокристальный микроконтроллер PIC16F873. Ниже представлено его описание и структурная схема на рисунке 3.2.

Характеристики PIC16F873:

– напряжение питания 4 – 5.5 В;

– вид монтажа: сквозное отверстие;

– встроенный в чип АЦП: да;

– высота: 3.3 мм;

– длина: 34.67 мм;

– ширина: 7.24 мм;

– доступные аналоговые/цифровые каналы: 5;

– интерфейс: MSSP, PSP, USART;

– количество линий ввода/вывода: 22;

– количество таймеров: 3 бит;

– рабочее напряжение питания: 2 В ... 5.5 В;

– рабочий диапазон температур: - 40 C ... + 85 C

– размер ОЗУ: 192 B;

– размер ПЗУ данных: 128 B;

– размер памяти программ: 4 Кб;

– разрядность АЦП: 10 бит;

– серия процессора: PIC16;

– тактовая частота максимальная: 20 МГц;

– тип корпуса: SPDIP-28;

– тип памяти программ: Flash;

– шина данных: 8 бит;

– ядро: PIC.

Рисунок 3.2 – Структурная схема микропроцессора PIC16F873

В схеме также был использован преобразователь напряжения LM7805, который собран на микросхемах DA1…DA3. Служит он для преобразования подаваемого напряжения 12 В в напряжение 5 В, для питания микропроцессора PIC16F873. На микросхеме 1109КТ63 DD2 собран восьмиканальный переключатель. На микросхеме 74АС164 DD3 собран 8-разрядный сдвиговый регистр с последовательным входом и параллельным выходом.

В схеме также использован кремниевый транзистор КТ3102, он больше всего подошёл к нашей схеме, его характеристики:

– применяется в НЧ устройствах;

– требовательный к уровню шумов;

– применяется также в генераторных и усилительных СЧ и ВЧ устройствах.

Вывод информации о измерениях выводится на 7-сегментный четырехразрядный светодиодный индикатор ЖКИ СА25-12EWA.

В схеме были использованы электролитические и чип конденсаторы.

3.2 Принцип работы автомобильного мультиметра

Для сохранения результатов измерения и непрерывной работы часов при отключении питания в мультиметре используется конденсатор С6 емкостью 1 Фарад. Схему можно упростить, убрав нижний индикатор, конденсатор и кнопку S1. Тогда останутся все функции измерений, но на одном индикаторе, не будет хода часов при отключенной массе, нельзя будет отключать прибор с кнопки S1.

Вывод контролируемых величин производится двумя светодиодными семисегментными индикаторами HG1, HG2 типа СА25-12. Каждый индикатор имеет четыре знакоместа и двоеточие (есть еще несколько неиспользуемых точек).

Управление прибором осуществляется тремя кнопками.

Кнопка S2 "UP/+" переключает на верхнем индикаторе HG1 индицируемый параметр по циклу "часы – вольтметр – термометр 1 – термометр 2 – тахометр – часы".

Кнопка S3 "Смена/выбор/Вкл" может менять местами отображаемую информацию между нижним и верхним индикаторами, т. е. можно установить вывод контролируемых величин на любой из двух индикаторов. При этом если на верхнем и нижнем индикаторах установлен одинаковый параметр, на нижнем произойдет фиксация последнего значения, если же на индикаторах разные параметры, индикация на них будет обновляться каждую секунду.

Кнопкой S1 "OFF/–" при первом нажатии можно погасить верхний индикатор, при втором – оба. Включить индикацию можно кнопкой S3 "Смена/выбор/Вкл". Для входа в режим установки часов необходимо кнопку S3 "Смена/выбор/Вкл" удерживать нажатой не менее трех секунд.

Можно изменить способ подключения устройства к бортовой сети. Для этого необходимо отключить проводник, идущий к аккумуляторной батарее, и присоединить его к замку зажигания так, чтобы питание поступало только при повороте ключа зажигания. При этом диод VD2, питающий DD1, остается подключен непосредственно к аккумуляторной батарее. В этом случае при выключенном зажигании мультиметр переходит в режим низкого потребления тока (3 мА).

Термодатчики на основе терморезисторов с отрицательным ТКС можно подключить к прибору с помощью коаксиального кабеля длиной до 1,5 м, оплетка кабеля должна иметь хороший электрический контакт с корпусом терморезистора. Общий провод отдатчиков термометра не должен касаться металлических частей автомобиля.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: