Таймер обогрева зеркал заднего вида автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Во многих автомобилях есть опция подогрева зеркал заднего вида. Установить зеркала с подогревом можно и самостоятельно или на станции ТО. В таком случае их обычно подключают к бортовой сети автомобиля через реле и кнопку-выключатель. После установки данного весьма полезного оборудования стало ясно, что такой способ подключения не всем хорош.

Подогреватели потребляют значительный ток и в совокупности с фарами, подогревателями стекол, сидений получается уже чрезмерная нагрузка на генератор и аккумулятор. В то же время совсем не обязательно чтобы зеркала подогревались в течение всей поездки. Вполне достаточно времени от 5 до 30 минут после включения двигателя. Конечно, можно их выключить вручную, но об этом можно просто забыть.

В настоящее время многие современные автомобили оснащают такой полезной опцией. При желании подобные нагреватели можно установить практически на любой автомобиль самостоятельно, благо в продаже они есть. К сожалению, какой-либо информации об устройствах управления такими нагревателями производители не дают. В данном случае решим эту проблему.

Время работы таймера (1...20 мин) может быть запрограммировано пользователем. Имеется возможность программного включения обогревателя при дистанционном запуске двигателя автомобиля, а также блокирование работы нагревателя при напряжении в бортовой сети автомобиля ниже 12,5 В. (о чем сигнализирует мигание светодиода).

Таймер выполнен на базе недорогого восьмивыводного микроконтроллера PIC12F629, имеющего в своем составе встроенный компаратор, который использован для контроля уровня напряжения бортовой сети.

Данный таймер монтируется в центральную приборную панель автомобиля в салоне, способ крепления зависит от марки автомобиля, и соответственно, конфигурации приборной панели.

Последовательность установки:

- снять пластиковый щиток панели приборов;

- отсоединить все колодки подключения кнопок;

- под панелью приборов закрепить любым доступным способом таймер.

Элементы обогрева зеркал выполнены из плёночного резистивного материала. Монтируются они весьма просто, с обратной стороны каждого зеркального стеклянного элемента склеиванием термостойким клеем.

таймер обогрев электрический микроконтроллер

1. Разработка структурной схемы таймера обогрева зеркал заднего вида

Таймер обогрева представляет собой устройство, которое инициализирует свою работу после поворота ключа замка зажигания в положение «Зажигание», либо во время дистанционного запуска двигателя автомобиля. Имеется возможность программного включения обогревателя при дистанционном запуске двигателя автомобиля, а также блокирование работы нагревателя при напряжении в бортовой сети автомобиля ниже 12,5 В (о чем сигнализирует мигание светодиода). Время работы программируется пользователем, интервалом от 1 до 20 минут.

Таймер обогрева зеркал в своём составе обязательно должен иметь следующие блоки:

- управляющее устройство;

- исполнительное устройство;

- стабилизатор напряжения;

- схема ручного запуска.

Управление таймером и его программирование производится с помощью кнопки.

Ниже представлена структурная схема работы таймера:

Рисунок 1 - Схема структурная таймера обогрева зеркал заднего вида

Управляющее устройство обрабатывает сигналы, поступающие после нажатия кнопки включения устройства, либо автоматически после включения зажигания/автозапуска двигателя автомобиля.

Стабилизатор напряжения стабилизирует напряжение питания управляющего устройства PIC до необходимого уровня.

Исполнительное устройство представляет собой реле, управляющее запрограммированными пользователем режимами работы таймера обогрева зеркал. Данное устройство автоматически инициирует включение, либо отключение таймера по истечении определённого времени, которое выбирает сам пользователь. Данное устройство является самым уязвимым в схеме, поскольку является переключающим.

Таймер питается от бортовой сети автомобиля, после проворота ключа зажигания в положение «Зажигание».

Схема ручного запуска инициализирует работу устройства при ручном нажатии на кнопку запуска.

2. Разработка схемы электрической функциональной таймера обогрева зеркал заднего вида

Функциональная схема таймера обогрева зеркал заднего вида представлена на рисунке 2.



1 - схема ручного запуска; 2 - стабилизатор напряжения; 3 - управляющее устройство (контроллер); 4 - исполнительное устройство.

Рисунок 2 - Схема функциональная таймера обогрева зеркал заднего вида

Работа устройства сводится к приёму сигналов после нажатия кнопки схемы ручного запуска (1) пользователем, либо после автоматического запуска двигателя, последующего анализа этих сигналов управляющим устройством (3), которое формирует сигналы управления для исполнительного устройства (4). А исполнительное устройство (4) включает либо отключает нагрузку (5) в нужное время, по истечению заданного интервала работы таймера. Устройство питается от бортовой сети автомобиля (12,5 В). Для задания необходимого уровня напряжения питания микроконтроллера используется стабилизатор напряжения (2).

Рассмотрим работу таймера обогрева зеркал заднего вида более подробно.

Схема ручного запуска (1) представляет собой ключ (кнопку), кратковременно замыкающую контакт при нажатии пользователем, а также делитель напряжения R1, R2. После нажатия формируются прямоугольные импульсы различной длины. Сигналы после нажатия кнопки поступают на вход In2 контроллера (3). В случае запрограммированного пользователем автозапуска устройства, сигнал для автозапуска без участия пользователя поступает на вход In1, и устройство инициирует свою работу.

Управляющее устройство (3) представляет собой некоторое вычислительное устройство, которое в соответствии со входными сигналами формирует сигналы управления исполнительным устройством (4) по заранее заложенному в него алгоритму. При этом всё устройство должно выполнять следующие операции:

- автоматическое включение/отключение обогрева зеркал;

- работа в течении заданного периода времени, которое устанавливается пользователем;

- сохранение текущего состояния выбранного режима после отключения зажигания;

- автовыключение через заданный период времени, что позволяет экономить электроэнергию.

В управляющее устройство (3) необходимо заложить возможность распознавания двух типов входных сигналов: краткой длительности и большой длительности. Сигнал краткой длительности формируется при нажатии на кнопку ручного запуска (1) и её удержании на время не более 5 секунд. Сигнал большой длительности формируется при удержании кнопки от 5 до 10 секунд. Для правильного формирования управляющих сигналов, управляющее устройство (3) должно иметь синхронизирующую цепь. Данное устройство содержит в себе встроенный компаратор, который используется для контроля уровня напряжения бортовой сети.

Для включения/выключения обогревателя достаточно одного кратковременного нажатия на кнопку ручного запуска (1). Время прогревания по умолчанию равно 2 мин. Если пользователь желает установить другое время (в пределах 1...20 мин), необходимо сначала нажать на кнопку на время около 10 с и, когда светодиод начнет мигать -- всего три раза, кнопку отпустить.

Последующие кратковременные нажатия на кнопку, пауза между которыми не должна превышать 5 с, будут записывать в память EEPROM микроконтроллера (3) необходимое число минут с шагом одно нажатие -- одна минута.

Если в автомобиле используется дистанционный запуск двигателя, то пользователь может запустить функцию автоматического включения обогревателя через 10 с после дистанционного запуска двигателя автомобиля. Для этого необходимо при отключенном устройстве (зажигание выключено) нажать на кнопку, после чего включить зажигание. Светодиод начнет мигать с частотой 1 Гц. Теперь можно вытащить ключ зажигания и поставить машину на охрану. После отработки одной процедуры автоматического включения обогревателя указанная функция обнуляется.

Стабилизатор напряжения (2) стабилизирует напряжение источника, встроенного в микроконтроллер (3) до заданного значения 5,5 В.

Исполнительное устройство (4) представляет из себя электронный выключатель - реле, которое работает в ключевом режиме, подключая нагрузку (нагревательный элемент) к бортовой сети. Оно должно обладать высоким быстродействием и малым внутреннем сопротивлением во время коммутации нагрузки. Бортовое напряжение 12,5 В питает нагрузку, устройство управления (3), исполнительное устройство (4) и выключатель (кнопку) (1).

3. Описание элементной базы таймера обогрева зеркал заднего вида

Кнопка SB1 представляет собой ключ, кратковременно замыкающий/размыкающий контакты. В качестве данного ключа используем кнопку SPA-106. Она прикреплена к плате проволочным хомутом и для надежности вместе со светодиодом HL1 приклеена эпоксидным клеем.

Управляющее устройство представляет собой некоторое вычислительное устройство с блоком памяти. Современная элементная база позволяет его выполнить на одной ИМС. Есть много готовых специализированных ИМС, которые не обладают требуемыми, для данного таймера обогрева, параметрами. Поэтому мы будем использовать микроконтроллер общего применения типа PIC. В данном таймере используем микроконтроллер PIC12F629, который является высокопроизводительным RISC процессором, и имеет следующие характеристики:

Память:

- 1024 x 14 слов FLASH памяти программ;

- 64 x 8 байт памяти данных (ОЗУ);

- 128 x 8 байт EEPROM памяти данных;

- 16 регистров специального назначения;

- поддержка прерываний;

- 8-уровневый аппаратный стек;

- прямой, косвенный и относительный режимы адресации для данных и инструкций.

Периферия:

- 6 индивидуально настраиваемых портов ввода/вывода;

- сильноточные схемы портов ввода/вывода;

- модуль аналогового компаратора;

- один аналоговый компаратор;

- интегрированный программируемый источник опорного напряжения для компаратора;

- мультиплицируемые входы;

- возможность подключения выхода компаратора к выводу микроконтроллера.

Особенности микроконтроллера:

- сброс при включении питания (POR);

- таймер включения питания (PWRT) и таймер запуска генератора (OST);

- сброс по снижению напряжения питания (BOR);

- сторожевой таймер (WDT) с собственным встроенным RC-генератором для повышения надежности работы;

- мультиплицируемый вывод - MCLR;

- прерывания по изменению сигнала на входе;

- программируемая защита кода;

- режим экономии энергии (SLEEP).

Технология КМОП:

- экономичная, высокоскоростная технология КМОП;

- полностью статическая архитектура;

- Коммерческий и промышленный температурный диапазоны.

Низкое энергопотребление:

- < 1.0 мА, 5,5 В, 4 МГц;

- 20 мкА (типовое), 2,0 В, 32 кГц;

- < 1.0 мкА в SLEEP режиме.

В данной схеме задействованы 3 входа микроконтроллера:

- вход автозапуска;

- вход по ручному нажатию кнопки;

- вход стабилизированного напряжения.

А так же выходы: на исполнительное устройство и индикацию.

На выходе PIC контроллера формируется сигнал управления для управления исполнительным устройством, которое должно быстро и эффективно подключать нагрузку к сети питания. Исполнительное устройство реализуется с помощью транзистора VT1 и реле К1. В качестве элемента, коммутирующего нагрузку используется транзистор VT1, через который на обмотку реле К1 поступает рабочее напряжение. Транзистор КТ503В имеет следующие параметры:

- структура n-p-n;

- максимально допустимое (импульсное) напряжение коллектор-база 60 В;

- максимально допустимое (импульсное) напряжение коллектор-эмиттер 40 В;

- максимально допустимый постоянный ток коллектора 150 мА;

- максимально допустимый импульсный ток коллектора 350 мА;

- максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора 0,35 Вт;

- обратный ток коллектора <=1 мкА.

Реле К1 -- BS-115C фирмы Bestar. Возможна его замена на отечественное автомобильное, например 711.3747-02, с корректировкой размеров и рисунка печатной платы. Характеристики реле BS-115C:

- максимальное коммутируемое постоянное напряжение: 60 В;

- максимальное коммутируемое переменное напряжение: 240 В;

- максимальный коммутируемый ток: 12 А;

- минимальная переключаемая нагрузка: 100 мА, 5 В;

- сопротивление контактов: 0,1 Ом;

- сопротивление изоляции: 100 Мом;

- время срабатывания, максимум: 10 мс;

- время отпускания, максимум: 5 мс;

- потребляемая мощность: 360 мВт.

Условия эксплуатации:

- температура окружающей среды от -30 до +55;

- вибропрочность и виброустойчивость в диапазоне частот: от 10 до 50 Гц - с амплитудой 1,5 мм;

- ударная устойчивость минимум 100 м/.

Для питания микроконтроллера напряжением 5.5 В необходимо применить стабилизатор напряжения 78L05. Напряжение питания микроконтроллера DD1 стабилизировано микросхемой DA1.

Микросхема -- стабилизатор 78L05 (7805) имеет тепловую защиту, а также встроенную систему, предохраняющую стабилизатор от перегрузки по току. Тем не менее, для более надежной работы желательно применять диод, позволяющий защитить стабилизатор от короткого замыкания во входной цепи.

Данный стабилизатор не дорогой и прост в применении, что позволяет облегчить проектирование схемы. Его характеристики:

- входное напряжение: от 7 до 20 В;

- выходное напряжение: от 4,5 до 5,5 В;

- ток потребления (стабилизатором): 100 мА;

- выходной ток (максимальный): 100 мА;

- допустимая разница напряжений вход-выход: 1,7 В;

- рабочая температура: от -40 до +125 єС.

4. Описание работы схемы электрической принципиальной таймера обогрева зеркал заднего вида

Схема электрическая принципиальная таймера обогрева зеркал заднего вида представлена на чертеже РММП.730000.000 Э3.

На схеме электрической принципиальной можно выделить следующие части.

Блок запуска таймера. Данный блок обеспечивает инициализацию работы устройства по автозапуску, либо по ручному запуску пользователем при нажатии кнопки запуска SB1. Работа таймера начинается после поворота ключа зажигания в положение «Зажигание», когда на устройство поступает напряжение питания с бортовой сети, величиной 12,5 В. Микроконтроллер сравнивает входное напряжение с делителя напряжения R1, R2 с программно заданным значением образцового напряжения 12,5 В источника, встроенного в микроконтроллер. Если входное напряжение ниже образцового, происходит блокирование работы таймера. Светодиод HL1 в этом случае мигает с частотой 1 Гц. Если напряжение бортовой сети больше 12,5 В, напряжение на входе CIN микроконтроллера превышает образцовое, светодиод HL1 выключен, устройство готово к работе.

При однократном нажатии на кнопку SB1 через транзистор VT1 на обмотку реле K1 поступает рабочее напряжение. Контакты K1.1 реле замыкаются и подают на выводы 1, 2 соединителя X1 напряжение для питания подключаемых к этим выводам нагревательных элементов. Одновременно включается светодиод HL1. Для выключения обогревателя достаточно ещё раз нажать на кнопку SB1.

Конденсатор C1 предотвращает возможные скачки напряжения после ручного запуска устройства, либо в процессе программирования контроллера.

Цепь управления состоит из микроконтроллера DD1 PIC12F629, светодиода HL1, и резистора R4, который ограничивает ток, протекающий через светодиод.

Цепь коммутации. Данная цепь обеспечивает коммутацию нагрузки. Основу составляет реле К1. Электронный ключ VT1 обеспечивает срабатывание реле К1. Диод VD1 служит для разряда электромагнитной энергии, накапливающейся в обмотке реле при протекании в ней тока. После закрывания транзистора VT1 этот ток ответвляется в диод, рассеивая энергию на нём и обмотке за счёт их нагревания. Напряжение через обмотку реле регулируется резистором R3.

Цепь стабилизации напряжения. Данная цепь ограничивает напряжение питания микроконтроллера. На входе стабилизатора ST1 ставится конденсатор C2 для исключения высокочастотных помех. Конденсаторы C3 и C4 так же играют роль фильтрующих элементов. На выходе стабилизатора имеем стабилизированное напряжение величиной 5,5 В, которое подаётся на выводы микроконтроллера DD1.

5. Алгоритмы функционирования

Запуск исполнительного устройства происходит только после сравнения микроконтроллером напряжения бортовой сети на входе с заданным пороговым уровнем 12,5 В, независимо от того, происходит автозапуск, или же ручной запуск устройства. Если напряжение бортовой сети больше, либо равно 12,5 В, контроллер подаёт сигнал на беспрепятственную инициализацию работы таймера. Если же данное условие не выполняется, происходит блокирование работы таймера.

После включения, время прогревания по умолчанию равно 2 минуты. Если пользователь желает установить другое время прогрева, необходимо войти в режим программирования контроллера. Для этого потребуется нажать кнопку SB1 на время около 10 секунд и, когда светодиод начнёт мигать, кнопку отпустить.

Последующие кратковременные нажатия на кнопку SB1, пауза между которыми не должна превышать 5 секунд, будут записывать в память EEPROM микроконтроллера необходимое число минут с шагом одно нажатие - одна минута. Если пауза между нажатиями на кнопку SB1 превышает 5 секунд, происходит выход из режима программирования.

Если после входа в режим программирования кнопку не нажимать или число нажатий более 20, в память микроконтроллера будет занесено значение в 1 мин. Через 5 с. после последнего нажатия светодиод HL1 мигнёт 3 раза, подтверждая этим окончание записи и выход из режима программирования.

Заключение

В данной курсовой работе были рассмотрены возможности работы таймера обогрева зеркал заднего вида автомобиля, его принцип функционирования и алгоритмы работы программы, встроенной в микроконтроллер таймера. Программа позволяет устанавливать интервал времени работы таймера от 1 до 20 минут, по желанию пользователя. Как правило, чем ниже температура воздуха за бортом автомобиля и суровее погодные условия, тем на большее время необходимо устанавливать работу таймера обогрева. Физическая реализация таймера не представляет особой сложности для обывателя, и разработать его сможет практически любой желающий автолюбитель, задавшись данной целью. Единственная проблема, с которой может столкнуться пользователь таймера - это его монтаж. Если с плёночным резистивным нагревательным элементом, который клеится эпоксидным клеем на обратную сторону зеркала проблем, как правило, проблем не возникает, то с монтированием блока таймера в приборную панель, они могут возникнуть, поскольку приборная панель каждого автомобиля имеет свои конструктивные особенности.

Список использованных источников

1. Журнал «Радио» №2 2011, 68 с.

2. В. А. Герасимов «Методические указания к курсовой работе по дисциплине Микропроцессорная техника» Ростов н/Д. Издательский центр ДГТУ, 2005, 15 с.

3. http://www.microcontrollerov.net/

4. http://www.joyta.ru/ «Всё для радиолюбителя»

5. http://catalog.gaw.ru/ «Рынок микроэлектроники»

Приложение А. Алгоритм функционирования программы микроконтроллера

На рисунке А1 показана блок-схема алгоритма функционирования программы микроконтроллера таймера обогрева зеркал заднего вида.

Рисунок А1 - блок-схема алгоритма функционирования программы микроконтроллера таймера обогрева зеркал заднего вида



Размещено на Allbest.ru

...