Niniejszy projekt powstał jedynie w celach edukacyjnych –
autor projektu doskonale zdaje sobie sprawę z możliwości używania do takich
celów mikrokontrolera.
Założenia projektu:
- stworzenie elektronicznego urządzenia wyświetlającego
wartość prędkości pojazdu (docelowo - roweru),
- brak możliwości używania układów sterowania takich jak
mikrokontroler,
- możliwość zasilania bateryjnego,
- bezdotykowy odbiór danych przy użyciu kontaktronu.
- odporność na zakłócenia.
Do budowy
projektowanego układu jako czujnika ze względu na łatwą dostępność użyto
kontaktronu – docelowo umieszczanego na przednich widełkach przy kole. Dzięki
umieszczonym na kole zestawie magnesów (rozmieszczonymi w równych odstępach)
podczas jazdy styki kontaktronu ulegają zwarciu podając na wejście układu
formowania impulsów sygnał informujący o obecności magnesu podczas przebytego
odcinka drogi kątowej koła (odpowiadający odcinkowi przebytej drogi całego
pojazdu). Zdecydowano się na użycie układu formowania impulsów z racji
możliwego występowania zakłóceń sygnału z kontaktronu i zakłóceń wyindukowanych
w przewodzie łączącym licznik z kontaktronem. W roli układu formującego impulsy
użyto multiwibrator monostabilny zaimplementowany w NE556N.
Częstość
zwarć styków kontaktronu (a więc i uformowanych impulsów) jest wprost proporcjonalna
do prędkości pojazdu. Niemniej jednak, aby w pełni liczba impulsów
odzwierciedlała prędkość z jaką porusza się pojazd impulsy muszą zostać
zliczone w określonym czasie (zależnym od średnicy zastosowanych w konstrukcji
pojazdu kół) – dobranym na podstawie prostych obliczeń analitycznych. Z powyższego
założenia wynika fakt użycia multiwibratora pracującego w konfiguracji
astabilnej zawartego w tym samym układzie NE556N. Impulsy są zatem liczone w
takt jego sygnału, co jest realizowane przy użyciu bramki AND (74HC08).
Proces
zliczania tak uformowanych impulsów pojawiających się na wyjściu bramki w
określonym czasie odbywa się liczniku 2-dekadowym stworzonym na bazie 4518BD [podwójny licznik liczący w górę] (z odpowiednio wygenerowanym przeniesieniem do
starszej dekady).
Stan
licznika odpowiada ilości zliczonych impulsów, dlatego przed końcem procesu
zliczania w określonym oknie czasowym nie może zostać wyświetlony. Stąd też
potrzeba użycia rejestrów, do których wpisany zostanie stan licznika dopiero po
skończeniu operacji zliczania impulsów dla danego okna czasowego. W przypadku
projektowanego układu jako rejestrów użyto 2 rejestrów 74HC175. Po zakończeniu
procesu zliczania dla danego okna czasowego stan liczników zostaje wyzerowany.
Zerowanie licznika jest wyzwalane poziomem sygnału, z kolei wpis do rejestrów –
zboczem. Aby wyeliminować ewentualną możliwość niepożądanego efektu dynamiki sygnałów
przełączających w torze zerowania licznika dodano dodatkowe opóźnienie w
postaci dwóch bramek NAND. Należy nadmienić, że dwuwejściowe są implementowane
w układnie scalonym w liczbie 4 sztuk, a jako że i tak układ wykorzystuje 1
bramkę NAND to dodanie opóźnienia nie miało wpływu na wzrost poziomu
skomplikowania układu. Tym niemniej pozbyto się zagrożenia, w którym mogło by
dojść do faktu, że licznik zostałby wyzerowany przed wpisaniem jego stanu do
rejestru. Wówczas do rejestru zostałoby wpisane 0.
Informacja
zawarta w rejestrach następnie jest dekodowana na kod wyświetlacza
7-segmentowego (układy 4511BP) i
prezentowana na dwóch wyświetlaczach 7-segmentowych (Kingbright SC04-11EWA).
Weryfikacja
działania:
W
procesie weryfikacji działania by pozbawić się wszelkich wątpliwości odnośnie dokładności
działania układu licznika dokonano precyzyjnej kalibracji długości czasu bramkowania do wejścia projektowanego układu dołączając zamiast kontaktronu
mikroprocesorowy układ oparty na ATmega8, na którym zaimplementowano program
emulujący działanie kontaktronu idealnego dołączonego do roweru generując na
swoim wyjściu fale prostokątne o określonych częstotliwościach dla których
prawidłowe (o czasie bramkowania 0,613s) zliczenie wygenerowanych impulsów
odpowiada prędkości kolejno od 10, 20, 30, …, 90km/h. Kalibracji dokonano przy
tak działającym obwodzie regulując potencjometrem (w układzie multiwibratora
astabilnego), aż do momentu uzyskania prawidłowej liczby zliczonych i wyświetlonych
impulsów.
