Эргономичный счетчик наработки для бензогенератора

Автор: ppp
Опубликовано 21.09.2014
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2014"

«Эргономика - научная дисциплина…» 
Международная Ассоциация Эргономики (IEA) 

Вместо предисловия.

Раз продлили срок конкурса, значит работ выставлено меньше, чем ожидали - подумал я, и осмелился, пользуясь таким благоприятным случаем, предложить на суд читателей не какое-нибудь супер-пупер сверхъестественное схемотехническое или конструктивное решение, а свою философскую концепцию радиолюбителя.

Ага, не устройство, а свой взгляд на жизнь. Нет, схемы и фотографии устройства ниже будут, но это будет только иллюстрация выстраданной мною концепции, которую можно одной фразой выразить так:

Идеальное устройство – это аккуратная коробочка, на которой размещена
одна единственная большая зеленая кнопка с надписью «Счастье».

Иными словами – прибором тогда удобно пользоваться, когда он делает только то, что должен, а не всё то, что сможет выжать из него автор.

Т.к. в наибольшей степени нарушениями эргономических норм и правил в плане предоставления информации пользователю страдают радиолюбительские устройства на микроконтроллерах, то в качестве иллюстрации я такое из своих последних и выбрал. А именно, счетчик наработанного времени (моторесурса) бензогенератора.

Устройство предназначено для своевременного оповещения владельца бензинового генератора о необходимости проведения регламентных работ по смене масла.

Отработал генератор 100 часов, как рекомендует производитель моего – будь любезен заменить масло. Генератор у меня работает не постоянно, а в системе резервирования. Т.е. режим его работы – рваный. Без ведения журнала отследить эти 100 часов сложно, а менять масло раньше срока – зеленая жаба противится. Т.е. по сути, нужен счетчик, который будет считать и запоминать отработанное генератором время, вместо того, чтобы записывать эту информацию вручную в формуляр, как это делают настоящие мотористы. Готовые счетчики предлагаются массово. По ценам от 200 рублей и до предела жадности продавца. Но это же готовые :).

К счастью, в лесу, где я обитаю, нет не только магазинов радиодеталей, но и почтового отделения, куда китайцы могли бы прислать заказанные у них детали. Поэтому устройство в результате получилось без цветного графического дисплея, и даже без экспорта данных по USB в компьютер. В закромах нашелся только МК Attiny2313 и захудалый дисплейчик по 8 символов в каждой из двух строчек.

Тем не менее… При старте на дисплей на несколько секунд выводилось количество запусков генератора, после чего в первой строке дисплея отображалось с точностью до минуты суммарное отработанное генератором время, а во второй – с точностью до секунды продолжительность текущего сеанса. Кроме того, отдельно был выведен индикатор активности в виде моргающего светодиода. Ну и естественно, куда же без этого, со временем же имеем дело, тактирование производилось от внешнего кварца. Не девайс, а мечта. Мечта идиота, как оказалось впоследствии. Если бы еще и носки стирал, цены бы ему не было. Да, селфи делать он, увы, тоже не умел, поэтому в истории сохранилась только одна его фотография, когда он был еще макетом:

Рис.1. Дисплей счетчика версии “Bad”

Пишу о нем в прошедшем времени, т.к. отработав около полугода был подарен заезжему гостю, тоже владельцу генератора. Ну, так у нас принято – если гостю что-нибудь понравилось, то должен ему это подарить. Да и не жалко было. И человек хороший, и вся документация для быстрого повторения еще не была уничтожена.

Но… сам я к тому времени отчетливо осознал, что повторять не буду. Ни за что! Несмотря на то, что счетчик своей работой за полгода ни разу не разочаровал, пользоваться предоставляемой им информацией было неудобно. Не эргономична она, эта информация.

Мне от прибора нужен был ответ на единственный вопрос: «Пора менять масло или еще рано?». А я что получал?

- Количество запусков генератора.
Очень интересно, но зачем мне это?.. Да еще я терял и несколько секунд в ожидании пока эта надпись исчезнет.

- Суммарное время наработки с точностью до минуты.
Это уже полезнее. Но удобнее было бы выводить время, оставшееся до смены масла. Не пришлось бы тогда помнить, а каков же допустимый предел, и заниматься устным счетом по вычитанию одного из другого.

- Продолжительность текущего сеанса.
Ну, может быть пользу можно было бы извлечь из этой информации. Например, ориентироваться, на сколько еще бензина в баке хватит. Но для этого нужно бегать к генератору и смотреть. Да и знать, сколько его, этого бензина, там было при запуске тоже надо было знать. А за все эти полгода каждый раз после запуска генератора я повторно подходил к нему всегда с единственной целью – выключить.

Кроме того, для считывания показаний счетчика будь любезен подойти к нему, да еще и поклониться. Иначе циферок даже с включенной подсветкой дисплея не разглядишь.

В составе приборов какой-нибудь лаборатории ДВС счетчик в таком виде может быть и оправдывал бы себя. А так – только понты кидать перед теми, кто и циферки выводить на дисплей еще не научился. В нашем лесу таких, кто не умеет выводить циферки на дисплей, просто нет. Других тоже нет, один я тут на несколько верст. То есть даже для этой цели он мало подходил.

А потому я и вспомнил и об эргономике, и об информационном мусоре, которого и так более чем достаточно из каждой щели прет. В общем, спроектировал новую версию - “Good”, которой и делюсь сейчас с вами.

Описание устройства.

Счетчик подключается непосредственно жесткими штекерами типа «банан» к клеммам генератора, предназначенным для зарядки аккумуляторов («12V; 8,3A»). Таким образом, он всегда находится в поле зрения при запуске генератора. А поэтому пропустить предупреждающий сигнал о выработке ресурса просто невозможно.

Рис.2. Мой генератор

Сигнализация производится единственным! светодиодом. О своей активности устройство сигнализирует непрерывным миганием этого светодиода с частотой 1 Гц.

• Если до смены масла еще достаточно времени, то светодиод моргает зеленым цветом.
• Если заданый моторесурс уже выработан (в моем случае это 100 часов), то красным.
• Введен еще один сервисный сигнал – предупреждающий о том, что до окончания заданного критического времени осталось всего 10 часов. Ну, чтобы пользователь генератора успел побеспокоиться о наличии у себя масла для смены и сбегать в магазин, если что. В этом случае светодиод мигает поочередно зеленым и красным цветом.

В конструкции применен светодиод повышенной яркости, поэтому нет необходимости находиться в непосредственной близости от работающего генератора, чтобы получить эту информацию. Он свободно различим и за 10 метров.

ВременнЫе параметры (время начала предупреждающего сигнала и время начала аварийного сигнала) считываются из EEPROM микроконтроллера, а потому их значения (в часах) могут быть заданы при прошивке МК любыми, в зависимости от рекомендаций производителя вашего генератора или по собственному разумению. Если магазин масел далеко, то лучше пораньше предупредить, не за 10, а за 20 часов, к примеру.

Для обнуления счетчика предусмотрена кнопка, которую необходимо удерживать нажатой в течении 3 секунд. Во избежание случайных обнулений. При нажатии кнопки индикатор гаснет, и по прошествии 3-х секунд, если она не отпускалась, начинает мигать зеленым цветом, что и служит сигналом к отпусканию. Отсчитывать три секунды не нужно, нужно просто нажать и держать, пока не замигает индикатор :).

И все! Вот оно - счастье без лишнего информационного мусора. Почти идеальное устройство.

Схема и её описание.

Схема устройства представлена ниже на рис.3.

Рис.3. Счетчик моторесурса, версия «Good».

Напряжение с клемм генератора «12V» через разъемы XS1 и XS2 поступает на диодный мост VD1, который в данном случае выполняет роль страховки от случайного изменения полярности при подключении. Сглаженное фильтрующим конденсатором C1, напряжение через делитель R1/R2 подается на вход АЦП3 микроконтроллера. Стабилитрон VD2 здесь выполняет функцию защиты входа МК от перенапряжения.

При подаче напряжения на микроконтроллер программа считывает из внутренней памяти ранее сохраненное значение наработанного времени и по таймеру добавляет к нему каждую вновь отработанную секунду. Проверяя при этом, не превысило ли полученное значение заданные критические значения (в моем случае 90 и 100 часов). В зависимости от результата проверки управляет индикаторным диодом HL1.

Микроконтроллер при этом постоянно отслеживает уровень напряжения на входе 2 и при снижении его ниже 4V отключает обработку прерываний и сохраняет накопленную сумму времени в EEPROM. После чего включает оба светодиода для того, чтобы разрядить полностью накопительный конденсатор C6, благодаря относительно большой емкости которого, собственно, и возможно продолжение работы МК после снятия входного напряжения. Разряжаем С6 принудительно исключительно для того, чтобы избежать каких-либо неожиданных сюрпризов и не испортить из-за этого сохраненные в EEPROM данные.

Кнопка SB1 служит для обнуления накопленных в EEPROM данных. Как только МК обнаружит, что она нажата, он выключит светодиод. Если в течении трех секунд кнопка не будет отпущена, то программа обнулит накопленное значение времени, включит моргающий режим светодиода и начнет накапливать значение отработанного времени с нуля.

Элементы, выделенные на схеме пунктирной линией предназначены для повышения помехоустойчивости. При запусках и отладке устройства в лабораторных условиях они, в общем-то, необязательны. Но при работе счетчика в непосредственной близости с генератором без них нормальная его работа немыслима.

Конструкция и детали.

Конструктивно счетчик (правильнее его назвать все-таки, наверное, индикатором) собран на маленьком кусочке макетной платы, которая установлена в половинку покупного корпуса G403 производства компании Gainta. Стоимость этого корпуса даже в магазине, название которого радиолюбители всей Руси Великой не любят произносить из-за его ценовой политики (а уж тем более на ночь глядя), составляет всего 40 рублей на сегодняшний день. Ну, отчего же не отрезать от него лишнее? Я бы отрезал и больше, но уж очень люблю кнопки КМ-1 отечественного производства. Вот она родимая, эта кнопка, и занимает половину получившегося у меня конструктива.

Рис.4. Конструкция счетчика версии «Good». Вид сверху.

Рис.5. Конструкция счетчика версии «Good». Вид снизу.

МК припаян навсегда, т.е. установлен без панельки. Плюс ко всему внутренности корпуса залиты герметиком. Т.е. конструкция неразборная и неремонтопригодная. Сделано это для защиты от атмосферных явлений в виде конденсата, тумана и прочих прелестей. Генератор у меня (как и у других, наверное) работает на свежем воздухе.

Резисторы делителя R1 и R2 должны быть мощностью 0,25Вт (МЛТ-0,25, например). Остальные могут быть любыми. Вместо стабилизатора 78L05 можно установить 7805 или КРЕН5, если место в корпусе позволяет. Вместо диодной сборки DB207 можно применить любую на прямой ток от 1А и обратное напряжение не ниже 50V. Диодный мост можно собрать и из подходящих дискретных диодов. Более того, если настолько уверены в себе и в том, что никогда в жизни не перевернете счетчик и не включите его в обратной полярности, то можете его вообще не ставить, на работоспособности это никак не скажется. Если уверены еще и в генераторе, в том, что он никогда не выдаст напряжение выше номинального на клеммах «12V», то и стабилитрон VD2 можете не ставить. Но это все не просто плохие идеи, а очень плохие. Хорошей идеей может быть только одна – заменить делитель R1/R2 одним подстроечным резистором номиналом около 4,7кОм. Тогда вам будет проще настраивать напряжение на входе 2 микроконтроллера.

Вместо двухцветного светодиода можно установить два - зеленый и красный. Программа специально написана так, чтобы такая комбинация была возможной. Это может быть удобным для людей с нарушеным цветоощущением.

Налаживание и сборка.

Обратите внимание на последовательность – именно налаживаем сначала, а собираем уже потом. Можно вести последовательную сборку, отлаживая каждый собранный участок перед сборкой следующего. Но не наоборот :).

Первым делом необходимо измерить номинальное напряжение на клеммах «12V» работающего на холостом ходу генератора. Не верьте надписи у клемм. 12 вольт на этих клеммах будет только при токе полной нагрузки этой низковольтной обмотки. Перед измерением этого напряжения обязательно закрепите на клеммах, соблюдая полярность, электролитический конденсатор 220мкф на 50V. Ибо на выходе генератора ничего, кроме выпрямительного мостика, а иногда и просто одинокого диода, в этом месте нет. Замерили? Запишите или запомните.

Далее, возвращаемся в свою лабораторию и собираем на макете или своей плате участок схемы VD1, С1 и делитель R1/R2. Подаем на вход собранного фрагмента схемы напряжение с лабораторного БП величиной, равной измеренной на генераторе. Подбором резистора R1 добиваемся напряжения 5V в контрольной точке КТ1. Меньше на 0,2-04 вольта можно, больше не нужно.

Установили? Теперь можно отключить входное напряжение и собрать узел стабилизатора C2, DA1 и C5. После подачи напряжения на выходе стабилизатора должно быть напряжение в районе 5V. Если это не так, то ищем ошибку в монтаже или неисправную деталь этого узла.

Теперь можно впаять все остальные детали, кроме микроконтроллера. Его нужно предварительно прошить. Если прошивать не умеете, поищите кого-нибудь рядом, кто умеет. В противном случае вам останется пожалеть, что потратили время на чтение.
Файл прошивки приложен к этой заметке. Файл данных для заливки в EEPROM я не прикладывал, т.к. я не знаю, какой программой вы будете пользоваться при прошивке и в каком формате его нужно вам подготовить. Но т.к. большинство программ, которые я встречал, позволяют редактировать область данных вручную, то содержимое ячеек и их адреса я указал на рис.6. Значения ячеек указаны в шестнадцатиричном формате (90 часов = 0h5A; 100 часов = 0h64).

Рис. 6. Область данных микроконтроллера.

FUZE-биты также следует подправить, они не соответствуют тем установкам, которые сделаны заводом-изготовителем МК по умолчанию.

Рис.7. FUSE-биты.

Прошили? Теперь можно подключить МК к схеме и насладиться работой самого эргономичного устройства в мире :). Если при первом включении загорится красный светодиод вместо мигающего зеленого, то нужно просто нажать и подержать нажатой кнопку обнуления данных.

Ну вот, наконец-то, и все. Спасибо большое, что дочитали аж досюда. Еще раз прошу великодушно простить за обилие букв, но вдруг кто-то прислушается и не станет повторять моих ошибок, тогда на одну новогоднюю елку вместо полезного прибора станет в мире меньше. Повысится экология радиолюбительства :).

Удачи и успехов вам!

PS

Приношу извинения так же за то, что не прикладываю исходные тексты программы. Это не от жадности, а по следующим причинам:

- Если вы программист, то напишете такую и даже лучше за десяток минут;

- Если вы программировать не умеете, то что вы там хотите увидеть и понять?;

- Если вы относитесь к таким же, как и я, кто учится на чужих программках, то разочарую - я не профессиональный программист, могу научить плохому. Поэтому и для вас будет лучше мои исходники не видеть.

Файлы:
Datasheet
Datasheet
Файл прошивки версии "Good"

Все вопросы в Форум.