Автомобильный измеритель расхода топлива

Машина не роскошь, – а средство передвижения.

Именно этими словами хотелось бы открыть эту тему. Любое транспортное средство не может двигаться без топлива, которое, как известно, стоит денег. А кто из нас точно знает, сколько литров на единицу времени или пути сжигает автомобиль. А ведь зная текущий расход топлива можно легко выбирать стиль езды, экономящий понапрасну сжигаемое топливо. Удобно выявить оптимальные режимы с точки зрения рационального компромисса между экономией и достаточной приемистостью, именно для вашего двигателя. Многие авто уже оборудованы штатными индикаторами, да, именно индикаторами (не измерителями) расхода с названиями ECONOMY или тому подобными. Данный прибор скорее отображает качество усвоения топлива двигателем, нежели расход. Он измеряет разряжение под дроссельной заслонкой, – а это не есть точный параметр расхода топлива…

Многие контроллеры управления впрыском, имеют внешнюю цифровую шину, с которой можно считывать информацию о расходе, но описания протоколов обмена по этой шине не являются свободно доступными, и проще с этой шиной не работать.
Разработанная мною конструкция является достаточно точным прибором для отображения реального, текущего расхода топлива Вашего авто.

Единственным ограничением на использование этого прибора является то, что двигатель должен быть инжекторным (mono или multi point), а если дизельный, то впрыск должен быть электронным. Современные автомобили в основной своей массе именно таковыми и являются.

Это связано с тем, что исходный сигнал снимается непосредственно с клеммы электромагнита форсунки. Измерение расхода основано на измерении времени открытия форсунок за единицу времени измерения, учитывая то, что давление топлива в магистрали - константно.

Расход отображается в литрах в час с точностью 0.1 литра в час. Для подключения требуется всего 4-е провода: масса, +12в постоянно, +12в при включении зажигания и сигнал от форсунки (если их больше одной, то от любой одной ). Существуют два основных режима работы - измерение и калибровка. Для чего нужна калибровка. У разных моделей авто различный объём двигателей, разное давление в топливной магистрали и т.п. Для процесса калибровки необходимо только одно - знать точное количество топлива сгоревшее за какое то время. Начало и окончание этого времени отмечается пользователем. При этом, в режиме калибровки, можно запускать и глушить двигатель и ехать на любых скоростях и режимах. Важно лишь отметить контроллеру начало и окончание отсчёта времени, за которое сгорело точно известное количество топлива. После этой процедуры прибор будет откалиброван именно для вашего авто. Процедура калибровки, работающая с 32-х битными числами - достаточно сложна и подробного описания её работы не будет.

Измеритель может быть выполнен на любом процессоре с структурой команд 8051, например 1816ве51,80с31,89s52…, с внутренней или внешней памятью программ не менее 4К.

Рис.1. Фото индикатора со стороны контроллера hd44780

Измеритель состоит из блока индикации на 1-2-х рядном индикаторе с контроллером HD44780, блока клавиатуры и самого процессорного модуля. В качестве индикатора лучше применить двухрядный 2х16 знаков или полуторорядный, в котором второй ряд имеет матрицу символа 4х5 точек. Можно использовать и однорядный индикатор, но в этом случае не будет работать пиковый индикатор расхода, реализованный именно в втором ряду знакомест.

Клавиатура состоит из пяти кнопок, работающих на замыкание, обозначим их цифрами 1..5 для простоты упоминания о них в дальнейшем описании. Блок индикатора и блок клавиатуры могут быть удалены от процессора практически любым кабелем на расстояние более двух метров. Это сделано для удобства установки прибора в авто, например : индикатор на приборный щиток, клавиатуру рядом с ручкой ручного тормоза, а процессор в любое другое место, но обязательно в салоне. Для обеспечения этой возможности выбраны достаточно низкие скорости обмена процессора с индикатором и клавиатурой, а также реализован программный контроль дребезга клавиатуры.

Функционально кнопки имеют следующие значения :

1. уменьшения значения переменной
2. увеличение значения переменной
3. предыдущая переменная
4. следующая переменная
5. мастер-кнопка

Включение контроллера происходит при включении зажигания, путём формирования сигнала сброса процессора, а выключение происходит автоматически при отсутствии сигнала с форсунки более 15-ти сек. После выключения процессор и индикатор переводятся в режим микропотребления, основное питание при этом не прерывается.

При включении могут быть три варианта запуска

• холодный старт для первого включения или разрушенной информации в пзу
• тёплый старт, значения всех параметров берутся при этом из пзу и озу процессора
• тёплый старт, но с очисткой только озу процессора для запуска откалиброванного измерителя после отключений аккумулятора или иных сбоев в системе электропроводки.

Рис.2. Фото индикатора работающего измерителя

А теперь, собственно, инструкция по эксплуатации.

Для установки в авто необходимо установить индикатор, клавиатуру и процессорный модуль в удобные места. Подключить массу к корпусу авто,+12в к постоянно присутствующему питанию, например к клемме аккумулятора, зажигание к проводу, на котором +12в присутствует только при включенном зажигании и последний провод к форсуне, если форсунок более одной, то к любой из них. Подключаться нужно через резистор 10кОм к тому проводу электромагнита форсунки, на котором напряжение пульсирует в момент открытия последней.В целях безопасности, этот резистор следует установить непоследственно у форсунки. Напряжение с форсунки должно быть близком к нулю при открытии форсунки и близким к 12в при закрытии, в противном случае необходимо самостоятельно установить дополнительный инвертор для смены фазы сигнала с форсунки, в схеме контроллера.

При первом включении перед включением зажигания необходимо нажать кнопки 1,2 и 5 одновременно и потом включить зажигание. После включения зажигания, отпустить кнопки и дождаться запуска контроллера. Далее следует нажать кнопку 5, и после появления в самом правом знакоместе символа * ,нажать кнопки 1 и 2 до появления надписи SETUP, далее отпустить все кнопки.
На экране появится название первой переменной системного меня и её значение. Выбор переменной производится кнопками 3 и 4,а значение меняется кнопками 1 и 2.Для первого случая не следует ничего менять и следует нажать кнопку 5 до появления обычного дисплея.При этом начальные значения пропишутся в пзу и в дальнейшем контроллер будет нормально стартовать при включении. Следует отметить, что при выполнении вышеописанной процедуры инициализации, калибровачный коэффицент останется ошибочным, он пропишется только после удачного цикла калибровки на автомобиле. Это вызовет тольо лишь ошибочную индикацию рахода! Поэтому удобнее пзу 24с02 заранее запрограммировать значениями : 5,100,10,10,32,0,197,0,0,10. Эти данные следет прописать с нулевого адреса пзу .

Системное меню имеет следующие переменные:

• mass time время измерения, которое следует выбрать для получения оптимальной для вас динамики смены показаний измерителя
• mass offs введение постоянной корректировки в показание измерителя в диапазоне от –100 до +100, что будет соответствовать корректировке показаний от – 10.0 л/ч до + 10.0 л/ч.
• mass *mul
• mass /div эти параметры позволяют умножить и потом разделить результат измерения расхода на число от 1 до 10-ти для пропорциональной корректировки показаний. Иными словами можно умножить или разделить показания на 0.1….10.
  *-displ /div коэффицент деления входного сигнала для пикового индикатора ,служит для выбора усиления пикового индикатора.
  *-displ mode режим пикового индикатора
  0-одно движущееся знакоместо
  1-обычный пиковый индикатор с меняющейся по длине полосой знакомест
  *-работает только с двухрядным индикатором.
• -tank calibr эта переменная влияет на результат калибровки, при её уменьшении показания реального расхода после калибровки увеличиваются и аналогично в обратном направлении.

О последней переменной подробнее. Измеритель спроектирован но работу процессора с кварцем 11мГц, но могут использоваться и другие частоты. Для простоты адоптации к другой частоте кварца и используется данная переменная. Для установки последней в правильное положение лучше всего собрать и подключить калибровочный генератор. Выход генератора подключается вместо сигнала от форсунки. Включив измеритель с генератором следует выбрать частоту и скважность импульсов генератора такими, чтоб показания не были нулевыми и максимальными(70л в час). Далее запустить калибровку скажем на 10 минут и сказать контроллеру, что сгорело 2литра после этого показания должны стать 6 литров в час, если этого не произошло, то следует подобрать переменную tank calibr ,повторяя режим калибровки до получения требуемого показания расхода.

После этой процедуры измеритель готов к калибровки на автомобиле.

Калибровка запускается нажатием кнопок 5 и 3 до появления надписи calibr stsrt, для окончания нажать кнопки 5 и 4 , появится надпись calibr stop, после отжатия кнопок контроллер попросит ввести реально сгоревшее количество топлива (real tank), если ввести 0, то калибровка продолжится. Это сделано для предотвращения ошибочной отмены режима. Если при калибровочных вычислениях возникнут грубые математические ошибки, например деление на ноль, то контроллер выдаст собщениие calibr error и вернётся к прежним значениям. В режиме калибровки нельзя входить в системное меню, при попытке возникнет сообщение setup not run.Это связано с значением временем измерения, которое нельзя менять в режиме калибровки.

При возможно кажущейся сложности при инсталяции , измеритель обладает высокой гибкостью в адаптации к конкретным условиям работы. При установке кварца на частоту,отличную от 11мГц необходима двойная калибровка, хотя и с требуемым значением частоты (11мГц) кварца может потребоваться первичная калибровка для повышения точности измерений. В любом случае лучше выполнить оба этапа калибровки.

Тёплый старт с очисткой озу процессора отменяет только все незаконченные калибровочные процедуры на случай сбоя.

Технические данные

Измеряемый расход 0.1-70.0 л. на час
Калибровочный объём топлива 1-99 литров
Время измерения 0.2 – 1.5сек

В прилагаемых файлах:

Скачать fuel.zip (250 кб - 1 мин 30 сек @ 28,8 кбит/с)

• схема контроллера с внешней ПЗУ
• схема контроллера с внутренней ПЗУ
• схема калибровочного генератора
• фото индикатора работающего измерителя
• фото индикатора со стороны контроллера hd44780
• программы для прошивки пзу в hex и bin форматах

Файлы для прошивки приводятся в bin hex форматах. Прилагается две версии контроллера:
-0…для однорядного индикатора
-1…для двухрядного индикатора, хотя эта версия может работать с однорядными индикаторами, имеющими непрерывные адреса знакомест, конечно без пикового индикатора.

Индикаторы на основе hd44780 имеют не менее трёх, известных мне , разновидностей адресации внутреннего озу и совет прост,
Попробовать обе прилагаемые версии, если это не помогает, то использовать другой индикатор При несовместимости индикатора, в любом случае, левые 8 знакомест будут отображаться корректно!

Как уже отмечалось-процессор любой,совместимый с системой команд 8051,с внешним или внутренни пзу объёмом 4кбайта.В случае использования внутреннего пзу порты Р0 и Р2 не используются.

И в заключение хочу отметить:

Данный прибор является частью моей разработки маршрутно-бортового компьютера. Разработка в целом будет коммерческой и по завершении будет отдельная статья с описанием конструкции и условий реализации прибора.
Данная версия (beta) является бесплатной в связи с тем, что я заинтересован в результатах испытаний на разных моделях авто.
Буду очень признателен за такую информацию.

С вопросами приобретения или заказа просьба пока не обращаться. Дополнительных функциональных возможностей в бесплатной версии также не будет.

Желаю удачи и безаварийной езды!!!

С уважением, Андрей Семичев,ES4MF, Кохтла-Ярве, Эстония.
ES4RMH (at) ESTPAK.EE / ESMF(at)FRONT.RU (es4mf ex es4rmh),
ICQ-158570237

Будут вопросы, пожелания, предложения - пишите.