В данной статье будут рассмотрены методы передачи данных по проводам питания устройств. Особое внимание уделено проблемам, которые необходимо решить разработчику подобных устройств связи. Приведены примеры реализации приемной и передающей части для линий связи по силовым проводам постоянного тока, а также реализация канала связи по силовым проводам переменного тока 220 Вольт с частотой 50 Герц. Описаны типовые алгоритмы работы управляющего микроконтроллера.
Немного истории
Идея передачи сигналов управления по проводам питания не нова. Еще в 30-х годах прошлого столетия проводились смелые эксперименты по передаче таких сигналов по проводам силовой сети города. Полученные результаты были не очень впечатляющими, но не стоит забывать о том, что в те времена царствовала ламповая техника и элементная база была не столь разнообразна. Ко всем проблемам технического толка добавлялись и организационные: не было единого стандарта - каждый разработчик делал всё под себя: использовались разные частоты и модуляции. Всё это сдерживало развитие данной отрасли связи.
Принцип работы передающих и приемных устройств
Принцип работы таких устройств заключается в передаче высокочастотных сигналов по проводам питания постоянного или переменного тока. В силовых линях переменного тока чаще всего передача сигналов осуществляется в момент перехода переменного тока через ноль, т.е., когда силовое напряжение отсутствует или минимально. Дело в том, что и уровень помех в этот момент минимально. При этом полезный нам сигнал передается как бы между серией помех.
Передача высокочастотного сигнала по сети переменного тока
Для переноса высокочастотного сигнала в силовую сеть чаще всего используется трансформатор. Приемная часть обычно состоит из трансформатора связи и контура, на котором выделяются необходимые высокочастотные сигналы.
Метод переноса высокочастотных сигналов в сеть переменного тока
В силовых цепях постоянного тока используют подобный метод передачи высокочастотных сигналов, но принцип формирования такого сигнала иной: мощный ключ (транзистор) своим переходом кратковременно шунтирует сеть. Происходит небольшое уменьшение напряжение в сети (Рис. 3).
Метод формирования высокочастотных сигналов в сетях постоянного тока
На приемной стороне установлен чувствительный детектор, на котором выделяются эти просадки напряжение в линии. Далее эти сигналы поступают на вход усилителя с функцией АРУ, после чего полученные сигналы передаются в блок логики, который может быть выполнен как на микросхемах малой интеграции, так и на универсальном микроконтроллере или специализированной микросхеме, имеющей в своём составе все вышеперечисленные узлы. В последнее время микроконтроллеры всё чаще используются для таких задач благодаря низкой цене и большим возможностям. Тем более, использование программируемых устройств позволяет изменять назначение таких устройств, загрузив в них новую программу - это значительно проще и дешевле, чем изготовить новое электронное устройство с десятком микросхем…
Блок-схема современного PLC-модема
Достоинства и недостатки данного типа связи
Достоинством данного типа связи является совместное использование уже имеющейся проводной линии силовой сети. Т.е., не требуется производить монтаж линии связи, да и розетка есть практически в любой комнате.
К минусам относится как техническая сложность устройства, так и невысокая скорость при передаче данных на расстояния больше, чем 100-300 метров.
Также не стоит забывать, что данный канал связи можно организовать только между теми устройствами, которые подключены к одной фазе сети и только в пределах одной трансформаторной подстанции - высокочастотные сигналы не могут пройти через обмотки трансформатора электрической подстанции.
В принципе, последнее ограничение частично снимается использованием пассивных или активных ретрансляторов высокочастотных сигналов. Их используют как для передачи сигналов на другую фазу, так и для передачи сигналов в линию другого трансформатора.
Технические сложности реализации канала связи
Организация надежного канала связи по силовой сети - задача нетривиальная. Дело в том, что параметры сети непостоянны, они меняются в зависимости от времени суток: изменяется количество подключенных к сети устройств, их тип и мощность. Еще одной из негативных особенностей электрических сетей стран бывшего СССР является «гегемония» - мощные трансформаторные подстанции, которые питают целые кварталы! Соответственно, на одну фазу трансформатора подключены сотни абонентов, в квартире каждого из них имеется большое количество всевозможных устройств. Это как устройства с трансформаторными блоками питания, так и устройства с импульсными блоками питания. Последние зачастую выполнены с нарушениями в плане электромагнитных излучений - помех, что создает весьма высокий уровень помех в силовой сети здания и города в частности.
Во многих странах для питания зданий используются компактные трансформаторные устройства. Один такой трансформатор питает от 3 до 7 квартир или домов. Следовательно, качество электроэнергии, поступающей к абонентам, значительно выше, чем в наших электрических сетях. Также и сопротивление между фазным проводом и нулем выше. Все эти факторы позволяют иметь лучшие условия для передачи данных по квартире или зданию, чем имеем мы в наших условиях.
Большое количество подключенных в сеть устройств приводит к низкому сопротивлению между фазным проводом и нулем, оно может составлять 1-3 ома, а иногда и еще меньше. Согласитесь, что «раскачать» такую низкоомную нагрузку весьма сложно. Ко всему, не забывайте, что сети весьма значительны по площади, следовательно, имеют большую емкость и индуктивность. Все эти факторы определяют сам принцип построения такого канала связи: мощный выход передатчика и высокая чувствительность приемника. Поэтому используются сигналы высокой частоты: сеть имеет большее сопротивление для высоких частот.
Не меньшей проблемой является плохое состояние силовых сетей, как в целом, так и внутри строений. Последние часто выполнены с нарушениями, так же нарушается даже минимальное требование: магистраль выполняется более толстым проводом, чем отходящие питающие линии в комнаты. Электрикам известен такой параметр, как «сопротивление петли фаза-ноль». Его смысл сводится к простой зависимости: чем ближе к электрической подстанции, тем толще должны быть провода, т.е., сечение проводников должно быть больше.
Если сечение проводов выбрано неверно, прокладка магистральной линии выполнена «как получилось», то сопротивление линии гасит высокочастотные сигналы. Исправить ситуацию можно или улучшив чувствительность приемника, или увеличив мощность передатчика. И первое, и второе проблематично. Во-первых, в линии связи присутствуют помехи, поэтому увеличение чувствительности приемника до уровня помех не даст увеличения достоверности приема сигналов. Увеличение мощности передатчика может создавать помехи другим устройствам, поэтому также это не является панацеей.
Распространенные стандарты. Стандарт Х10
Наиболее известным из стандартов передачи команд по силовой сети является Х10. Данный стандарт был разработан очень давно, в 1975 году шотландской компанией «Pico Electronics». Данные передаются с помощью пачки импульсов частотой 120 кГц и длительностью 1мс. Они синхронизированы с моментом перехода переменного тока через нулевое значение. За один переход через нуль передаётся один бит информации. Приёмник ожидает такой сигнал в течение 200 мкс. Наличие импульса вспышки в окне означает логическую «единицу», отсутствие - логический «ноль». Биты передаются дважды: первый раз в прямом виде, второй раз инвертировано. Обычно модули выполняются как отдельные устройства, но сейчас всё чаще выполняются не на основе разных компонентов, а с использованием микроконтроллера. Это уменьшает размер приемника, что позволяет встроить «умную начинку» даже в патрон электрической лампы или дверной звонок.
Как говорилось ранее, высокочастотный сигнал не может распространяться дальше трансформаторной подстанции и фазы. Поэтому для получения связи на другой фазе используют так называемые активные ретрансляторы. Но необходимо учитывать, что приемник слушает сигнал только в определенные моменты времени. Поэтому используют или «умные» приемники, с измененными параметрами
У данного стандарта связи есть как плюсы, так и минусы. Во-первых, он разработал очень давно, тогда не было микроконтроллеров, и вся схемотехника была аналоговой, с использованием многочисленных компонентов. Поэтому и протокол связи очень низкоскоростной: за один период сети передается не более одного бита. Дело в том, что бит передается дважды: в первом полупериоде он передается в прямом виде, а во втором полупериоде - инверсно. Во-вторых, некоторые команды передаются группами. Это еще больше увеличивает время обмена данными.
Также значительным недостатком этого протокола является отсутствие подтверждения приема команды устройством. Т.е., послав команду, мы не можем быть уверены в гарантированной его доставке получателю. Это также не способствует распространению данного стандарта.
Собственный опыт. Изобретаем велосипед
Опробовав в реальных условиях многочисленные готовые устройства, позволяющие передать команды по силовой сети, я пришел к неутешительному выводу: в домашних условиях, с ограниченным бюджетом, не имея специализированных приборов и (чего скрывать-то?) знаний, изобрести что-то гениальное не получится. Но ничто и ничто не мешает сделать приятную поделку для себя, под свои конкретные условия. Под этим подразумевается и область применения такого изделия, расстояния, на которые необходимо передавать команды, а также функциональность такого устройства.
Выполним некоторые формальности в виде некого подобия технического задания для нашего проекта:
- устройство должно передавать данные по проводам силовой сети;
- данные должны передаваться в «паузах» тока, т.е., когда напряжение в сети минимально;
- надежность канала связи обеспечивается как аппаратно (оптимальным уровнем сигнала в точке приема), так и программно (данные передаются с контрольной суммой для обнаружения повреждения принятых данных, команды передаются несколько раз, факт получения команды приемным устройством подтверждается посылкой соответствующего сигнала обратно к главному устройству);
- упростим до необходимого уровня как протоколы обмена данными между устройствами в сети, так и тип модуляции. Будем считать, что один бит данных передается 1 миллисекунду. Единица будет передаваться в виде пачки импульсов этой длительности, а ноль - её отсутствием;
- в сети все устройства слушают сигналы, но выполняет полученную команду только то устройство, которому адресована такая команда. Т.е., у каждого из устройств есть свой индивидуальный адрес - номер.
Сама схемотехника исполнительной части таких устройств может быть разной. Нас интересует схема приемной и передающей части.
На рисунке показана схема реального устройства, передающего команды по силовой сети. Исполнительная часть устройства управляет яркостью свечения лампы, т.е., является диммером.
Рассмотрим схему подробнее. Трансформатор Т1 и диодный мост D1-D4 обеспечивают питание устройства. Узел R8\R11, диоде D6 и транзистор Q1 обеспечивают форматирование сигнала, указывающего на минимальное напряжение в силовой сети (частота 100 гц). Кнопки S1-S3 используются для местного управления работой диммера: изменяют яркость свечения лампы, позволяют сохранить по умолчанию этот параметр, а также время нарастания и угасания лампы. Светодиод LED отображает режимы работы диммера и факт прима сигналов. Остальные светодиоды отображают яркость свечения лампы и время изменения яркости.
Резисторы R11 и R12 образуют делитель напряжения и используются для задания «чувствительности» приёмной части устройства. Изменяя соотношения сопротивления этих резисторов можно влиять на реакцию устройства как на помехи, так и на полезный сигнал.
Трансформатор связи Т2 используется для гальванической развязки приёмной и передающей частей устройства, а также передаёт высокочастотные сигналы в силовую сеть здания.
Передающая часть выполнена на транзисторе Q2 и одной из обмоток трансформатора Т2. Обратите внимание на стабилитрон D5 - именно он защищает переход транзистора от пробоя при кратковременных высоковольтных помехах в сети.
Приёмная часть несколько сложнее: одна из обмоток трансформатора Т2 вместе с параллельным колебательным контуром L1\C2 образуют сложную схему приёмного тракта. Диоды D8 и D9 защищают от предельного значения напряжения вход микроконтроллера. Благодаря этим диодам напряжение не может превысить значение питающего напряжения (в нашем случае 5 Вольт) и не может стать отрицательным ниже минус 0.3-0.5 Вольт.
Процесс приёма сигналов производиться следующим образом. Опрос кнопок и работа с индикацией каких-либо особенностей не имеют. Поэтому их работу описывать не стану.
Подпрограмма приёма ожидает сигнала перехода тока через ноль. По наступлению этого события запускается процедура опроса аналогового компаратора, которая длится около 250 микросекунд. Если никаких сигналов получено не было, то подпрограмма начинает свою работу с самого начала.
При получении любого сигнала (компаратор выдал на своём выходе логическую единицу) запускается процедура анализа полученного сигнала: в течение определенного времени производится опрос компаратора на наличие длинного сигнала. Если принятый сигнал имеет необходимую длительность, то принятый сигнал признается достоверным. После этого запускается процедура приёма необходимого количества бит данных, переданных удаленным устройством.
Получив все данные, производится их анализ на факт совпадения с принятой в этой же посылке контрольной суммой. Если данные приняты достоверно, то команда признаётся достоверной и выполняется. В ином случае принятые данные игнорируются, и программа выполняется заново.
Процесс передачи сигналов в сеть также полностью выполняется микроконтроллером. При необходимости передачи данных подпрограмма ожидает стартовое условие: получение сигнала перехода тока через ноль. Получив этот сигнал, выдерживается пауза в 80-100 микросекунд, после чего в силовую сеть передается пачка импульсов необходимой частоты и длительности. Высокочастотные сигналы практически без потерь проходят через небольшую ёмкость высоковольтного конденсатора С1 в сеть. Пачки необходимой частоты формируются с использованием аппаратного ШИМ-генератора, имеющегося в данном микроконтроллере. Как показали эксперименты, наиболее оптимальной частота передачи сигналов лежит в пределах 90-120 Кгц. Эти частоты разрешены к использованию без необходимости регистрации в соответствующих органах надзора как в России, так и Европе. (Стандарт CENELEC)
А теперь ответ на самый часто получаемый вопрос: какова дальность связи между такими устройствами? Ответ прост: на дальность связи влияет множество факторов: качество силовых линий, наличие «скруток» и монтажных коробок, тип нагрузки и её мощность …
Из практики: в небольшом городе, на силовой линии, питающей 30-50 частных домов, утром и днём (когда электрическими приборами пользуются меньше) дальность связи значительно выше, чем в крупном городе с сотней квартир на одной фазе.
Отвечу и на второй распространенный вопрос: как увеличить дальность связи? Для этого можно увеличить мощность передаваемого в силовую сеть сигнала, а также улучшить приёмную часть устройства.
Усилитель мощности можно выполнить на распространенной микросхеме TDA2030 или TDA2003 (хотя заявленные производителем параметры иные, но они неплохо работают).
Приёмная часть более сложна к доработке:
- добавить входной усилитель и АРУ;
- добавить узкополосные фильтры на входе устройства. Самое простое решение таково: последовательный контур, настроенный на необходимую частоту.
Автор статьи – Владимир Шкильменский , разработчик нескольких устройств подобного класса, написавший о них серию статей, в том числе в журнале «Радио». Здесь представлена улучшенная версия его разработки, испытанная на большом числе автомобилей и имеющая много положительных отзывов.
Статья перепечатана с письменного разрешения автора.
ЗАЧЕМ НУЖЕН РЕГУЛЯТОР УОЗ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ
Несмотря на повсеместное распространение впрысковых (инжекторных) двигателей, где приготовлением топливной смеси и моментом зажигания управляет электроника, карбюраторные двигатели с механическим регулятором опережения зажигания, вероятно, ещё долго будут находиться в эксплуатации.
Как известно, мощность, развиваемая двигателем, во многом зависит от того, насколько угол опережения зажигания, формируемый центробежным и вакуумными регуляторами, соответствует оптимальному углу опережения. Тюфяков А., автор работы «Система зажигания без секретов» (Сборник Автомобилист–86. – М.: ДОСААФ, 1986) , считает, что даже при условии нормальной работы центробежного регулятора двигатель теряет 5–10% мощности из-за того, что характеристика центробежного регулятора не соответствует оптимальной . Реально эти потери значительно больше, поскольку необходимо также учесть:
· различные люфты в приводе датчика-распределителя (трамблёра);
· износ подшипника, на котором крепится прерыватель (или датчик Холла в бесконтактном варианте системы зажигания);
· изменение упругости пружин центробежного регулятора в процессе эксплуатации, его инерционность и т. д.;
· главное – невозможность при помощи простого механического устройства воспроизвести кривую зависимости УОЗ сначала по границе детонации (до 2800 об./мин.), а далее по кривой оптимального УОЗ, т. е. обеспечить наилучшую его работу.
В связи с этим был разработан блок зажигания – регулятор угла опережения зажигания на микроконтроллере.
Применение регулятора угла опережения зажигания на микроконтроллере позволяет:
· сократить потери мощности двигателя, увеличить мощность на низких оборотах;
· улучшить динамику разгона двигателя;
· сократить расход топлива;
· добиться более «ровной» работы двигателя;
· улучшить запуск двигателя за счёт применения многоискрового пуска.
Блок зажигания – регулятор угла опережения зажигания – предназначен для замены штатного центробежного и вакуумного регулятора двигателей ВАЗ 2101–2107 электронным аналогом, выполненным на микроконтроллере PIC12F675. Кроме ВАЗ 2101–2107, устройство (в разных вариантах) успешно применялось на карбюраторных двигателях ВАЗ 21213 («Нива»), ВАЗ 2109, ГАЗ-21 (форсированный, АИ-92), Toyota Corolla (1988 г. в., двигатель 2Е объёмом 1.3 куб. дм.), MAZDA-323 и др.
Устройство формирует угол ОЗ в соответствии с рисунком 1 (уточнённая характеристика для двигателя ВАЗ 2103 – на рисунке только 5 графиков УОЗ из 32 возможных).
Рис. 1. Уточнённая характеристика формирования УОЗ.
Новая характеристика, описанная и применённая в этой статье, дополнительно улучшила динамику автомобиля по сравнению с предыдущими версиями программы, ранее приводившимися в других источниках.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ ПРОГРАММЫ
Помимо вышеописанного регулирования угла опережения зажигания, программа имеет ряд дополнительных функций, так или иначе улучшающих работу двигателя.
Оптимизация формирования искр. В программе есть функция отключения катушки – если на входе контроллера GP5 постоянный низкий уровень, через 2–3 секунды на выходе GP1 устанавливается высокий уровень. Если на GP5 постоянный высокий уровень, программа формирует импульсы многоискрового пуска (см. ниже).
В диапазоне от 370 до 2000 об./мин. программа формирует время накопления, равное 12 мс; в диапазоне выше 2000 об./мин. – максимально возможное время накопления. Это позволяет получить энергию искры, достаточную для надёжного воспламенения смеси во всех режимах работы двигателя и использовать катушку зажигания Б117А более эффективно. Уменьшается нагрев катушки на малых оборотах, легко достигаются максимальные обороты независимо от зазора в контактах прерывателя.
Многоискровой пуск. В диапазоне от 0 до 370 об./мин. вместо одного импульса зажигания программа формирует серию импульсов со следующими параметрами: 2,3 мс отводится на искру, 12 мс на накопление энергии в катушке. Чем медленнее стартер вращает маховик коленчатого вала (КВ), тем больше искр при каждом размыкании контактов прерывателя (высоком уровне на входе GP5). Многоискровой пуск гарантирует запуск двигателя в сильный мороз, нагаре на свечах и залитых свечах зажигания.
Корректировка УОЗ. В этой версии задействован дополнительный канал АЦП AN0, который можно использовать для сдвига УОЗ на ±10 градусов относительно исходной характеристики (Рис. 1).
Величина коррекции устанавливается потенциометром R4. Вместо R4 на практике удобнее использовать переключаемый делитель напряжения. При изменении напряжения на входе AN0 в пределах от 0 до +5 В график на Рис. 1 смещается от –10 до +10 градусов относительно исходного. При напряжении, равном 1/2 напряжения питания микроконтроллера (+2,3 В), график соответствует Рис. 1. Этот канал можно использовать для регулирования УОЗ на холодном и прогретом двигателе – управление от кнопки воздушной заслонки. Потенциометр R1 сдвигает УОЗ на +5 градусов при вытянутом «подсосе» на холодном двигателе (после настройки R1 лучше заменить двумя постоянными резисторами). Потенциометр R2 позволяет корректировать УОЗ вручную при полностью открытой воздушной заслонке (на прогретом двигателе). Зависимость напряжения на движках потенциометров от угла поворота нелинейная. R2 размещается в салоне автомобиля, что позволяет регулировать УОЗ «на ходу».
Поддержание оборотов ХХ. В данной версии программы имеется функция поддержания оборотов холостого хода (ХХ) 930 об./мин. Для этого на прогретом двигателе (фары должны быть включены) регулировками карбюратора установить обороты ХХ 900–930 об./мин. При отклонении оборотов ХХ от 930 об./мин. программа изменяет УОЗ в диапазоне от 7 до 14 градусов, устанавливая обороты КВ 930 об./мин. (коррекция по каналу AN0 также учитывается и плюсуется к диапазону 7–14 градусов). На практике после соответствующей регулировки обороты остаются постоянными при включении/выключении дальнего света фар, обогрева стекла и других потребителей вместе взятых. Раньше можно отключить «подсос» при прогреве двигателя. Можно получить стабильные обороты холостого хода при бедной топливной смеси. По ровной дороге двигатель «тянет» без дёргания и рывков при отпущенной педали газа на 1-й, 2-й, 3-й и короткое время на 4-й передаче (это облегчает движение в условиях гололёда, в пробках, при езде по ухабам – «езда в натяг»).
Подстройка под датчик разряжения. В программе есть функция автоматической настройки на диапазон изменения разряжения во впускном коллекторе двигателя, что упрощает настройку самодельного датчика разряжения, а также позволяет использовать промышленный датчик абсолютного давления (ДАД 45.3829). Программа самостоятельно определяет тип датчика разряжения (по максимальному напряжению на входе AN2), поэтому, чтобы не вводить программу в заблуждение, не настраивайте самодельный датчик на напряжение больше 2,3 В.
При использовании самодельного индуктивного датчика разряжения настройка сводится к установке максимального напряжения на входе АЦП при отсутствии разряжения и минимального при максимальном разряжении (Рис. 2). Для обеспечения большей точности формирования УОЗ (в соответствии с Рис. 1) следует настроить индуктивный датчик так, чтобы максимальное напряжение на входе АЦП было от 1,5 до 2,3 В, а минимальное равно или меньше 0,9 В.
Рис. 2. Настройка самодельного индуктивного датчика разрежения.
Настройка датчика производится подбором C3 и R10 до установки блока на автомобиль. Разряжение имитируется перемещением штока вакуумной камеры от одного крайнего положения до другого.
ПРИМЕНЕНИЕ С КОНТАКТНОЙ СИСТЕМОЙ ЗАЖИГАНИЯ
Если на автомобиле контактная система зажигания (прерыватель и катушка Б117А), блок зажигания собирается по схеме Рис. 3.
Рис. 3. Схема устройства для контактной системы зажигания.
В качестве датчика ВМТ используется прерыватель, датчик разряжения самодельный индуктивный (этот вариант подробно описан в журнале «Радио», №11 за 2008 год, стр. 36), но может быть применён и ДАД 45.3829 (подключение см. на Рис. 4а, Рис. 4б).
ПРИМЕНЕНИЕ С БЕСКОНТАКТНОЙ СИСТЕМОЙ ЗАЖИГАНИЯ
Данную версию программы можно использовать для работы с бесконтактной системой зажигания (вместо прерывателя – датчик Холла). Формирователь угла ОЗ собирается по схеме Рис. 4а (для катушки зажигания 27.3705) или Рис. 4б (для катушки Б117А). При необходимости можно использовать самодельный индуктивный датчик разряжения (подключается также как на Рис. 3).
Рис. 4a. Схема устройства для бесконтактной системы зажигания (катушка 27.3705).
Рис. 4б. Схема устройства для бесконтактной системы зажигания (катушка Б117А).
Работа формирователя проверена на автомобилях ВАЗ 2109 и ВАЗ 21213 («Нива»).
ВАЖНОЕ ОТЛИЧИЕ ОТ ПРЕДЫДУЩИХ ВЕРСИЙ ПРОГРАММЫ
Ниже приведена таблица формирования времени замыкания ключа. Красным цветом в таблице обозначено время накопления, недостаточное для надёжного поджига смеси. Под «МК не нормир.» подразумевается время накопления, формируемое версиями программ с QRZ.RU (03.2008 г.) и FTP журнала «Радио» (11.2008 г.).
Эффект формирования времени замыкания ключа.
Из таблицы видно, что старые версии с прерывателем в качестве датчика ВМТ и катушкой Б117А могут формировать искру с достаточной энергией только при Угле Замкнутого Состояния (УЗС) контактов прерывателя, равном 65 градусов.
ДИАГРАММЫ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА В РАЗНЫХ РЕЖИМАХ
На Рис. 5, Рис. 6, Рис. 7 показаны формы импульсов на входе GP5 и выходе GP1 микроконтроллера на различной частоте вращения коленчатого вала двигателя.
Рис. 5. Формирование искр при пуске двигателя.
Рис. 6. Формирование искр при 900 об./мин. (холостой ход).
Рис. 7. Формирование искр при 3300 об./мин. (рабочий режим).
УСТАНОВКА УСТРОЙСТВА НА АВТОМОБИЛЬ
При установке устройства на автомобиль блокируется работа центробежного и вакуумного регуляторов: грузы центробежного регулятора должны быть зафиксированы при помощи скобок из проволоки вместо штатных пружин. Обойма подшипника, на которой крепится контактная группа прерывателя или датчик Холла в бесконтактном варианте, фиксируется металлической пластиной, связывающей штифт обоймы и корпус трамблёра. Шланг отбора разрежения для регулятора угла ОЗ на микроконтроллере соединён с патрубком отбора разряжения на карбюраторе или впускном коллекторе.
Любой вариант можно применять в упрощённом виде, т. е. без регулировки по разряжению. Штатный вакуумный регулятор в этом случае не блокируется, вход AN2 соединяется с +5 В через резистор 10 кОм. Эффективность устройства в упрощённом варианте уменьшиться. Если вход AN0 не используется, на него нужно подать напряжение, равное 1/2 питания микроконтроллера (+2,3 В) с делителя через резистор 10 кОм.
Зазор между контактами прерывателя устанавливается минимально возможный (для уменьшения износа кулачка прерывателя), но обеспечивающий чёткое размыкание и замыкание контактов. После этого устанавливается начальный угол ОЗ: он должен быть равен нулю по отношению к ВМТ и установлен по меткам на шкиве коленчатого вала и блоке цилиндров при неработающем двигателе.
Переход к системе зажигания на микроконтроллере можно осуществлять поэтапно. Предварительно нужно наметить для себя эти этапы, чтобы впоследствии было меньше переделок схемы.
· Сначала собирается блок по схеме на Рис. 3 (для контактной системы зажигания) или по Рис. 4а/4б (для бесконтактной системы зажигания). Отключаются неиспользуемые входы АЦП (см. выше).
· Затем плата устанавливается на автомобиль, при этом фиксируются грузики ЦР трамблёра. Всё, можно ездить в своё удовольствие!
· Если в дальнейшем Вы собираетесь подключить самодельный датчик разрежения, используйте корпус несколько большего размера, для того чтобы потом разместить в нём датчик (если планируете подключить ДАД 45.3829, установите в схему 5-вольтовый стабилизатор для питания ДАД, лучше на стабилитроне и резисторе – так надежнёй).
На рисунке ниже показан пример конструкции блока зажигания с самодельным датчиком разряжения
Конечно, не следует ждать чуда от этого устройства. «Жигули» не превратятся в «Феррари», но ездить будут очень даже прилично и при этом заметно меньше расходовать бензина.
Подразумевается, что двигатель в исправном состоянии, карбюратор отрегулирован в соответствии с заводскими требованиями.
Если Вас постигла неудача при повторении устройства, не стоит ругать автора статьи и его программу: прочитайте внимательно текст на странице, и найдёте причину неудачи.
Автор не советует вносить изменения в схемы: кроме ухудшения работы и надёжности (а иногда и полной неработоспособности), ничего добиться не получится (особенно это касается замены КС147 на 7805 или ЕН5). Внешние устройства (самодельный тахометр) к портам микроконтроллера следует подключать через резисторы 3–10 кОм, причём резисторы должны находиться на плате блока зажигания – формирователя (формирователь будет работать даже при замыкании соединительных проводов тахометра на корпус). Нельзя оставлять «в воздухе» (т. е. неподключенными) запрограммированные, но не используемые входы микроконтроллера.
Опционально. Существенно снизить погрешность формирования УОЗ на низких оборотах можно, установив датчик ВМТ на шкиве коленчатого вала. Два варианта реализации этой опции рассматриваются в оригинале авторской статьи. Их реализация является достаточно трудоёмкой и не является обязательной при использовании регулятора на микроконтроллере, поэтому здесь они не приводятся. Желающие могут ознакомиться с ними самостоятельно.
ПРОШИВКА ДЛЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА И ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА
Печатная плата (рисунки справа) универсальная и пригодна для изготовления любого варианта устройства. Элементы устанавливаются в зависимости от варианта применения. Плата рассчитана на применение SMD резисторов, но при необходимости можно применить резисторы МЛТ-0,125.
Все детали расположены со стороны проводников, фольга на противоположной стороне платы служит общим проводом и экраном. В местах соединения выводов деталей с общим проводом просверлены отверстия. Транзистор КТ898А закреплён на радиаторе (металлическом корпусе) через прокладку из слюды или фторопласта.
Проверка прошивок в симуляторах – пустая трата времени, ничего умного они (симуляторы) Вам не сообщат. Если желаете убедиться в работоспособности, проверяйте на макете с применением двухканального осциллографа и генератора на PICе. Без приборов работоспособность микроконтроллерной системы зажигания можно проверить следующим образом: подключите к высоковольтному проводу катушки свечу, разомкните контакты прерывателя (Рис. 3) и включите зажигание. Программа будет работать в режиме многоискрового пуска. Для схемы Рис. 4а, Рис. 4б отключите датчик и замкните вход формирователя на землю (вход МК напрямую на землю замыкать нельзя – не исключена вероятность, что в этот момент он настроен как выход, и это может привести к повреждению микроконтроллера). Этот режим можно использовать для прожига нагара и сушки свечей, но, как правило, с функцией многоискрового пуска потребности в этом нет – двигатель надёжно запускается даже с сильным нагаром на свечах и при залитых свечах.
Скачать рисунок печатной платы: F675OK.BAK
Скачать прошивку для PIC12F675: F675OK.HEX
Приобрести чистый контроллер PIC12F675 можно в розничной торговой сети. Прошить программу в микроконтроллер можно с помощью промышленного или самодельного устройства-программатора, самостоятельно или на заказ.
ВНИМАНИЕ! У нас Вы можете приобрести микроконтроллер PIC12F675 с уже прошитой программой F675OK.HEX по фиксированной цене – 250 рублей!
При заказе более 5 штук цена снижается.
Примечание. Мы не продаём данное программное обеспечение. Мы оказываем услугу по прошивке и поставке микросхем. Программа распространяется бесплатно с разрешения автора.
ОФОРМЛЕНИЕ ЗАКАЗА
Используйте форму ниже для отправки заказа на микроконтроллер с указанной выше прошивкой F675OK.HEX. Пожалуйста, заполните её как можно более полно.
ФУОЗ Саруман - это формирователь угла опережения зажигания. Зажигание устанавливается на мотоциклы Урал, Днепр, К750, М72, Иж, Ява, Чезет, ТМЗ. Позволяет автоматически изменять угол опережения, в зависимости от количества оборотов, но обо всём по порядку. Система зажигания- служит, для подачи электрической искры, воспламеняющей топливо воздушную смесь в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания, в нужный момент. На наших мотоциклах установлены контактная и БСЗ (бесконтактная система зажигания). БСЗ делится на обычное электронное зажигание, с неизменяемым углом зажигания и МПСЗ (микропроцессорная система зажигания), с автоматически изменяемым углом зажигания, к части этой системы, относится ФУОЗ Саруман.
Можно сказать, что время контактной системы (см. рисунок слева) практически ушло, но к сожалению, ещё много мотоциклов остаются с такой системой, не позволяющей мотоциклу получить максимальную мощность мотора, быстро разогнаться и сэкономить топливо или вообще завестись. Контактная система зажигания имеет высокую нестабильность в работе, даже новая, она имеет зазоры и люфты, которые не могут обеспечить правильность подачи искры, ваш мотоцикл отказывается нормально работать. Для достижения мотоциклом высоких скоростей и для работы мотора на высоких оборотах, контактное зажигание полностью не подходит. В данной системе быстро подгорают контакты, прерывающие напряжение, что понижает его передачу на катушку, а следовательно, искра получается слабой, топливовоздушная смесь сгорает неэффективно. Итог: мотор работает с перебоями, ваш мотоцикл плохо разгоняется, расходуя большое количество топлива или вообще не заводится.
Обычная электронная система зажигания, лишена многих недостатков, контактного зажигания, но не имеет УОЗ (угла опережения зажигания), а значит полностью неэффективна на высоких оборотах мотора, не позволяет быстро разогнать мотоцикл и достичь максимальной скорости, ограничивая её.
При работе двигателя, топливовоздушная смесь засасывается, сжимается, поджигается, горит, толкая поршень обратно. Самое большое давление в цилиндре должно быть тогда, когда поршень проходит ВМТ
(верхняя мертвая точка), только так достигается самый большой КПД. Если бы топливовоздушная смесь поджигалась в верхней мертвой точке, она не успевала прогореть. Чтобы вовремя, происходил, поджег топливо воздушной смеси, зажигание должно выдавать искру с опережением. Благодаря опережению, горение как раз, успевает равномерно распространится, по всей камере сгорания к моменту подхода поршня к ВМТ, и он под давлением идёт обратно. Угол опережения зажигания- очень важный параметр, который очень существенно влияет на правильность работы мотора.
Зажигание Саруман
или МПСЗ Саруман, тут есть небольшая путаница в названиях, это совокупность формирователя угла опережения Саруман и коммутатора (или похожего устройства на коммутатор или упрощённого, например, на нескольких транзисторах). ФУОЗ Саруман, это только один формирователь опережения, но часто ФУОЗ Саруман называют всю систему зажигания Саруман в целом.
ФУОЗ Саруман позволяет автоматически изменять угол опережения, в зависимости от количества оборотов двигателя. Считывание оборотов происходит с распредвала четырёхтактных и с коленвала двухтактных мотоциклов. Для этого служит датчик холла или оптический датчик. Далее, в микроконтроллере зажигания, происходит сопоставление количество считанных оборотов с нужным опережением искры, для этих оборотов. Блок зажигание (коммутатор+фуоз саруман) подаёт импульс на катушку зажигания, которая выдаёт искру с нужным опережением.
В зажигание записано сразу 3 графика УОЗ (угла опережения зажигания), их можно менять, на ходу, переключателем на блоке зажигания. 3 графика УОЗ помогают подобрать оптимальный режим работы, вашего мотоцикла. Например, для зажигания мотоцикла Урал, это «Тяговый» график УОЗ (см. нижний рисунок слева), рассчитанный для мотоцикла с коляской, для обеспечения тягового усилия. График УОЗ для «Динамичной езды», он является копией графика, заложенного в зажигание Уктус 2. Данный график имеет свои особенности, резкий подъём опережения до 2000 оборотов/минуту, сменяется, постоянным опережением до 3000 об/мин., далее снова резким подъёмом опережения. Данный график УОЗ мотоцикла Урал, подходит, больше всего, для путешествий по шоссе, но всё же не так быстро разгоняет мотоцикл, как следующий график УОЗ «Спорт». График УОЗ «Спорт» (см. нижний рисунок справа) имеет самый высокий подъём опережения, что позволяет, за самое короткое время, набрать требуемую скорость мотоциклу. Графики УОЗ для других мотоциклов, обладают схожими свойствами, но имеют разные кривые. Их можно увидеть по ссылке
 |
 |
|---|
Описание регулировки зажигания и другие графики УОЗ, можно увидеть на
Считывать обороты, как описано выше, могут датчик Холла (ДХ) (см. нижний рисунок слева) или Оптический датчик (см. нижний рисунок справа). Принцип работы датчика холла основан на эффекте Холла. Он основан на проводимости полупроводника в магнитном потоке. Оптического датчика- на прерывание инфракрасного луча внутри оптопары.
Последний, превосходит по своим показателям ДХ. На работу оптического датчика не влияют электрические помехи, которые есть в борт сети мотоцикла. Для двухтактных мотоциклов, особенно актуально негативное влияние магнитного поля генератора, из-за особенности установки самого датчика и модулятора (шторки), на него, оптический датчик избавлен от этого недостатка. Он не подвержен броскам напряжения, которые могут вывести из строя ДХ. Оптический датчик считывает обороты с большей точностью, что позволяет достичь максимальной эффективности работы мотора и вашего разгона на мотоцикле. Датчик холла тоже эффективно работает с ФУОЗ Саруман, и не значит, что он обязательно сгорит при броске напряжения, например, вызванное генератором или реле регулятором. Выбор остаётся за покупателем.
В зажигании, так же, записано 2 функции на выбор, включается тумблером, на блоке зажигания: ДВИГАТЕЛЬ-СТОП - при включении функции, двигатель глохнет, когда функция отключена двигатель работает; ПРОГРЕВ СВЕЧЕЙ - когда двигатель заглушен (нет сигнала с датчика) и включена данная функция, микроконтроллер непрерывно даёт искру с частотой, примерно, соответствующей 1500 об/мин, если двигатель запущен эта функция не работает; ЗАЩИТА 1500 или 2000 ОБ/МИН - в этом режиме двигатель может работать только на низких оборотах, при превышении некоторого числа оборотов (1500 или 2000 об/мин) коленвала, двигатель отключается, индикаторный светодиод при этом постоянно горит, после срабатывания защиты, вновь запустить двигатель, можно только выключив и включив зажигание; ОГРАНИЧЕНИЕ ОБОРОТОВ 3000 или 3500 или 4000 или 5000 или 6000 ОБ/МИН - при включении данной функции, микроконтроллер ограничивает обороты двигателя, на соответствующей частоте, причем двигатель не глохнет, а за счет пропуска искры перестает набирать обороты. Эта функция может использоваться при обкатке.
Преимущества ФУОЗ Саруман: это очень ровная работа двигателя, сразу заметно на холостых оборотах. Лёгкий запуск двигателя мотоцикла. Нет обратных ударов, при пуске или очень слабые. Мощная искра. Минимум обслуживания. ФУОЗ Саруман обеспечивает полноценное сгорание топлива, что даёт: Повышение крутящего момента во всем диапазоне оборотов. Уменьшение расхода топлива. Улучшаются плавность хода и динамические показатели. Вы получаете быстрый разгон вашего мотоцикла и навсегда забудете про контактное зажигание.
С установкой ФУОЗ Саруман не возникнет проблем. К зажиганию прилагается инструкция, по его установке и эксплуатации. Оригинальное зажигание Саруман, упаковано только в фирменную чёрно/зелёную коробку, которая сохранит его при транспортировке, и имеет надпись на коробке, белыми буквами «Микропроцессорное зажигание Саруман». Опасайтесь подделок! Оригинальное зажигание продаётся только на этом сайте.
Решил сделать фуоз на мот, посмотреть че это и как его едят. шаг первый - сделать для него правильный датчик.
датчик будем делать на компараторе, по схеме умки:
все банально - идем в магазин радиодеталек, покупаем печатную плату (желательно толстую), компаратор lm211d, 4 смд резистора на 1ком, и один на 47ком, еще понадобится смд светодиод, его можно купить или отпаять откуда-нибудь, например с ленты, сойдет любой цвет, на работу влиять не будет:D
Также придется нарыть где-то оптопару, их также можно отпаять со старой шариковой мыши, или купить специальные щелевые(ktir0611s) или на отражение(TCRT5000 - только для него печатка и расположение совсем другое). я пошел другим путем - купил фототранзистор хз с каким обозачением в том же магазине где брал те детальки, а ик диод снял со сломанного пульта от двд. хотя у меня и была пара на старом датчике, я решил не трогать их(и правильно сделал).
вот все элементы:
Двигаемся дальше. узнаем каких размеров у нас детальки(размеры смд можно найти в гугле), чтобы начертить печатную схему для них. с помощью программы(я пользуюсь Sprint layout 6) делаем схему нашего будущего датчика, ориентируясь по схеме. на схеме для ик диода использован еще стабилизатор, но он нам не нужен, диод подключаем напрямую к питанию через резистор 1ком. Это упростит схему и габариты нашего датчика. размеры датчика - 20*32.
при разработке учитывайте все параметры своих деталек - они должны соответствовать вашей печатной плате, у фототранзистора и ик диода есть ПОЛЯРНОСТИ! так как я не знал что за у меня вообще фототранзистор, я решил его проверить мультиметром.
выставляем милливольты, подключаем концы к ножкам, наводим свет на транзистор и смотрим на показания.
если показания начинаются со знака "-", значит мы подключили минусовой провод на плюсовую ножку. и так мы определили полярность(хотя как я позже узнал, она вроде как и не важна). определить какая сторона транзистора передняя тоже не оказалось проблемой - навел свет - показания росли, а с другой стороны не так заметно.
исходя из этого проверяем все, и распечатываем нашу схему сначала на обычной бумаге, для проверки. ВНИМАНИЕ! учтите зеркальность рисунка! иначе придется делать все заново!
Накладываем детальки, смотрим, все ли совпадает по ножкам. далее распечатываем схему уже на глянцевой бумаге. внимание - принтер обязательно нужен лазерный, с тонером! иначе ничего не получится! при распечатке нужно следить за бумагой, принтер может не принять его, и возможно ролики будут просто скользить по ней, и рисунок будет искаженным. чтобы этого избежать, помогаем принтеру - придерживаем бумагу когда он его забирает, и когда отдает(если конечно печатаете дома, своим принтером:D) распечатайте сразу несколько копий на весь лист, так как тонер может плохо прижариться к глянцевой бумаге, и чтоб можно было выбрать самые хорошо распечатанные экземпляры и вырезать их.
Далее берем плату, зачищаем его ацетоном. необходимо чтобы плоскость была чистой и гладкой, иначе весь лут пойдет коту под хвост. накладываем рисунки на плату, лучше сразу несколько, т.к. какой-то из них может плохо прижариться. берем утюг, выкручиваем его на полную мощность и ждем пока разогреется. после всего решаемся со всем этим и наставляем утюг на нашу будущую платку(лучше через бумагу, чтоб потом пзды за испорченный утюг не словить). гладим сильно прижимая, лучше всего кончиком утюга хорошенько прижаривать рисунок, когда она уже неподвижна, разглаживаем рисунок с усилием.
выключаем утюг, берем платы чем нибудь, чтоб не обжечься и несем их промывать. лучше это делать перед остыванием, т.к. бумага начинает пузыриться и на этих местах возможно отдирать горячий тонер с платы. замачивать лучше прохладной водой. вскоре бумага станет влажной и ее нужно растирать пальцем, так, чтобы бумага скатывалась, и остался только тонер.
смотрим чтоб не оставалось лишней прилипшей бумаги, удаляем иглой или острой зубочисткой. там где плохо налип тонер - закрашиваем перманентным маркером, и лишнее стираем зубочисткой, намоченной ацетоном или растворителем.
и так плата готова для вытравливания, готовим раствор(у меня - хлорное железо, другие доступные рецепты подскажет гугл)
наливаем горячей воды в посудку (лучше с широким дном, например от тортика(покупаем торт, торт съедаем а крышку оставляем для раствора)) и растворяем в ней хлорное железо. бросаем плату на вытравливание, периодически помешиваем раствор и плату. вытравливание длится примерно 20 минут. после вытравки вытаскиваем плату и отмываем ее.
тонер уже можно снять, например мелкозернистой наждачкой с небольшим усилием.
далее лудим платку, чтобы дорожки хорошо лудились можно использовать глицерин или паяльную кислоту, но у меня и так все залудилось. чтобы дорожки залудились ровным слоем, используем канифоль чтобы припой равномерно распределился по дорожкам.
канифоль можно смыть ацетоном или растворителем(нужно жестко счищать, иначе плата будет липкой).
теперь нужно рассверлить отверстия для ик диода и фототранзистора. в виду отсутствия мелких сверел, я взял скрепку и расточил его конец так:
Теперь можно приступать к пайке элементов. внимательно смотрите что и куда напаиваете, ориентируйтесь по схеме, хотя эта схема простая как хлебушек. Как напаяли детали, смываем лишнюю канифоль с платы, если осталась.
датчик почти готов, его можно проверить, пустив ток от 5 до 14в. если все работает - будет светиться индикационный светодиод на плате. если нет - либо полярность где-то неправильная, либо ваш косяк. у меня все работает, фоткать не стал.
напаиваем провода,
берем кусок платы для ответки, чтобы закрыть наш датчик. чтобы был зазор сразу прикручиваем на плату винты и гайки, ответная часть будет упираться на гайки. закручиваем, берем клеевой пистолет и заливаем все это дело горячим клеем, ик диод тоже залил клеем чтобы она держалась неподвижно и не отвалилась от вибрации.
разъем взял с датчика холла, запаял к нему провода.
Вроде как все разжевал, если есть вопросы - задавайте.
з.ы. данный датчик сгорел по моей глупости, в момент его тестирования на мото., так как я перепутал местами плюс и минус когда запаивал к фишке. когда осознал это, было уже поздно. скоро придет новый компаратор, и я заменю его.