Ємнісний датчик рівня палива - Меандр - цікава електроніка
Без поплавця? Як це можливо?
Замість поплавця ставимо дві трубки (одна в одній, так щоб вони не торкалися одна до одної) – виходить конденсатор, який змінює свою ємність залежно від кількості ізолятора між його пластинами. Як ізолятор виступає бензин.
Контролер проводить вимірювання та перетворює результати вимірювання на показники стрілки. (Власного роду тестер, але з однією функцією - вимірювання ємності конденсатора).
Загальна інформація
Ємнісні датчики виготовляються серійно на будь-яку довжину (допускається обрізання датчика пилкою до 30% від довжини). Ціна від 350 грн. Є моделі для стрілки, є моделі для підключення до лінії КАН (для авто в який є центральний комп'ютер). Але ці датчики вимагають підтягнути до них 12 вольт і не мають виходу на лампочку. (Ну, принаймні, я таких не зустрічав). Тому я, маючи в запасі базове поняття у програмуванні та принципі роботи датчика, вирішив зробити свою модифікацію.
Про принцип роботи
Зайду з далекого. По суті датчик – це дві трубки – одна меншого діаметра, друга більшого діаметра. Якщо цих двох трубки запхати один одного так, щоб вони не торкалися один одного - то вийде конденсатор. Конденсатор - це така штука, яка вміє накопичувати електричний заряд (своєї батареї, але дуже малої ємності). І як будь-яка батарейканакопичення заряду займає певний проміжок часу. Тобто якщо на тих дві трубки подати 1 Вольт - це вольт на трубках почне накопичуватися (спочатку там буде 0,01В, потім 0,02В. до 1В). Вимірявши час накопичення вольта на стінках трубок можна обчислити їх ємність. Формули пропускають. 🙂
Постає питання, як виміряти тим конденсатором рівень бензину? Дуже просто! Всі знають, що повітря не проводить струм. Але насправді це негаразд. Воно проводить, але дуже погано. Також бензин - струм не проводить. Тобто проводить, але також дуже погано. Однак трохи краще ніж повітря. До чого це я. Тобто коли ми ті трубки заряджаємо - то частина заряду тікає через повітря. І ми на заряд витрачаємо більше часу.
Коли ж трубки занурити в бензин – на їхній заряд – треба ще більше часу (бензин проводить струм краще). Причому що більше ми їх у бензин занурюємо, то більше часу потрібно на те, щоб їх зарядити.
А далі все просто. Завдання контролера - виміряти цей час і перетворити його на показання стрілки.
На практиці різниця в часі заряду трубок на повітрі та в бензині дуже мала – менше мілісекунди. Достеменно не скажу, бо без досвіду розрахунків під рукою. Але для мікроконтролера, який виконує 8000000 операцій на секунду - це дуже великий проміжок часу, і він може розрізнити понад 200 значень цієї різниці. 40л/200 = 200 грам. НЕ точність аптекаря, але для орієнтування в запасі бензину цілком достатньо.
Ну і тепер безпосередньо про сам прилад.
Як видно зі схеми – основою є контролер Atmega8 та таймер NE555 (підключений за схемою мультивібратора). Як конденсатор, який задає частоту таймера - виступає зонд. Будова зонда дуже проста. Це по суті є дві трубки з будь-якогометалу, розташованих один в одному (я використовував два фотобарабани від картриджів лазерного принтера). Цей зонд знаходиться в середині бака. І залежно від кількості бензину – змінює свою ємність. Зміна ємності змінює вихідну частоту таймера. Контролер вимірює частоту і за допомогою ШІМ - формує сигнал для панелі приладів.
Для датчика потрібно додаткового живлення. Він живиться від струму, що проходить через лампу аварійного запасу бензину. Струм, що споживається - недостатній для того, щоб лампочка світила, однак, коли рівень бензину знижується нижче відмітки 5% - контролер створює додаткове навантаження (замикаючи вхід LAMP на мінус з роботодавцем ШИМ сигналу зі шпаруватістю 20%) і лампочка загоряється. У період світіння лампочки - контролер живиться від струму, накопиченого на конденсаторі C2, а діод не дозволяє йому розрядитися через транзистор навантаження. Польові транзистори встановили ті, що були під рукою. В принципі - підійдуть будь-які, які можуть витримати струм більше 500мА (якщо в панелі приладів стоїть 5 ватна лампочка).
Підключення
У 90% автомобілів - датчик палива виконаний однотипно (у вигляді потенціометра, до якого підведено три провідники "-", вхід стрілки, вхід лампочки). Також підключається і цей датчик через роз'єм J2.
Призначення виходів гнізда J2:
- GND;
- Вишид покажчика стрілки;
- Вихід лампи аварійного запасу палива.