Как работает индикатор уровня топлива? Емкостной датчик уровня топлива на ATMega8A Усовершенствование датчика топлива на ВАЗ-ах

Скоро будет год, как я выложил на Датагоре свою и уже более двух лет, как я сам пользуюсь этим индикатором. И ни разу он меня не подвел, ехать на заправку когда в баке остается 2-3 литра стало нормой, и это не экстрим и не показуха, когда знаешь, что эти 2 или 3 литра точно есть и их хватит доехать до ближайших нескольких заправок относишься к этому спокойно, никакого сравнения с мигающей лампочкой штатного прибора.
На этом заканчиваю филосовствовать - к делу!

Наверное непонятно, почему собственно версия V.3, когда версии 2 не было, на самом деле была, вот она

КИТ к сожалению оказался не востребованным, но на него было потрачено немало времени, а теперь он пылится на полке, вернее в своей папке.
И вот чтобы труды не пропадали даром выкладываю всю документацию по проекту, буду рад если кому-нибудь пригодится.

От Игоря (Datagor):
При анализе личной переписки, комментариев к первой статье и после проведения выборочных опросов было установлено, что народ хочет не просто очень качественный бензомер, но и часы с будильником и т.п. и прочее (и шоб внутри был маленький китаец и за пивом бегал) , что превращает эту замечательную и совершенно самостоятельную разработку в очередной бортовой компьютер (БК). При этом, за этот БК народ желал заплатить не более 500 руб в собранном виде. А это и совсем ни в какие ворота не пролазит...
БК мы делать не стали и подписку на кит открывать на таком грустном фоне тоже не стали.
Уважаемому Сергею (HSL) при любом раскладе - наш почет и спасибы!
Качество его разработок на высочайшем уровне.

Итак по порядку...

Схема

Схема А2

Схема блока дисплея

Платы

Плата дисплея

Технические характеристики

Возможности основного режима устройства

• Напряжение бортовой сети с точностью отображения до 0,1 вольта, допустимый диапазон рабочих напряжений 8-30 Вольт.
• Остаток топлива в баке с точностью отображения 1 литр, допустимый диапазон измерения 30-99 литров. Рекомендуемое сопротивление датчика в баке 250-500 Ом.
• Подключается устройство к следующим точкам: земля, питание, датчик в баке, подсветка приборной панели или габариты.

Возможности индивидуальной настройки устройства

• Возможность установки емкости бака от 30 до 99 литров.
• Возможность политровой калибровки выбранной емкости.
• Возможность сгладить последствия качания датчика в баке, методом десятикратного измерения уровня топлива и выводом усредненного значения, с выбором времени замера от 1 до 10 секунд.
• Возможность устанавливать яркость подсветки дисплея разделльно для дневного и ночного режима работы. Режим работы определяется по факту включения габаритов и подсветки приборной панели.
• Возможность устанавливать обычный или инверсный режим работы дисплея.
• Возможность устанавливать уровень контрастности дисплея.

Описание работы и органов управления устройства

Режимы работы
Основной режим

Режим установок

Пункты меню
Емкость бака

Калибровка

Инерционность

Подсветка

Инверсия

Контрастность

Подключение и начальная настройка

Датчик, или индикатор уровня топлива предназначен для измерения наполнения бака транспортного средства (ТС) бензином или дизельным топливом. Такие устройства обычно используются в связке с оборудованием, которое поддерживает обмен данными и обработку аналоговых и цифровых сигналов. В первую очередь, это совместимое с датчиками уровня топлива оборудование, имеющее различные блоки управления, а также концентраторы и приборы GPS мониторинга. Например, к таким работающим совместно с датчиками устройствам относится «АвтоГРАФ-GSM», не только регистрирующий уровень топлива в баке, но и обрабатывающий большой массив других данных, в том числе поступающих с GPS/ГЛОНАСС модуля. При обмене данными используются различные интерфейсы, в том числе с цифроаналоговыми преобразователями.

Различаются ли датчики для бензина и дизельного топлива? Разницы между ними нет. Это значит, что при измерениях используются одинаковые датчики. Но их данные в одном и другом случае могут отличаться. Это связано с разной диэлектрической проницаемостью (Eps) бензина, равной приблизительно 2,3, и солярки с Eps около двух единиц. Чем выше указанное значение, тем больше погрешность измерения. Это свидетельствует о том, что при изменении уровня дизельного топлива показания датчика будут более точными.

В зависимости от типа выходного сигнала датчики бывают:

• аналоговые;
• частотные;
• цифровые.

Датчики с аналоговым выходным сигналом

Такой датчик уровня топлива в баке относится к штатным поплавковым моделям и до недавнего времени использовался наиболее часто.

Принцип работы подобного устройства довольно прост. Величина уровня топлива определяется значениями тока или напряжения, которые затем интерпретируются в понятные данные, выраженные в литрах или частях, рассчитанных от полного объема топливного бака. Информация передается с помощью аналогового выходного сигнала.

К примеру, если на выходе датчика установлен сигнал в диапазоне от 0 до 10 В, то можно сказать, что наполовину заполненному баку будет соответствовать сигнал в 5 В. Но весь вопрос в точности измерений. Датчики такого типа имеют низкую помехозащищенность, что часто приводит к сильным искажениям результатов.

Датчики с частотным выходным сигналом

Частотный сигнал на выходе представляет собой нечто промежуточное между цифровым и аналоговым. Это частотная модуляция с кодируемым выходным значением. Погрешность измеряемых значений с помощью такого датчика уже меньше, чем у аналогового.

Датчики с цифровым выходным сигналом

Реализация цифрового выхода у датчиков стала возможной после того, как стала развиваться микропроцессорная техника. Микропроцессор способен осуществлять моментальные пересчеты больших массивов данных и выравнивать и корректировать начальные измерения.

Цифровой датчик уровня топлива представляет собой микропроцессор с соответствующим выходным сигналом. Такой прибор обладает хорошей помехозащищенностью и обеспечивает высокую точность измерений. Данные передаются в цифровом виде и единственным источником погрешности является сам измеритель, а точнее, его загрязненность, увеличивающаяся по мере эксплуатации.

Все цифровые датчики являются электронными.

Датчики уровня топлива, емкостные параметры которых зависят от коаксиальных конденсаторов, заполненных жидким диэлектриком, называются емкостными и также относятся к типу цифровых. Они устанавливаются прямо в топливном баке и обеспечивают непрерывное считывание и анализ данных об уровне бензина или дизельного топлива в баке.

Электронный датчик уровня топлива, являющийся, как указывалось выше, цифровым, также может быть и ультразвуковым. У ультразвукового датчика сигнал, подаваемый излучателем, обрабатывается электронным блоком, преобразуется в цифровой и передается на выход прибора.

Все рассмотренные типы датчиков уровня топлива имеют свои положительные и отрицательные качества, и при выборе всегда нужно исходить из технических характеристик той или иной модели.

Датчик уровня топлива – это устройство, которое необходимо для определения степени заполненности топливного резервуара (на автомобиле – топливного бака). А так же косвенного контроля расхода бензина, дизельного или другого вида топлива, являющимися одними из основных эксплуатационных параметров автомобиля. Визуализированное представление показаний датчика отображается при помощи соответствующего указателя, оба этих элемента связаны между собой.

Принцип действия

Датчик передает сигнал, которому соответствует определенный уровень топлива в баке, на указатель. В зависимости от типа сигнала, выделяют аналоговые и цифровые датчики. Первый тип датчиков на сегодняшний день мало распространен из-за высокой степени их недостоверности. Цифровой датчик уровня топлива преобразует аналоговые данные в цифровой формат, а затем выдает выходное значение с учетом поправки на неравномерность распределения топлива в баке, а также на геометрические особенности резервуара. По сравнению с аналоговым, это устройство обладает гораздо меньшей погрешностью измерений.

Поплавковые измерительные устройства

В современных автомобилях уровень бензина или дизельного топлива измеряется при помощи цифровых потенциометрических (поплавковых) устройств. В таких системах положение поплавка, изготовленного из пенопласта, легкого металла или пластика, задает значение уровня горючего в топливном баке.

Такая схема обладает целым рядом преимуществ:

• простота устройства;
• надежность в эксплуатации;
• невысокая стоимость.

К недостаткам можно отнести подвижность контактов, что может приводить к их окислению и износу.

По конструкции различают два вида поплавковых датчиков:

• рычажные;
• трубчатые.

Особенности устройства

В рычажном варианте поплавок через металлический рычаг соединен с реостатом. Когда уровень топлива в баке изменяется, поплавок перемещается. Это приводит к повороту рычага, связанного с подвижным контактом реостата. Сопротивление последнего меняется, что влечет за собой изменение значения, отображаемого на указателе уровня топлива. Рычажная конструкция является универсальной и может быть использована в топливных баках любой геометрической формы.

Трубчатый датчик уровня топлива работает следующим образом. Поплавок перемещается по направляющей, расположенной внутри трубки. Параллельно направлению движения поплавка проложены провода с контактными кольцами, замыканием которых поплавок фиксирует соответствующее значение уровня топлива.

Основным достоинством такой схемы является стабильность ее показаний при подъемах, спусках и поворотах автомобиля, когда происходят колебания уровня горючего.

Однако ее использование ограничено геометрической формой топливного бака.

Альтернативные виды топлива

Как уже было отмечено, рычажные и трубчатые системы могут применяться для бензина или дизеля, но, к примеру, для этанола, метанола, биодизеля они совершенно не подходят. Контакт этих видов топлива элементами датчика приводит к быстрому выходу последних из строя. В подобных случаях применяются бесконтактные датчики уровня топлива, например, неактивные магнитные датчики положения, в которых конструктивные элементы герметично изолированы от внешних агрессивных воздействий. В них также используется поплавок, соединенный с магнитом. Магнит движется по сектору, на котором расположены металлические пластины различной длины. В зависимости от величины передаваемого сигнала, определяется величина уровня топлива в баке.

Наиболее распространенные неисправности

Очевидно, что определить неисправность датчика уровня топлива можно только косвенным путем – через нарушения в работе указателя уровня топлива. Наиболее часто встречающимися неисправностями являются:

Снятие

Во многих описанных выше случаях для проверки или ремонта датчика уровня топлива его необходимо снять, а затем установить на место. Процедура снятия проводится в следующем порядке.

1. Для бензинового автомобиля обязательно нужно снять минусовую клемму аккумуляторной батареи.
2. Обеспечить доступ к датчику в зависимости от того, где он установлен – выгрузить содержимое и снять обивку багажника или демонтировать подушку заднего сидения.
3. Если сверху датчика установлена предохранительная пластина, нужно выкрутить крепежные болты и снять ее.
4. Очистить датчик уровня топлива и поверхность бака возле него от пыли и грязи.
5. Отсоединить подходящие электрические провода (рекомендуется их предварительно промаркировать).
6. Открутить болты крепления топливного датчика к баку и осторожно извлечь его во избежание повреждений элементов конструкции. В ряде случаев перед извлечением нужно будет открутить пластмассовую крышку.

Установка

Перед тем как обратно установить датчик уровня топлива, необходимо выполнить следующие операции.

1. Произвести очистку посадочного места от старого герметика.
2. При наличии новой прокладки установить ее на посадочное место, совместив отверстия под крепежные болты. Для автомобилей солидного возраста (10 лет и более) с новой прокладкой рекомендуется использовать герметик.
3. Сборка осуществляется в порядке обратном снятию.
4. После сборки проверить показания на индикаторе уровня топлива.
5. Проехать 30-50 км, снова обеспечить доступ к топливному датчику и проверить наличие запаха горючего и утечек.

В автомобиле производители устанавливают множество приборов. Водитель следит за скоростью, пройденным расстоянием, температурой, уровнем топлива… В случае с водномоторной техникой прерогатива выбора измерительных приборов за пользователем. Судоводитель сам решает, что именно контролировать.

Уровнемер на катере или лодке — устройство важное. Опасно остаться без бензина вдали от берега. Контролировать количество питьевой или технической воды также необходимо — чтобы вовремя пополнить запасы.

И для воды, и для топлива

Раньше датчики уровня жидкости строго разделялись на водяные и топливные. Ключевое отличие таилось в поплавках, по-разному реагирующих на воду и нефтепродукты. Впоследствии производители совершенствовали технологии и унифицировали устройство. Сегодня одни и те же погружные датчики опускают и в лодочные , и в резервуары с водой. Отличия лишь в символах на указателе - иконка воды или значок бензоколонки.

От коррозии и прочих повреждений спасает использование нержавеющих и бензомаслостойких материалов, а с загрязнённой жидкостью такой уровнемер не работает. Примеси и механические включения выведут его из строя. Для сточных вод предназначены .

Различия типов, конструкций и стандартов

На что ориентироваться, начиная с нуля? Обычно первым приобретают датчик. Его подбирают по глубине топливного бака (или иного резервуара, объём содержимого которого нужно измерять). Размеры фланца обычно стандартные: производители датчиков ориентируются на габариты баков.

По принципу действия датчики делятся на несколько групп. Наиболее распространены два из них.

Герконовый поплавковый датчик благодаря простоте и надёжности применяют во многих системах измерения. Он представляет собой направляющую трубку, внутри которой вслед за жидкостью по вертикали движется поплавок, контактирующий с герконами. Укорачивать трубку нельзя: рабочий диапазон датчика «заложен» в её длину.

Второй распространённый вариант — поплавковый датчик с потенциометром . Принцип работы основан на изменении сопротивления. Такой тип удобен возможностью регулировки для резервуаров разной высоты. Просто спасение для судовладельцев, которые, изготовив бак по индивидуальным размерам, сталкиваются с невозможностью подобрать глубиномер из стандартных. Глубина топливного бака, скажем, 283 мм. А датчики на 275 или 300 мм! При большой площади резервуара каждый сантиметр глубины означает немалый объём жидкости. Так что датчики, которые можно подогнать, в подобных случаях незаменимы.

USA и EURO

И датчики, и индикаторы уровня имеют два стандарта сопротивлений: с европейским диапазоном (10-190 ом) и американским (240-33 ом).

Пара с совпадающими стандартами диапазонов должна быть верно установлена: 10 — пустой бак, 190 — полный (соответственно, 240 и 33). Если указатель и датчик не совпадут по рабочему сигналу, индикатор будет работать некорректно и показывать всё наоборот.

Соответственно, разные стандарты нельзя механически объединять: европейский диапазон не «стыкуется» с американским. Но выход есть. Любой указатель с любым датчиком поможет синхронизировать .

Реже встречаются системы, работающие по другим принципам. К примеру, основанные на изменениях силы тока . Практичный вариант для стационарных ёмкостей известного объёма. За счёт точной дискреции и цифрового указателя можно вести пунктуальный учёт расхода жидкостей, к примеру, при заправке автомобилей.

Ультразвуковые датчики встречаются ещё реже, а вот работающие по современному протоколу NMEA-2000 постепенно набирают популярность. Их удобство основано на возможности соединения уровнемеров с «умными» системами. Данные можно передавать на любое расстояние, компьютеры не только проинформируют о текущем расходе топлива, но и предупредят: какое расстояние можно пройти на его остатках.

Чёрным по белому, стрелками или цифрами…

Указатели обычно выбирают, ориентируясь на вкусовые предпочтения в дизайне и стиль оформления внутреннего пространства судна. Производители предлагают разные варианты: белые, чёрные, золотые, с ободками и без них, цифровые и аналоговые. Можно выбрать индикатор как для консерваторов (дерево, ткань, кожа), так и для ценителей хайтека; и подешевле, и «покруче».

Схема цифрового индикатора уровня топлива имеет высокую повторяемость и даже при небольшом опыте работы с микроконтроллерами, со сборкой и с настройками не возникнет никаких проблем. Для программирования avr микроконтроллера, мной был собран простейший программатор - так называемый программатор Громова , он великолепно подходит как для внутрисхемного программирования, так и для обычного, статья по данному программатору есть на сайте. Теперь езжу и не переживаю по поводу заправки «хватит или не хватит»:) Принципиальная схема индикатора показана ниже, кликните для увеличения:

А сейчас подробнее о данном приборе, фотографии с монтажным видом в моем исполнении, а фотографии и инструкция по настройке от оригинального автора - в архиве.

Вот что делает данный прибор:

1. Отображает остаток топлива с точностью до литра, поддерживаемый объем бака выбирается от 30 до 99 литров
2. Отображает напряжение бортовой сети
3. Компенсирует качание поплавка в баке многократными (количество выбирается в меню) замерами и выводом среднеарифметического значения.
4. Меняет яркость подсветки в зависимости от освещенности, 2 режима, день/ночь, определяется по включению подсветки приборной панели.
5. Меняет режим отображения индикатора обычный/инверсный.

Список деталей индикатора на микроконтроллере:

R1 - 1 кОм
R2 - 75 кOм
R3 - 10 кОм подстроечный
R4 - 4,7 кОм
R5, R6, R8-R11 - 10 кОм
R23, R12-R15 - 3,3 кОм
R24, R16-R19 - 1,8 кОм
R20 - 2 кОм * подбирается в зависимости от подсветки
R21 - 240 Ом
R22 - 1 кОм * подбирается и ставится постоянный
C1, C2,C15 - 0,01 мк
C3, C4, C6-C11,C13-C15 - 0,1 мк
C5 - 47 мк
C12 - 4,7 мк
L1 - 100 мГн
DD1- LM7805
DD2 - ATMega8
DD3 - LM317T
VT1 - IRFZ44
LCD1 - Nokia 1110/1200/1110i/1112

Разъем РС10 - на схеме не обозначен, через него подключаются кнопки и выводы для программирования МК.

Платы решил сделать две, одна для установки дисплея, вторая основная, платы круглые, по диаметру корпуса 50 мм. Под разъем индикатора ответной части не нашел поэтому сделал разводку под шлейф, отпаял от него разъем и припаял шлейф прямо на плату с обратной стороны, сам дисплей посадил на двухсторонний скотч.

Основная плата формально двух сторонняя, но обратная сторона вся используется под "землю" с обратной стороны установлены только стабилизаторы и транзистор, остальные детали практически все SMD установлены со стороны дорожек. Отверстия с квадратными площадками "земляные" пропаиваются перемычками, остальные отверстия со стороны "земли" рассверлены.

Две платы между собой соединяются при помощи контактов от какого то давно разобранного разъема. В корпусе платы фиксируются на одном винте, под него на основной плате припаяна втулка с резьбой. Кнопок как таковых нет, они и нужны то не часто, только при первоначальной настройке и калибровке, поэтому они просто выведены на разъем РС10, который стоит сзади корпуса, его фоток к сожалению нет. Так же на этот разъем выведены сигналы для программирования МК.

Настройка цифрового индикатора уровня топлива

1. Программирование МК, производится внутрисхемно, любым программатором, фьюзы выставляются следующим образом.

2. Настройка показаний напряжения. Для настройки подключаем подключаем индикатор к напряжению 12-14 В, подключаем к этому же источнику вольтметр и подстроечным резистором R3 выставляем то же значение что показывает вольтметр.

3. Программная настройка. Выставляем емкость бака и калибруем его. Калибруем бак следующим образом, начинаем с пустого бака, ставим в меню калибровка значение литров 0 и нажимаем ОК, затем заливаем в бак 1 литр, ставим значение литров на 1 и снова нажимаем ОК и так с каждым литром до полного бака. Процесс конечно небыстрый, но сделать его нужно всего один раз. Если при калибровке еще и записать показания датчика, то при необходимости повторения устройства или при сбое, можно будет занести значения сразу в прошивку и не маяться с калибровкой. Остальные настройки устанавливаем на свой вкус. Конструкцию собрал и испытал: Федоров Иван.

Главная » Салон » Как работает индикатор уровня топлива? Емкостной датчик уровня топлива на ATMega8A Усовершенствование датчика топлива на ВАЗ-ах