Капацитивен датчик за ниво на гориво - Meander - занимателна електроника
Без float?Как е възможно това?
Вместо поплавък слагаме две тръби (една в една, така че да не се допират) - получаваме кондензатор, който променя капацитета си в зависимост от количеството изолатор между плочите си. Бензинът действа като изолатор.
Контролерът прави измервания и преобразува резултатите от измерването в показания на показалеца. (Нещо като тестер, но с една функция - измерване на капацитета на кондензатор).
Обща информация
Капацитивните сензори се произвеждат масово за всякаква дължина (разрешено е да се отреже сензора с трион до 30% от дължината). Цена от 350 UAH. Има модели за стрелката, има модели за свързване към CAN линия (за кола в която е централния компютър). Но тези сензори изискват 12 волта да бъдат свързани към тях и нямат изход към електрическа крушка. (Е, поне аз не съм ги виждал.) Ето защо, имайки в наличност основна концепция в програмирането и принципа на работа на сензора, реших да направя своя собствена модификация.
Относно принципа на работа
Ще дойда отдалеч. Всъщност сензорът представлява две тръби - едната с по-малък диаметър, втората с по-голям диаметър. Ако тези две тръби се набутат една в друга, така че да не се допират, тогава ще получите кондензатор. Кондензаторът е такова нещо, което може да акумулира електрически заряд (вид батерия, но с много малък капацитет). И като всяка батериянатрупването на заряд отнема определен период от време. Тоест, ако 1 волт се приложи към тези две тръби, тогава волтът върху тръбите ще започне да се натрупва (първо ще има 0,01 V, след това 0,02 V до 1 V). Чрез измерване на времето за натрупване на този волт по стените на тръбите може да се изчисли техният капацитет. Формулите се пропускат. 🙂
Възниква въпросът как да измерим нивото на бензина с този кондензатор? Много просто! Всеки знае, че въздухът не провежда електричество. Но всъщност не е така. Работи, но много слабо. Освен това бензинът не провежда електричество. Тоест дирижира, но е и много зле. Въпреки това, малко по-добре от въздуха. За какво говоря. Тоест, когато зареждаме тези тръби, част от заряда излиза във въздуха. И прекарваме повече време в зареждане.
Когато тръбите са потопени в бензин - зареждането отнема още повече време (бензинът провежда по-добре тока). Освен това, колкото повече ги потапяме в бензин, толкова повече време отнема зареждането им.
И тогава всичко е просто. Задачата на контролера е да измери това време и да го превърне в показание на стрелката.
На практика разликата във времето за зареждане на тръбата във въздуха и в бензина е много малка - по-малко от милисекунда. Не мога да кажа със сигурност, защото без опит в изчисленията. Но за микроконтролер, който извършва 8 000 000 операции в секунда, това е много дълъг период от време и той може да различи повече от 200 стойности на тази разлика. 40л / 200 = 200 грама. НЕ е точността на фармацевт, но е достатъчна за ориентация в доставките на бензин.
А сега директно за самото устройство.
Както се вижда от диаграмата, основата е контролерът Atmega8 и таймерът NE555 (свързан според веригата на мултивибратора). Сондата действа като кондензатор, който задава честотата на таймера. Конструкцията на сондата е много проста. Това по същество са две тръби от всичкиметални, разположени един в друг (използвах два фотопроводника от касети за лазерен принтер). Тази сонда се намира в средата на резервоара. И в зависимост от количеството бензин той променя капацитета си. Промяна на капацитета - променя първоначалната честота на таймера. Контролерът измерва честотата и с помощта на ШИМ генерира сигнал за таблото.
Сензорът се нуждае от допълнително захранване. Захранва се с ток, преминаващ през лампата "авариен газ". Консумираният ток не е достатъчен, за да свети лампата, но когато нивото на бензина падне под 5%, контролерът създава допълнително натоварване (чрез затваряне на входа LAMP до минус с работодател на PWM сигнал с работен цикъл 20%) и лампата светва. По време на светенето на електрическата крушка контролерът се захранва от тока, натрупан върху кондензатора C2, а диодът не му позволява да се разрежда през товарния транзистор. Полевите транзистори инсталираха тези, които бяха под ръка. По принцип всеки, който може да издържи ток над 500 mA, ще свърши работа (ако има 5-ватова крушка в таблото).
Връзка
В 90% от автомобилите - сензорът за гориво е направен от същия тип (под формата на потенциометър, към който са свързани три проводника "-", входът на стрелката, входът на електрическата крушка). Този сензор също е свързан чрез конектор J2.
Разпределение на изходите на конектор J2:
- GND;
- показалец със стрелка Wishid;
- Изход за аварийна лампа за гориво.