Призма - не по детски интересные поделки
своими руками...

Приборы со шкалой светодиодов

Вольтметр

Оригинальная статья основана на наборчиках радиодеталей от конторы МАСТЕРКИТ ( www.masterkit.ru ). Один из наборчиков называется NM5302 – Блок индикации - автомобильный вольтметр «бегающая точка» . Проблема в том, что данный набор уже перестали выпускать, поэтому придётся импровизировать и закупаться запчастями по отдельности. Стоит особо отметить, что основа схемы – чип UAA180 или отечественный аналог 1003ПП1. Зная теперь это вам не составит труда собрать своими руками приборы со шкалой светодиодов для своего автомобиля.

Назначение выводов микросхемы:
1 – земля;
18 – питание до +18 Вольт;
17 – вход для измеряемого напряжения;
16 – эталонный нижний уровень измеряемого напряжения;
3 – эталонный верхний уровень;
2 – управлени яркостью свечения светодиодов;
4..15 – выводы управления включением светодиодами.

Микросхема делит разницу напряжений между 3й и 16й ногой на 12 диапазонов, и если напряжение на 17й ноге попадает в один из этих диапазонов, то зажигается соответствующий светодиод. Однако, есть ограничения: напряжения на измерительных выводах не могут быть больше 6 Вольт.
Чтобы ограничить измеряемое напряжение, соберём измерительную цепочку из стабилитрона и двух резисторов. Пусть V – напряжение в бортовой сети. В цепочке из стабилитрона VD1 и сопротивлений R1, R2 напряжение на стабилитроне будет постоянным 9 Вольт (приблизительно), а на мостике R1, R2 оно будет равно (V-9). При одинаковых сопротивлениях R1=R2 напряжение на сопротивлении R2 получится равным половине (V-9), т.е. если в сети напряжение V будет меняться от 10 до 15 Вольт, то напряжение в точке между R1 и R2 будет меняться от (10-9)/2 =0,5 до (15-9)/2 =3 Вольт. 
Цепочка R3, R4, R5 и стабилитрон VD2 задают эталонные минимальное и максимальное напряжение. Минимальное ноль, т.к. 16 нога на земле. Максимальное устанавливается подстроечным резистором на уровне около 3 Вольт. При такой настройке получается возможным измерение напряжения бортовой сети в диапазоне от 9 до 15 Вольт с шагом 0,5 Вольта на один светодиод.
Цепочка R6, R7 просто задаёт яркость свечения диодов. При R6=50К яркость больше, при 100К меньше. 

Варианты схем со шкалой «бегающая точка» и «светящийся столб» отличаются только подключением светодиодов к микросхеме. Измерительные цепи остаются такими же.

Настройка схемы выполняется следующим образом. Вольтметр нужно подключить к эталонному источнику 14,7В, повернуть подстроечный резистор так, чтобы загорелся столб из 11 светодиодов, затем медленно поворачивать подстроечник в обратную сторону до того положения, пока 11й светодиод не погаснет и в столбе останется только 10 включенных светодиодов.
Подразумевается, что шкала имеет масштаб 2 светодиода на 1 Вольт, и включение 11го светодиода соответствует достижению измеряемым напряжением уровня 14,7В так, как это показано на рисунке ниже.

Над светодиодами в передней панели вольтметра сделана цветная разметка диапазонов напряжения:
до 11,6В - красный, заряд АКБ менее 50%;
11,6-12,6В - красный пунктир, заряд АКБ 50-100%;
12,6В - зеленая точка, заряд 100%;
13,7-14,7В - зеленый, напряжение генератора в норме;
более 14,7В - красный, перезаряд.

Схему спаял в варианте "светящийся столб". На рисунке внизу общий вид того, что получилось. Подсветку сделал одной безцокольной автомобильной лампочкой на 12В.

Собиралось все приблизительно так, как на картинке ниже.

Рисунок платы. Сделано в зеркальном отражении, чтобы переводить отпечаток на фольгу для травления. Если печатать с плотностью 300 точек на дюйм, то получим картинку в масштабе 1:1.

Размещение деталей. Вид со стороны монтажа радиодеталей. Дорожки на самом деле с другой стороны платы, но здесь нарисованы видимыми, как будто плата прозрачная.

Во время работы прибора на автомобиле обнаружился недостаток.

Из-за дискретности шкалы последний в светящемся столбе светодиод часто работает в мерцающем режиме. Не всегда, но часто. По началу мигание отвлекает внимание, правда, потом привыкаешь, а мигание воспринимается, как попытка прибора изобразить половину деления дискретной шкалы.

Указатель уровня топлива

Указатель остатка топлива на самом деле является омметром и измеряет сопротивление датчика-реостата. Если подключить переменное соротивление к указателю, то его показания должны соответствовать следующему:
0 Ом – стрелка лежит на левом краю шкалы;
15 Ом – стрелка на границе красной и белой зоны;
45 Ом – стрелка на линии 1/2;
90 Ом – стрелка на линии 1;
при разрыве стрелка на правом краю шкалы;

Из предыдущей схемы получается довольно простая схема указателя уровня топлива, т.к. в качестве омметра можно использовать вольтметр, который измеряет напряжение на сопротивлении, через которое протекает стабилизированный ток.

Стабилизатор 78L03 при таком подключении работает, как источник тока 30 мА. Стабилитрон на 3В нужен для защиты измерительного входа микросхемы от перенапряжения в случае "обрыва" провода датчика. При КЗ датчика показания должны быть, как для пустого бака.
Цепочка R3, C3 замедляет изменение напряжения на измерительном входе 17 микросхемы UAA180. Постоянная времени цепочки около 2 секунд. Такое замедление должно предотвращать скачки в показаниях прибора при колебаниях поплавка датчика вместе с уровнем бензина во время движения.
Для настройки прибора вместо датчика-реостата нужно подключить сопротивление 90 Ом и, вращая подстроечный резистор, найти момент включения полного светящегося столба.
На рисунке ниже передняя панель указателя.

После установки приборов на автомобиль был замечен такой недостаток в работе указателя остатка топлива.
При полном баке все хорошо, а, вот, когда бак становится пустым больше, чем на половину, то во время движения (в поворотах, или при разгоне/торможении) показания могут меняться на 3 деления (а это четверь шкалы!), например, от 1 до 4 светодиодов. Очевидно, что это связано с переливанием бензина по горизонтально расположенному баку под действием сил инерции. Как с этим бороться пока не очень понятно.

Рисунок платы.

Размещение деталей.

Термометр

В книжках пишут, что зависимость сопротивления исправного датчика ТМ-100А (штатный датчик на УЗАМ) от температуры должна быть такой:

Градусы – Омы 40 – 400...530 80 – 130...160 100 – 80...95
120 – 50...65 

Зависимость обратная, да еще и не линейная. Но датчик логометрического типа. Такой датчик обеспечивает изменение тока в обмотке указателя пропорционально измеряемой величине. Получается интересная штука: если такой датчик включить последовательно с правильно подобранным дополнительным сопротивлением (равным сопротивлению обмотки измерителя), подать на эту цепочку стабилизированное напряжение, то на этом дополнительном сопротивлении напряжение будет пропорционально температуре. Это дополнительное сопротивление приблизительно равно 150 Ом. Из-за того, что датчик температуры должен устанавливаться на массу, схема простой не получилась. То, что получилось, представлено на рисунке.

Пояснение для тех, кто захочет разобраться в схеме.
Схема сделана шиворот на выворот. Представьте часы, у которых стрелка часов всегда смотрит вверх, а циферблат вращается под стрелкой. 17я нога, которая должна быть подключена к измеряемому напряжению, подключена к стабилизированным 3 Вольтам. Разница измеряемых мин. и макс. напряжений между 16й и 3ей ногой тоже стабилизированная, около 3х Вольт, но напряжения на 16й и 3й ноге меняются синхронно, «плавают» вокруг напряжения на 17й ноге. В целом схема работает так, что показания шкалы светодиодов соответствуют напряжению на резисторе R3. Мостики со стабилитронами нужны для поддержания напряжений-границ измеряемого диапазона.

Однако, оказалось, что в схеме термометра можно обойтись без стабилизации вообще. Ниже приведена гораздо более простая схема. Она основана на том, что как бы не изменялось напряжение питания схемы при постоянной температуре, пропорция напряжений на входах микросхемы U16:U17:U3 будет оставаьтся постоянной. Абсолютные величины будут меняться, но их отношение друг к другу нет.

Мостик R4-R5-R6 устанавливает границы измеряемого диапазона. Подстроечник R1 позволяет сдвигать показания в большую или меньшую сторону. Сопротивление R3 необходимо для понижения напряжения питания до уровня, при котором напряжение на входах DA1 не будет превышать предельно допустимого в 6В.

Такую схему можно использовать только в режиме светящаяся точка. Дело в том, что при минимальной температуре измеряемое в этой схеме напряжение максимально. С повышением температуры напряжение уменьшается до минимального. Чтобы светящаяся точка двигалась по шкале слева направо с увеличением температуры, а не наоборот, достаточно расположить светодиоды на индикаторе в обратном порядке. Но такое возможно только для светящейся точки. Светящийся столб в обратном порядке не зажигается.

Чтобы "перевернуть" напряжение относительно середины измеряемого диапазона можно добавить в схему инвертор на операционном усилителе.

Номиналы сопротивлений, задающих напряжения на входах 3 и 16, подобраны таким образом, чтобы полная шкала в 12 светодиодов соответствовала диапазону в 80оС.

Схема настраивается следующим образом. Можно опустить датчик температуры в кипящую воду, либо вместо датчика к схеме подсоединить сопротивление 91 Ом и подстроечным резистором найти момент переключения светящегося столба с 10 на 11 светодиодов, что должно соответствовать точке кипения воды - 100оС.

В общем номиналы сопротивлений и настройка должны соответствовать вот такой передней панели термометра.

У термометра обнаружился такой недостаток.

Т.к. шкала была рассчитана в масштабе 3 светодиода на 20оС, то один диод перекрывает диапазон приблизительно в 7 градусов. Если во время езды на шкале горит 10 диодов, то температура может быть от 93 до 100оС, а сколько именно, сказать нельзя. В то же время на автомобильном термометре не нужна растянутая левая часть шкалы для низких температур. Поэтому при повторении конструкции лучше будет сделать термометр с масштабом 5оС на диод, например, от 50 до 110оС так, как на рисунке ниже.

Рисунок платы.

Размещение деталей.

Источник: http://analarc.narod.ru/hobby/panel/pribory/pribory.html