Obrotomierz elektroniczny wskazówkowy do motocykla

Już kilka lat temu wykonałem obrotomierz elektroniczny analogowy (ze wskazówką) i działa on bezproblemowo w moim motocyklu
enduro jakim jest Yamaha XT600, typ 3TB, rocznik 1995.
Myślę, że skoro konstrukcja sprawdziła się "w boju" to warto będzie ją tutaj zaprezentować.
Dlaczego dokonałem takiej modyfikacji? Głównie ze względu na to, że stary mechaniczny wskaźnik był napędzany linką
z przekładni ślimakowej w głowicy silnika. Często dochodziło tam do rozszczelnienia O-ringu co wywoływało wycieki oleju,
a i sama linka też zawodziła. Oryginalna jest kosztowna, a zamienniki kiepskiej jakości nie wytrzymywały nieraz nawet jednego sezonu.

Pokazuję poniżej krok po kroku, jak przebiegał projekt i wykonanie, załączam schemat z wartościami elementów,
a więc prawie kompletne dane aby wykonać taki obrotomierz we własnym zakresie.
Prawie, bo nie pokazuję tu wzoru PCB ze względu na to, że jest on zwymiarowany pod konkretną obudowę mojego starego oryginalnego licznika.
Poza tym, kto zechce to może wykorzystać gotowy moduł obrotomierza i jako taki dostosować do swoich potrzeb.
Ja pobrałem z niego dwa najważniejsze komponenty: układ scalony CS8190 oraz napęd wskazówki air-core, a resztę już samodzielnie dorobiłem.
O tym module napiszę później.

Jest na tym forum, w dziale motoryzacyjnym temat "Obrotomierz w motorowerze":
Obrotomierz w motorowerze
lecz dziesiątki odpowiedzi nie przedstawiają tam spójnie jednej koncepcji urządzenia, a gdy już pojawia się tam wątek modułu obrotomierza podobnego jak ten tutaj opisany, to brakuje sensownego wyjaśnienia potrzebnych zmian aby dostosować go do konkretnych wymagań.
Dlatego myślę, że tutaj - w dziale DIY - pokazanie własnego rozwiązania będzie właściwe i mile widziane

No to po kolei.
Modyfikacje wykonane zostały w motocyklu z silnikiem czterosuwowym, jednocylindrowym, z zapłonem TCI sterowanym mikroprocesorem. Zasila jedną cewkę i jedną świecę zapłonową.
Pomiar oscyloskopowy wykazał, że moduł zapłonowy daje jeden impuls co każdy obrót wału korbowego.
Tak wygląda oscylogram przy pracy jałowej silnika (około 1500 obr/min):


Wykorzystałem oryginalną obudowę obrotomierza ponieważ w niej znajdują się także lampki kontrolne.
Cyferblat, który także został zachowany, podświetlany był żarówką W5W lecz nie za dobrze się to prezentowało.
Postanowiłem to także zmienić.
Maksymalne wskazanie oryginalnego obrotomierza to 9000 obr/min przy kącie wychylenia wskazówki 180 stopni.
Wyglądało to tak:

Zakupiłem na motoszrocie za 20 zł zespół zegarów od Poloneza i odzyskałem z niego obrotomierz (Lumel MS14)
Jest on zbudowany na bazie układu CS8190, który steruje napędem air-core. Wygląda tak:

Jak już wspomniałem, moduł na płytce można dostosować poprzez odpowiedni dobór elementów, do własnej konstrukcji obrotomierza.
Sam Air-core jest łatwo demontowalny z płytki (cztery śrubki M3) i co najważniejsze - ze stosunkowo twardą sprężyną powrotną na osi.
Jest dzięki temu bardziej odporny na wstrząsy, w końcu to było w Polonezie jeżdzącym po naszych kiepskich drogach lata temu.

Pozostanie zatem zdobyć (lub wymienić) kilka elementów.
Schemat nie odbiega za wiele od aplikacyjnego z noty katalogowej CS8190 i jest prawie taki sam jak ten z Poloneza:


Założenia do projektu
1. maksymalny kąt wychylenia wskazówki to Θ=180 stopni
2. maksymalna częstotliwość impulsu wejściowego to f=150 Hz (obroty max 9000 [obr/min] / 60 [sek])
3. Ccp = 4,7 nF
4. R3 = 3 kΩ
5. R4 = 1 kΩ

Obliczenia
w nocie katalogowej układu scalonego CS8190 podano taki wzór na kąt wychylenia wskazówki air-core:
Θ = 970 x f x Ccp x Rt
więc wyliczamy z niego wartość rezystora Rt:
Rt = Θ / (970 x f x Ccp) = 180 / (970 x 150 x 4,7) = 263 kΩ
aby móc korygować tą wartość, rozdzieliłem ją na szeregowe połączenie rezystora Rta=220 k i potencjometru Rtb=100 k
Obliczamy stałe czasowe RC dla dwóch przypadków:
1. ładowanie kondensatora Ccp:
(R3+R4) x Ccp = (1+3)x4,7 = 18,8 µs
2. rozładowanie kondensatora Ccp:
R3 x Ccp = 3x4,7 = 14,1 µs
i sprawdzamy czy są spełnione warunki dla minimalnego okresu sygnału wejściowego, który wynosi:
Tmin = 1/fmax = 1/150 Hz = 6,67 ms
Otóż, stałe czasowe RC wyliczone powyżej muszą byc mniejsze od 10% Tmin (czyli 667 µs) i tak jest w tym przypadku.

Obliczamy następnie wartość kondensatora C4, która jest kompromisem między akceptowalnym drganiem wskazówki,
a czasem jej reakcji na sygnał. Nota katalogowa podaje następujący wzór:
C4 = (Ccp x 6,3 V) / ΔVmax
W moim projekcie założyłem aby drgania wskazówki były stosunkowo małe kosztem szybkości reakcji.
Przyjąłem ΔVmax=30 mV i stąd wyliczona wartość:
C4 = (4,7 x 6,3) / 0,03 = 1 µF

Jest jeszcze do dobrania doświadczalnego wartość kondensatora C5 jeżeli air-core byłby bez sprężyny powrotnej (są bowiem takie)
Mój air-core ma taką sprężynę zatem C5 jest w sumie zbędny, ja go jednak zachowałem dla pewniejszej filtracji napięcia zasilania
(C5=100 µF i C6=100 nF)

Podsumowanie elementów:
R1,R5=1 kΩ
R2=4,7 kΩ
R3=10 kΩ
R4=3 kΩ
R6=4,7
Rta=220 kΩ
Rtb=100 kΩ
C1,C2,C6=100 nF
C3=4,7 nF
C4=1 µF
C5=100 µF (25 V)
D1=np. 1N4001
D2=Zenera 30-50 V
CS8190
Air-core o rezystancji cewek około 200 Ω

Wykonanie:
Trzy PCB montowane piętrowo. Dolna to płytka główna ze wszystkimi elementami elektronicznymi na pokładzie.
Środkowa to podstawa pod air-core, a na górnej znajdują się diody LED SMD, które podświetlają tarczę i wskazówkę
na czerwono. Diody LED zasilane są z osobnego obwodu świateł w motocyklu.
Zasilanie samej elektroniki podbierane jest oczywiście "za stacyjką"
Sygnał impulsów pochodzi wprost z wyjścia modułu zapłonowego do cewki (kluczowane +12V)
Kilka zdjęć jak wyglądał montaż płytek:



Uruchomienie sprowadza się do podpięcia wejścia obrotomierza do wyjścia modułu zapłonowego gdzie wychodzi sygnał na cewkę
zapłonową i regulacji potencjometrem wskazywanych obrotów tak by były jak najbliższe rzeczywistym.
Pobór prądu około 50mA.
Drgań wskazówki podczas jazdy ze względu na wstrząsy nie ma, jak wspomniałem napęd air-core ma silną sprężynę powrotną i to zdaje egzamin.

Bardzo fajny projekt i co ważne dokładnie opisany. Jeśli ktoś będzie chciał przenieść go do motocykla wielocylindrowego to nie będzie miał problemu bo jest napisane jak wszystko wyliczyć. To podświetlenie wyszło tak kiepsko na zdjęciu czy rzeczywiście tak wygląda? Możnaby spróbować nakleić mleczną folię od spodu cyferblatu aby je trochę rozproszyć.

R-MIK napisał:

Z opisu nie wywnioskowałem, że PCB wykonałeś sam (brak opisu wykonania)

Polecam przejrzeć fotografie i zobaczy kolega, że nie została tu użyta oryginalna płytka od wskaźnika.


PS.

R-MIK napisał:

Może to i na pracę dyplomową się nadaje (przy aktualnym poziomie nauki to i doktorat) ale na DIY?
Ja zrobiłem telewizor. Właściwie to go kupiłem i samodzielnie wyjąłem z pudełka. Później (bardzo skomplikowane) wymieniłem kabel zasilający z takiego z wtyczką prostą na kątową. Jestem bardzo dumny, doktorat będę pisał na ten temat

Mógłby kolega umotywować swoją wypowiedź bo jest dla mnie niezrozumiała. Tzn. O co chodzi z tym telewizorem.

Powiedz mi z jakiego to dokładnie Poloneza były te zegary? Podejrzewam ze nie w każdym były montowane obrotomierze na tym układzie CS.

R-MIK napisał:

Jeśli PCB nie było wykonane samodzielnie, to projekt nie powinien znaleźć się w tym dziale. Jeśli samodzielnie to tylko z powodu wykonania PCB.

Okropne czepialstwo. Autor przeprowadził prace, które w miarę dokładnie opisał. Wykonał przeróbki mechaniczne, wziął pod uwagę dostosowanie aplikacji układu scalonego do pracy w konkretnym pojeździe (silniku). Jeśli uważasz, że przedstawiony projekt jest bezwartościowy jako DIY tylko ze względu na Twoje wątpliwości co do wykonania PCB to rzeczowo to uzasadnij. Ironia z telewizorem i pisanie o wymianie kilku elementów nie jest żadnym uzasadnieniem. Projekt co prawda nie jest skomplikowany ale informacje zostały zebrane w jednym miejscu i uproszczą takie przeróbki innym osobom. Warto jednak rozwinąć temat kalibracji - powinna być wykonywana przy pomocy generatora lub innego źródła znanej i dość niskiej częstotliwości.

djfarad02 napisał:

Okropne czepialstwo.

Daj spokój R-MIKowi. To jest wybitny specjalista w każdej dziedzinie. Robił nie takie układy.
Poczytaj sobie ten temat.

Mnie układ się podoba, dobry sposób żeby wykorzystać części ze szrotu, które mogłyby w innym przypadku pójść na przemiał.
Chociaż stare polskie auta - maluchy, duże fiaty, nie mówiąc o Syrenach czy Warszawach - ostatnio idą w cenę. Być może i części do Poloneza będą bardzo poszukiwane. W takim wypadku rozbiórka sprawnych elementów to jak niszczenie eksponatów w muzeum

k9mil napisał:

ktoś będzie chciał przenieść go do motocykla wielocylindrowego to nie będzie miał problemu bo jest napisane jak wszystko wyliczyć.

djfarad02 napisał:

informacje zostały zebrane w jednym miejscu i uproszczą takie przeróbki innym osobom

... i o to chodzi w tym co tu opisałem! Dziękuję za trafne spostrzeżenia Kolegom k9mil oraz djfarad02
Nie każde pisanie tutaj musi być od razu pracą dyplomową tak jak nie każda praca dyplomowa nadaje się do... czytania.
Tyle w temacie.

k9mil napisał:

To podświetlenie wyszło tak kiepsko na zdjęciu czy rzeczywiście tak wygląda?

Co do podświetlenia to fakt wyszło na zdjęciu słabo, w rzeczywistości wyglada lepiej.
Zrobię bez błysku - jakoś przydymione, nienaturalne i nieostre; z lampą - wogóle nie widać, że jest podświetlenie.

vp32 napisał:

Powiedz mi z jakiego to dokładnie Poloneza były te zegary?

Zegary gdy kupowałem miały napisane odręcznie na szybie "FSO Polonez 1.6 1998r"
Być może inne modele Polonezów też mają takie same obrotomierze, ale nie doradzę lepiej w tej kwestii.

djfarad02 napisał:

Warto jednak rozwinąć temat kalibracji - powinna być wykonywana przy pomocy generatora lub innego źródła znanej i dość niskiej częstotliwości.

Zatem rozwijam - polecam najprostszą amatorską metodę: transformator z wyjściem 5-10 V podłączyć do wejścia obrotomierza.
Tak wyregulować potencjometr Rtb aby te 50 Hz odpowiadało wyliczonej wartości obrotów (u mnie było to 3000 obr/min)

Dla jednego malkontenta - zdjęcia PCB:


Pozdrawiam konstruktywnych Forumowiczów

Moderowany przez tmf:

Nie ma się co zniechęcać. Ceną jaką płacimy za wolność słowa są różne komentarze, także niepochlebne. Ważne, żeby robić swoje.

Christophorus napisał:

przydało by się zabezpieczyć płytkę przed wilgocią

PCB zostało zabezpieczone preparatem PVB60 po przetestowaniu i przez ostatecznym osadzeniu w obudowie.
Jest ona dość szczelna więc wilgoć się raczej nie ma szansy pojawić.

Załączam krótkie wideo pokazujące jak obrotomierz działa na moim motocyklu:


Link

A nadaje się to do diesla? Orientuje się ktoś czy sygnał z 'W' alternatora będzie wystarczający do działania obrotomierza?

P.S. projekt super, na pewno się przyda

CS8190 to w zasadzie przetwornik f/U i powinien dać się zaadaptować pod wyjście "W" alternatora w dieslu.
Muszą być spełnione warunki:
- maksymalne napięcie doprowadzone do wejścia układu nie powinno przekraczać jego napięcia zasilania
- maksymalna częstotliwość sygnału przetwarzanego to 20 kHz

Musi być zachowana liniowość częstotliwości wyjścia "W" od obrotów silnika.
Wiele powie badanie oscyloskopowe jeśli to możliwe.
Zasada obliczeń pozostanie taka sama.
Pozdrawiam.

Układ CS8190 to staroć, do sterowania ustrojem różnicowym, z dwiema cewkami. W nowszych motocyklach układ obrotomierza oparty jest na TB9226, gdzie ilość cylindrów konfiguruje się zworkami. Jeszcze inną odmianą był np. MS1-1 z np. "malucha" na 4 tranzystorach. Kiedyś kiedyś pokusiłem się o przeróbkę ekonometru z trabanta - linijki diodowej, opartej bodaj na UAA170 na obrotomierz do motocykla MZ - bajer nieziemski, jak rozświetlały się diody w miarę wzrostu obrotów. Ogólnie ciekawy gadżet, pomysłowa alternatywa dla napędu mechanicznego wskaźnika.

Racja, CS8190 to staroć lecz jest stosunkowo łatwo i tanim kosztem do pozyskania z zegarów od Poloneza właśnie.
Steruje on logometrem co też jest zaletą, ponieważ jest to napęd prosty i odporny na usterki.
Wada to dość duży pobór prądu.
Można wykorzystywać różne sterowniki, jednak te nowszej generacji chyba sa już typowo cyfrowe i współpracują tylko
ze specjalnym wyjściem modułu zapłonowego motocykla.
Rozpracowanie takiej komunikacji jest trudniejsze do ogarnięcia i dostosowania do własnych oczekiwań.
I niektóre pewno też sterują silniczkami krokowymi - fakt bardzo odpornymi na wstrząsy, jednak sytuacja komplikuje się gdy do konkretnego sterownika chcieć dopasować dowolny krokowiec.
A z ustrojem ilorazowym nie ma tego problemu - praktycznie każdy podejdzie pod CS8190.
To ważna zaleta tej "staroci" analogowej w kontekście "zrób to sam"

Co do MS1-1 to dopiero jest archaik i może ma tzw. duszę (bo można w nim zmienić wszystko)
ALE steruje wskaźnikiem magnetoelektrycznym. To delikatny ustrój, w motocyklach chyba nie spotykany.
Kiedyś taki wygrzebałem z zegarów od Mercedesa W124 i mimo, że wykonany solidnie i precyzyjnie to wskazówka
w nim wędrowała po skali nawet przy przechylaniu czy chuchnięciu

Linijki diodowe mnie nie bawią jakoś w takim zastosowaniu. Może toto i efektowne ale też i drażniące.
Mój projekt spełnił moje oczekiwania i to uważam za "plus dodatni"

(air-core = ustrój ilorazowy = logometr)

robokop napisał:

W nowszych motocyklach układ obrotomierza oparty jest na TB9226, gdzie ilość cylindrów konfiguruje się zworkami.

Masz może datascheet dla TB9226 ??

Czy jest możliwość pozyskania schematu PCB w skali 1:1, mam padnięty obrotomierz w xt 600

Swego czasu przerabiałem kilka obrotomierzy, ten od poloneza ma bardzo dużą bezwładność wskazówki. Najlepsze wg mnie to te typu np AutoGauge. Mają regulacje na 2, 4 ,6 cylindrów,
a przeróbka polega na wymianie 1 rezystora.