[Arlleex 130]

Приветствую!

 

Есть желание с одного автомобиля поснимать характеристики (напряжение аккумулятора, уровень топлива, уровень омывайки в бачке, температура охлаждающей жидкости и т.д.). Автомобиль достаточно не новый (Audi 80 B3). Поэтому никаких CAN-шин там нет. А вопрос, собственно вот в чем.

Какие основные типы сигналов с датчиков применяются в автомобилях? Судя по схемам в Интернете:

1. Аналоговые. В ЭБУ или приборную панель просто заходят аналоговые сигналы с датчиков (например, датчик лямбда, датчик уровня топлива).

2. Цифровые, типа "да/нет". Либо есть 12В (в общем случае x вольт), либо их нет.

3. Цифровые импульсные. Например, выход с датчика скорости.

 

Ног микроконтроллера довольно много, поэтому хотелось бы на плате заложить некий "стратегический запас", который можно задействовать при желании. То есть, если мне захочется измерять уровень топлива, я настраиваю одну из входных линий АЦП и завожу туда сигнал. Если нужно оцифровать скорость - мне нужен вход, подключенный к таймеру МК. Или, например, если нужен датчик тока через лампочку - задействую обычный вход GPIO МК.

 

Дискретные "медленные" входы я протащу через обычные оптроны, чтобы не пожечь лапки МК всплесками по длинным проводам от бортсети.

Дискретные "быстрые" входы (импульсные) я протащу через быстродействующие оптроны, чтобы не вносились существенные задержки в исследуемый цифровой сигнал.

А вот как быть с аналоговыми входами? В частности, напряжение с аккумулятора измерить. Ведь при повороте ключа зажигания по сети иголки (предполагаю) порядка сотен вольт проскакивают. Резисторный делитель + TVS-сборка с ограничителем?

Решение нужно максимально надежное, максимально дешевое

[Plain 161]

Все входы одинаковые — ограничитель, порядка 100 В, и с него резистор на вход МК.

[Arlleex 130]

35 минут назад, Plain сказал:

Все входы одинаковые — ограничитель, порядка 100 В, и с него резистор на вход МК.

Я так понимаю, что вначале еще резисторы нужны (R1:R2) для согласования напряжений.

 

Только не совсем понятно, почему R3 после ограничителя, и каков его номинал (приблизительно - омы - сотни килоом, мегаомы)? И почему на такое достаточно высокое напряжение ограничитель?

Ну вот допустим. Есть у нас датчик с 12В выходом. Резисторами R1:R2 напряжение с его выхода делится, чтобы получить напряжение в 3.3В, допустимое для МК. Вход МК имеет большое входное сопротивление, поэтому (как я полагаю), чтобы на R3 мало упало, нужно сделать его сопротивление на порядок меньше входного сопротивления лапки МК.

Теперь щелкнуло что-то на проводе, пришла помеха амплитудой в 400В (утрированно, но вдруг?). Значит на ограничителе будет 110В. Он откроется, через него потечет ток в землю. Вот тут мне не совсем ясно, почему тогда R3 нужно ставить после ограничителя, а не до него (чтобы ограничить ток через него). И опять же, почему ограничитель на 100В, а не на 20, например.

Полагаю, для входов АЦП такая же схема?

[Plain 161]

Почитайте любую вменяемую официальную бумагу на любую цифровую ИС, там указан предельный ток входов — именно заведомо меньший этого тока ток и задаёт резистор, типично 10 мА, т.е. 15 кОм для SMAJ90A, а БП МК, соответственно, должен уметь поглотить всю лишнюю энергию, поступившую в линию питания с цепей защиты всех входов в худшем случае, т.е. при обрыве аккумулятора. Для аналоговых входов соответственно добавить второй резистор на общий провод, например, 12 кОм / 3 кОм.

 

Такие простые входы разумеется будут всегда потреблять ток от отличных от диапазона МК сигналов. Избавиться от этого недостатка можно посредством диодных развязок, для них требуется отрицательное питание и на порядок больше деталей.

[esaulenka 5]

12 hours ago, Arlleex said:

Есть желание с одного автомобиля поснимать характеристики (напряжение аккумулятора, уровень топлива, уровень омывайки в бачке, температура охлаждающей жидкости и т.д.). Автомобиль достаточно не новый (Audi 80 B3).

 

Audi 80 изнутри ни разу не видел, но из общих соображений:

- аккумулятор - аналоговый сигнал 10..14 вольт

- уровень топлива - аналоговый сигнал 0..14 вольт

- уровень омывайки - дискретный сигнал 0..12 вольт

- датчик тепературы - что-то вроде переменного резистора. Запитывают его от генератора тока, или просто делают делитель - никогда не интересовался.

- датчик оборотов - либо датчик холла с 5 (12) вольтовыми импульсами (десятки импульсов на оборот), либо индуктивный датчик (см. в гугле "ДПКВ осциллограмма")

- лямбда зонд - синусоида с частотой единицы герц и амплитудой в несколько сотен милливольт

- сигнал оборотов с катушки зажигания или форсунки. Пакостный сигнал с ярко выраженными "индуктивными" выбросами. Подробности на картинках "катушка зажигания осциллограмма".

 

Опторазвязок никогда нигде не видел. Делитель, защита, может ещё небольшой RC-фильтр.

 

12 hours ago, Arlleex said:

Поэтому никаких CAN-шин там нет

Если есть хоть какой-то мозг, скорее всего, есть и диагностика, и, скорее всего, это однопроводной 12-вольтовый уарт. Какой стандарт был в те лохматые годы, не интересовался...

[k155la3 26]

Для аналоговой развязки HCPL7800 усилитель. 

Аналоговую развязку можно реализовать на двойном оптроне и по одному ОУ с каждой стороны.

Оптрон двойной для компенсации нелинейности передачи сигнала его самого.

 

[Plain 161]

Изоляция нужна в случае разности потенциалов, в автомобиле такого нет, только помехи.

[k155la3 26]

8 minutes ago, Plain said:

Изоляция нужна в случае разности потенциалов, в автомобиле такого нет, только помехи.

? тогда на каждый вход контроллера двойной диодный ограничитель BAV99  (1us 4.5 A) или подобный ?

 

[Arlleex 130]

11 часов назад, Plain сказал:

Почитайте любую вменяемую официальную бумагу на любую цифровую ИС, там указан предельный ток входов

Беру даташит на STM32F429.

На странице 135 есть характеристики IO-портов.

Есть такой параметр как входной ток утечки. Полагаю, это ток, который при приложенном рабочем напряжении будет втекать/вытекать по входу. По 3.3V входам этот параметр равен ±1мкА.

Получается, входное сопротивление 3.3В/1мкА = 3.3МОм.

А вот еще табличка чуть выше в документации:

 

Ну вот, собственно, какой из этих входных токов я не должен превысить и должен ограничить резистором?

 

А можно по теории ликбез небольшой?

В общем, есть, допустим, схема (надеюсь, я правильно нарисовал то, что предлагает уважаемый Plain):

 

Ради примера, Uвх. ожидается от 0 до 3.3В, но линия длинная, с возможными помехами от всяких щеток, генераторов и т.д.

Допустим, ограничитель у нас на 100В, резистор на 20кОм, конденсатор 1мкФ.

Для примера, пусть мы словили импульс в 400В амплитудой и длительностью в пол миллисекунды. Значит, ограничитель отрежет уровень входного напряжения на 100В, а ток, созданный остальными 300В, превратится в тепло на ограничителе. Значит у нас есть напряжение в 100В на левом плече резистора. Пренебрегая сопротивлением утечки в пару микроампер на входе микросхемы, в цепи резистор-верхний диод VD2-линия питания +3.3В потечет ток заряда суммарной емкости C по этой шине питания. Но, поскольку импульс в пол миллисекунды, нужно подобрать значение сопротивления резистора и емкость конденсатора так, чтобы за это время он не успел существенно зарядиться и повысить напряжение на линии +3.3В. Все верно?

Тогда задача сводится к выбору ограничителя и расчету резистора R при известной (приблизительно) суммарной емкости полигона питания +3.3В.

Но ведь получается, что для простых медленных входов этот конденсатор можно поставить и после резистора, перед входом в микросхему, на землю. Или нет?

А для понижения 12В в 3.3В делать делитель после ограничителя, ровно как и для АЦП-входов.

Вроде начинаю соображать тогда, поправьте, если все-таки не прав

[Arlleex 130]

36 минут назад, esaulenka сказал:

Audi 80 изнутри ни разу не видел, но из общих соображений:

Спасибо, уже что-то! Некоторые моменты буду выпытывать уже на самой машине

 

2 минуты назад, Plain сказал:

Изоляция нужна в случае разности потенциалов, в автомобиле такого нет, только помехи.

А что подразумевается под разностью потенциалов? Если у меня два девайса, допустим, один выдает сигналы от 0 до 100В, а другой работает в логике 3.3В, это считается условием необходимости применения изоляции? Или это в системах, где выравнивать земли соединением куска провода запрещено по тем или иным соображениям?

 

P.S. Иногда ставят еще симметричные ограничители для цепей с двухполярным питанием. Причем интересные обозначения - они разные (то катодами соединены, то анодами):

 

 

А в автомобиле не может быть помех отрицательной амплитуды?

 

[Herz 4]

Ещё рекомендую Вам почитать соседнюю ветку, специально посвящённую этим проблемам. Там есть что почитать, ибо аналогичные вопросы задаются регулярно.

[k155la3 26]

1 hour ago, Arlleex said:

. . . А в автомобиле не может быть помех отрицательной амплитуды?

Там большая часть "потребителей" - индуктивные и мощные по току. Одна система зажигания чего стОи. Так что расчитывайте что "много и всего".

К томуже не напрямую, по проводам, а "наводкой".Если машина, мягко говоря, не новая - то многие стандарты по категории минимизации помех-излучений в ней "не воплощены".  К примеру, делать напрямую вход аппаратного прерывания от неразвязанного и нефильтрованного сенсора с длинной линией связи, IMHO, "контропродуктивно" :)

Дополнительно к встроенной в контроллер паре диодов, добавьте внешние BAV - тогда токи помехи-перегрузки будут протекать не через контроллер, в том или ином виде, а через внешний ограничитель. Если вход гарантированно-чистый по помехам - можно эту деталь не впаивать, но площадку под нее я бы поставил на все входы.

 

 

[Plain 161]

1 час назад, Arlleex сказал:

Допустим,

Здесь нет причин гадать — берёте ГОСТ 28751 и читаете там про импульс №5, при котором обсуждаемый ограничитель естественно не должен работать, и который при резисторе 12 кОм в среднем даст втекающий во вход МК ток 2,5 мА в течение 400 мс, и если этому МК, и его обвязке на той же линии питания, на это время захочется побыть микропотребляющими, предположительный конденсатор 1 мкФ питания этого добра зарядится до амплитуды импульса №5 — ну т.е. он конечно не зарядится, а просто МК сдохнет при гораздо меньшем напряжении питания. Таким образом, шунтовый стабилизатор питания в такой схеме жизненно необходим.

 

1 час назад, Arlleex сказал:

что подразумевается под разностью потенциалов?

Постоянная, между общими проводами источника и приёмника сигнала. Переменная называется синфазной помехой. В автомобиле общий провод один.

 

1 час назад, Arlleex сказал:

Иногда ставят еще симметричные ограничители

Именно такие в автоэлектронику и ставят, потому что человечество до сих пор разрешает переполюсовывать автоаккумулятор. Если Вы решите к этой развлекухе присоединиться, то Вам такие тоже понадобятся, а не те однонаправленные, о которых до сих пор шла речь.

[artemkad 51]

5 minutes ago, Plain said:

, и который при резисторе 12 кОм в среднем даст втекающий во вход МК ток 2,5 мА в течение 400 мс, и если этому МК, и его обвязке на той же линии питания, на это время захочется побыть микропотребляющими, предположительный конденсатор 1 мкФ питания этого добра зарядится до амплитуды импульса №5 — ну т.е. он конечно не зарядится, а просто МК сдохнет при гораздо меньшем напряжении питания. Таким образом, шунтовый стабилизатор питания в такой схеме жизненно необходим.

Ставишь резистор в делителе не 12 кОм, а 200кОм и ограничительный стабилитрон на питание МК если уж совсем хочется защититься

10 minutes ago, Plain said:

. Если Вы решите к этой развлекухе присоединиться, то Вам такие тоже понадобятся, а не те однонаправленные, о которых до сих пор шла речь.

Никаких проблем с однонаправленными - в другую сторону они ограничивают напряжение на уровне 0,7В что гораздо лучше чем -3...6В которые дают двунаправленные стабилитроны. 

[Arlleex 130]

Только что, k155la3 сказал:

можно эту деталь не впаивать, но площадку под нее я бы поставил на все входы.

Разумеется, я обычно так и делаю

 

Только что, Plain сказал:

Таким образом, шунтовый стабилизатор питания в такой схеме жизненно необходим.

Ну я как подумал - 12В бортсети я завожу на какой-нибудь широкодиапазонный LDO или DC/DC с выходным напряжением 3.3В. Или тут еще помимо этого добра надо ставить некий "шунтовый стабилизатор" (не гуглится, к сожалению, я так понял - это некий параллельный стабилизатор)?