Датчик емкостного уровня топлива своими руками

Емкостной датчик уровня топлива на ATMega8A

Знать уровень топлива в баке не только «прикольно», но иногда жизненно необходимо. В некоторых случаях затруднительно оценить уровень топлива в баке из-за его расположения или недостаточной прозрачности. Для таких случаев и существуют датчики уровня топлива. На сегодняшний день наиболее распространены поплавковые датчики. Принцип работы таких датчиков достаточно прост. Поплавковый механизм в зависимости от уровня топлива в баке изменяет положение подвижного контакта потенциометра. Показание напряжения на потенциометре измеряются и преобразуются в человекочитаемый вид. Однако не всегда имеется возможность установить поплавковый датчик из-за его габаритов. Кроме того, в аппаратах, где крен является нормальным состоянием, например, сверхлегкие летательные аппараты, возможен перекос и подклинивание поплавкового механизма. Кроме того, положение бака в наземном и полетном положении может отличаться, что может внести изменения в работу поплавкового механизма. Однако существуют и другие способы измерения уровня топлива. Я говорю о емкостном датчике топлива. Он особо актуален, если существует необходимость избавится от подвижных частей.

Принцип измерения и особенности

Этот способ основан на измерении электрической емкости датчика, которая, в свою очередь, зависит от уровня топлива. Датчик, с помощью которого измеряется уровень топлива, называют емкостным датчиком уровня топлива. Конструкция датчика достаточно проста и представляет собой не что иное, как конденсатор. Он состоит из двух обкладок, между которыми существует зазор, который может заполнять топливо. Исполнение датчика может быть в виде двух металлических пластин или вставленных одна в другую трубок. При этом поверхности двух электродов (обкладок конденсатора) не должны иметь электрического контакта, а промежуток между обкладками должен свободно заполняться топливом при погружении датчика и так же свободно освобождаться при уменьшении уровня топлива. Поскольку топливо заполняет пространство между обкладками конденсатора (датчика), его емкость изменяется. Этот способ подходит только для жидкостей, не проводящих электрический ток. Таким способом не получится измерить уровень воды. Бензин и другие виды жидкого топлива электрический ток не проводят. Измеряя электрическую емкость датчика можно оценить уровень топлива в баке. Хотелось бы обратить внимание на некоторые недостатки такого способа измерения. Дело в том, что диэлектрические свойства топлива могут изменяться при изменении химического состава топлива. Т.е. при смене типа топлива, возможно, придется калибровать прибор. Не смотря на это, такой способ позволяет устанавливать датчик в баке под углом, или даже монтировать в крышку заливной горловины бака. Датчик не имеет подвижных частей, что в некоторых случаях крайне необходимо.

Насколько безопасно помещать электрическую схему в бак? Многих беспокоит этот вопрос. А вдруг искра? Наша схема датчика питается напряжением 5В, а датчик заряжается через резистор в несколько мегаом. В этих условиях образование искры невозможно. Напряжение в 5В ничтожно мало для возникновения искры пробоя. Кроме того, в баке любого автомобиля уже «плавает» электрический датчик уровня топлива. Низкие напряжения и токи не могут вызвать искру и возгорание топлива.

Я не ставил перед собой задачу получить супер точный датчик, способный измерить уровня топлива в 1мм и погрешностью в 0,1%, хотя это вполне возможно. Учитывая, что датчик создавался для аппаратов, где топливо в баке будет подвижно, нас вполне устроит бюджетный вариант с погрешностью в 5%.

Немного о конструктивных особенностях. Для уменьшения паразитных емкостей измерительная схема должна находиться в непосредственной близости от датчика. Не допускается подключение датчика к измерительной схеме с помощью проводов более 20 мм. Другими словами измерительная схема должна быть на датчике, датчик в баке, в то время, как дисплей должен находиться возле человека на некотором расстоянии от бака. Поэтому, конструктивно схема измерения уровня топлива разделена на два модуля — модуль емкостного датчика топлива и модуль отображения. Эти два модуля связаны между собой тремя проводами по двум из них подается питание к модулю датчика, по третьему — от модуля датчика передаются данные в цифровом виде к модулю отображения. Это позволило решить вопрос с передачей данных на несколько метров, и дает возможность конструктивно изменять модуль отображения. При этом схему модуля датчика модифицировать не придется.

Схема модуля датчика и модуля отображения

Схема модуля датчика основана на измерении времени заряда датчика. Чем выше уровень топлива, тем выше емкость датчика, тем больше времени потребуется для заряда датчика (конденсатора). Работает схема следующим образом. Используется встроенный в микроконтроллер ATMega8A аналоговый компаратор. На вход компаратора PD7 подается половина напряжения питания через резистивный делитель R3,R4. В момент, когда датчик зарядится до этого напряжения, сработает компаратор. На ноге PD6 устанавливается логический «0». Датчик разряжается через резистор R2. После чего выход PD6 переключается и работает как вход компаратора, запускается таймер, а датчик начинает заряжаться через резистор R1. При достижении напряжения установленного на входе PD7, срабатывает компаратор, таймер останавливается. Показания таймера используются для вычислений. Для обеспечения стабильности микроконтроллер должен тактироваться кварцем. Чем больше частота, на которой работает контроллер, тем выше точность измерения. В нашей схеме ATMega8A тактируется кварцем 16Мгц. Измерения выполняются постоянно, усредняются и один раз в секунду отправляются по последовательному порту UART на скорости 9600 в виде числового значения. На этом функции модуля датчика и заканчиваются.

В качестве датчика я использовал две полоски из фольгированного текстолита толщиной 1.5мм размерами: 290×20 мм. Полоски склеены между собой фольга к фольге через небольшие непроводящие прокладки. Расстояние между пластинами 1.5 мм. Их можно делать практически любой длины. При необходимости можно обрезать. Особо важно обеспечить равномерный зазор между пластинами по всей длине «конденсатора» .

Отображением полученных от модуля емкостного датчика данных занимается модуль отображения. Этот модуль можно спроектировать в соответствии с Вашими требованиями. Данные можно выводить на светодиодную линейку, на дисплей, как в нашем случае, на стрелочный индикатор или любое другое устройство отображения. При необходимости модуль датчика можно подключить к компьютеру через такой переходник.

Модуль отображения работает следующим образом. Данные в числовом виде принимаются от модуля датчика по порту UART на скорости 9600, рассчитываются показания уровня топлива и выводятся на дисплей. Но для того, чтобы выполнить корректный пересчет, модулю отображения потребуется знать как минимум два значения датчика — числовое показание датчика при пустом баке и числовое показание датчика при полном баке. Для этого, после установки датчика выполняется процедура калибровки прибора. Модуль отображения запоминает показания при пустом и полном баке, сохраняет в своей энергонезависимой памяти и в соответствии с этими данными выполняет пересчет. Поскольку от модуля не требуется особого быстродействия, его микроконтроллер ATMega8A работает на частоте 2Мгц от встроенного RC-генератора.

Процедура калибровки прибора:

• топливный бак должен быть пуст, прибор выключен
• нажмите и удерживайте кнопку
• включите питание прибора
• отпустите кнопку
• на экране появится «SET 0». Убедитесь, что бак пуст и нажмите кнопку
• на экране появится «SET 100». Залейте полный бак топлива и нажмите кнопку
• калибровка завершена

Пример печатных плат:

Плата модуля датчика

Плата модуля дисплея

Это наиболее простой вариант модуля отображения. В перспективе можно создать модуль с возможностью тарирования. Т.е. указать прибору не только два крайних значения при пустом и полном баке, а несколько промежуточных, которые учитывали бы особенности формы бака. Такой подход позволит не только отображать уровень топлива, но и рассчитывать оставшееся количество топлива в литрах. А также, при необходимости, вести ориентировочный расчет времени работы двигателя на текущем остатке топлива.

Фьюзы (Fuses) для модуля датчика:

Фьюзы (Fuses) для модуля отображения (дисплея):

P.S. Видео теста прототипа:

Источник

ВНИМАНИЕ. Обновите свой браузер! Наш сайт некорректно работает с IE 8 и более старыми версиями.

Это старая и сложная схема, сборка и наладка которой под силу только бывалым. На этом же принципе измерения частоты генератора, в контуре которого емкостной или индуктивный датчик, можно сделать все намного проще. Ещё проще получится с применением микроконтроллера за 20 рублей и без большого количества других внешних дискретных элементов, было бы кому заняться.

Гы, хотел бы я посмотреть на простого человека, который способен впаять КП303 не убив его

1 Я стану этим заниматься тогда, когда оно мне понадобится, либо за деньги, либо для группы людей в которых я заинтересован. Профиль тут вообще не при чем. Если бы я назвался Пупкиным Иваном Иванычем и кинул тут нескольких заказчиков, то вам не стало бы легче от подобного профиля, я думаю.

2 Я высказал свое мнение потому, что думал, что вам тоже оно будет интересно. Если бы меня не стали посылать в курилку и обращаться со мной как не знаю с чем, то я и по этому проекту мог бы много чего сказать и дополнить, а возможно и упростить многое.

3 Проект с микроконтроллером вкусен ещё и тем, что он масштабируется — на один кристалл можно навешать все возможные датчики и обрабатывать это одним устройством.

4 Думаю, что у меня времени ушло бы не сильно больше, если бы я соревновался с начинающим электронщиком. Вот уже готовая схемотехника для данного устройства (навскидку, по поиску картинок, в наброс, примерно так):

Ну, не буду мешать. В курилку так в курилку.

В общем, наш датчик из трубки и прутика, подключается вместо емкости в задающей цепи генератора. Схема внизу

Скажу сразу, эта схема одна из классических, но для емкостного датчика лучше использовать другую, где одна нога частотозадающего конденсатора (трубка датчика) висит на земле. Смысл этого заключается в том, что вместо этой емкости будет наш датчик и, что бы он не реагировал на внешние возбудители и помехи разного рода, то лучше когда трубка датчика будет на земле, тем самым будет прятать внутрений штырь от наводок.
Этот генератор можно так-же собрать на 555-ом таймере, который настраивается в очень широких пределах, надежен, проверен, и наш родной кондер (датчик) как раз одной ногой в земле.

Выход с этой штуки мы цепляем за вход внешнего прерывания контроллера и попросту считаем период между прерываниями, либо частоту (кол-во в сек), если она довольно высока. В зависимости от усредненного значения длительности/частоты, мы зажигаем нужное кол-во светодиодов. Это уже вот эта схема, или любая другая, где есть линейка светодиодов, светодиодная восьмерка, или две восьмерки. и т.д.

Если интересна прошивка, можно сделать.

И что? Вы думаете что вы продвинетесь хоть на грамм, если вы разгоните нас с нашим мировоззрением?
Зря так думаете. Вы и так докатились до схем 30-ти летней давности, а ЛСД в страшных кол-вах потребляет молодежь.
Я вообще от скуки тут и, мне все-равно делать несколько датчиков для двигла в скором будущем. Я все равно для себя все сделаю.
Вы думаете мне очень хочется что-то делать для вас? — неа, не хочется, я изо всех сил стараюсь вообще ничего для вас не делать. проклятое естество не дает, я обязательно должен работать и приносить пользу, что бы себя чувствовать нормально, это врожденное.

Щас, затяну гайки, завалюсь делами и не буду общаться на этом языке уже ни с кем, чего очень сложно достичь, на самом деле. Блин, и правда, какого черта, я ведь разработку сдаю.

Какая курилка. самая тема пошла. предлагаю вообще сделать консорциум по запуску данного проекта. Выбрать самый распространенный бак для парамотора, под него и разрабатывать емкостной датчик. Кто то занимается электроникой, кто то выбор корпуса, железом (токарнными работами по изготовлению датчика).
p.s. раньше занимался изготовлениями металлоискателей на основе атмеловских микроконтроллеров, работают отлично, сбоев никогда не было.

Кто за проект? Я ЗА

Источник

Делаем емкостный датчик уровня топлива своими руками

Датчик уровня топлива – незаменимая вещь для любого автомобиля. Он позволяет в режиме реального времени контролировать остаток топлива в баке, а, следовательно, не заглохнуть в самый неподходящий момент. Емкостный датчик погружается в бак, а показания, полученные от него, выводятся на панель приборов.

Виды датчиков

Современные датчики создаются на основе потенциометрической конструкции. Он достаточно прост, дает точные измерения и доступен по цене. Такие датчики делятся на рычажные и трубчатые. Но использоваться могут не во всех типах автомобилей.

Усовершенствованные бесконтактные датчики способны определять объем горючего без погружения в бак. Таких приборов несколько видов:

• Магнитные;
• Радиоуправляемые;
• Ульразвуковые.

В устройстве они достаточно сложны, поэтому могут изготавливаться только в заводских условиях. А вот простой емкостный контактный датчик своими руками под силу заядлому радиолюбителю, имеющему навык работы с паяльником и разбирающемуся в принципах работы топливной системы авто.

Главный принцип работы такого датчика – для конкретного значения уровня топлива подается свой сигнал. Конечно, поплавок опускается не сразу, как только уходит уровень горючего, а спустя какое-то время. В связи с этим прибор может давать небольшую погрешность, которая также зависит от конструкции бака и колебаний бензина или дизеля. На приборную панель данные выводятся в цифровом или аналоговом виде. Цифровое значение точнее и имеет минимальную погрешность.

Как сделать емкостный датчик

Принцип работы емкостного датчика – сопоставление данных электрической емкости. По сути, прибор представляет собой обычный конденсатор. Сделать такое устройство можно, имея под рукой две металлические трубки или пластинки. Правила изготовления следующие:

1.Оба электрода изолируются от электрического контакта.

1. Когда датчик погружается в топливо, пространство между электродами свободно заполняется горючим, а когда уровень понижается, электроды остаются в воздухе.
2. В бак измеритель устанавливается не ровно, а слегка под наклоном.
3. Питание, подаваемое на прибор, не должно быть больше 5 Вт, иначе бензин загорится от искры.
4. Сама схема располагается близко к датчику, чем ближе, тем лучше.
5. Протяженность проводов от схемы до датчика не должна быть более 2 см.
6. Емкостный датчик состоит из двух модулей, связанных между собой тремя проводами: модуль самого датчика и модуль отображения. Два провода подают питание на модуль датчика, а третий передает сигнал от датчика на модуль отображения.

Если в баке много горючего, то емкость датчика выше, а времени на зарядку нужно больше. Реализовать этот принцип измерения можно с помощью встроенного микроконтроллера. Часть напряжения подается на вход резистивным двигателем. Когда измеритель получает напряжение, включается микроконтроллер. При достижении напряжением пиковой отметки включается таймер. С таймера данные поступают на модуль отражения.

Датчик можно сделать из фольгированного текстолита, склеив полоски между собой. Важно, чтобы зазор между пластинами составлял не больше 1,5 мм, а длину можно выбрать на усмотрение мастера.

Источник