antigos motores a diesel 080
Romain Liévin
Os veículos a diesel atuais têm pratica-mente todos um conta giros. Mas dado que os motores a diesel têm a tendência para durar mais do que os seus equivalentes a gasolina, é mais do que provável que alguns desses motores a diesel mais antigos, sem conta giros, estejam ainda em circulação. O
circuito aqui apresentado permite adicionar um conta giros a um destes veículos.
Num motor a gasolina (de um carro ou moto) é muito fácil detectar os pulsos que refletem os giros do motor, prova disso é o já razoável número de artigos publicados na Elektor sobre esse tópico. A maioria dos circuitos desse gênero limitam-se a
detec-tar os pulsos gerados pela ignição, quer por acoplamento magnético, quer diretamente, após uma adaptação do sinal elétrico. Uma vez que os motores diesel, pela sua con-cepção, não têm velas de ignição, deve-se encontrar um método alternativo. A solução aqui utilizada emprega um sensor de efeito Hall com saída lógica (UGN3140) que gera um pulso cada vez que um ímã passa à sua
frente. Pode-se como alternativa utilizar um foto-detector refletivo. A maior dificuldade passa por encontrar um lugar onde encai-xar um ou mais ímãs. A polia da correia de sincronismo seria uma boa hipótese, mas normalmente este conjunto está protegido por uma capa ou cobertura. Os motores diesel têm normalmente uma bomba de vácuo para o sistema de freagem servo. Esta bomba está ligada ao sistema de excêntri-cos/árvore de comando de válvulas através de uma correia. O local ideal para encaixar dois ímãs e o sensor! Porquê dois senso-res? Qualquer bom mecânico sabe que um motor de quatro tempos tem de fazer duas revoluções por cada ciclo do motor. Mas o eixo de excêntricos controla este ciclo em apenas uma revolução, e como tal gira com metade da velocidade do motor. Assim, a utilização de dois ímãs permite obter o número de pulsos correto.
Como pode-se observar no esquema, o desenho do circuito baseia-se num único integrado, um microcontrolador AVR da Atmel. Estão distantes os dias em que era preciso um mínimo de seis integrados para produzir um contador de giros com apenas dois dígitos. Além disso, se você utilizar um microcontrolador com um relógio contro-lado por um cristal, a calibração torna-se desnecessária. O microcontrolador tem tudo o que é necessário para contar pulsos, recorrendo à sua entrada de interrupção,
assim como para controlar e excitar direta-mente um mostrador de 7 segmentos com 4 dígitos, de forma multiplexada, com recurso às suas linhas de E/S (capazes de fornecer até 20 mA). O mostrador de 4 dígitos pode contar de 60 a 9999 giros por segundo. O gráfico de barras é apenas um pequeno tru-que para visualizar de forma mais fácil uma aceleração ou desaceleração numa faixa de 1000 rpm. Consiste em oito LEDs, pelo que
oferece uma resolução de 125 rpm. Para melhorar a precisão do mostrador, reco-mendamos a utilização de dois ímãs inter-mediários adicionais (ou seja, um total de 4 ímãs no eixo de excêntricos). Devido à forma como o software foi projetado (consulte o parágrafo dedicado ao software), o disposi-tivo precisa de pelo menos um pulso a cada 0,5 segundos, isto é, 2 Hz, e como tal uma resolução de 120 rpm, o que é claramente
RESET 1
(RXD)PD0 2 (TXD)PD1
3
XTAL24 XTAL15
(INT0)PD2
220R R9 PB0 PB1
93 insuficiente e leva a resultados instáveis no
mostrador.
O sensor de efeito Hall é ligado no bloco de terminais K3. Os dois ímãs adicionais permi-tem aumentar a resolução para 60 rpm. O número de ímãs usados podem ser configu-rados por meio de um jumper em K4, com o seguinte significado:
- Sem jumper = dois ímãs.
- Com jumper = um ímã.
Não há muito a dizer sobre a fonte de ali-mentação, exceto que:
- O regulador pode precisar de um dissipa-dor de calor, uma vez que a tensão no inte-rior do automóvel pode alcançar os 14 V, ou seja, uma queda de tensão de 9 V, o que com um consumo de corrente na ordem dos 30 mA resulta numa dissipação de potência de aproximadamente 0,3 W.
- É obrigatória a presença de um varistor especial para carros para proteger o regula-dor contra picos de tensão. De outra forma pode-se despedir do seu regulador da pri-meira vez que o ligar.
Este projeto não é muito exigente, daí o recurso a um microcontrolador pequeno, o Atmel AT90S2313, um velho conhecido dos leitores da Elektor. Este microcontrolador dispõe de dois temporizadores, linhas de E/S capazes de excitar LEDs diretamente, e uma linha de interrupção. Esta última é utilizada para contar pulsos, incrementando um con-tador de pulsos por software (cntH:cntL). O temporizador é configurado para gerar uma interrupção a cada 2,5 ms. Esta interrupção é utilizada para:
- Fazer a multiplexagem do mostrador: cada mostrador individual é atualizado a cada 2,5 ms, sendo que a totalidade do mostrador é atualizado com uma frequência de 80 Hz.
- Incrementar um contador por software a cada 250 ms ( = um pulso).
A cada pulso o valor do contador de pulsos é guardado alternadamente no contador 0 ou no contador 1. Este mesmo sinal é também utilizado no ciclo principal para disparar o processamento da contagem de pulsos e a atualização do mostrador. No ciclo principal os contadores 0 e 1 são somados para obter o número de pulsos observados durante os últimos dois intervalos de 250 ms, isto é, 0,5 s. Este truque torna possível atualizar o mos-trador com maior frequência (250 ms) sem ter de esperar pelo fim de cada medida (0,5 s). Torna-se assim possível aumentar a velo-cidade da cadeia digital sem comprometer a precisão. O resto do programa trata de con-verter a contagem dos pulsos em giros por minuto. Todos os cálculos são feitos através
de aritmética de inteiros. Dado que uma medida é feita durante 0,5 s, o resultado tem que ser multiplicado por dois para obter a frequência, e depois por 60 para obter o valor em giros por minuto.
Tudo o que resta fazer é converter o valor binário resultante num valor decimal, o que se consegue recorrendo às rotinas de con-versão binário para BCD da Atmel (Nota de Aplicação AVR204). O dígito mais signifi-cativo (MSD) é colocado a 0, e o resultado é então convertido novamente para biná-rio. Este é um método prático para obter o resto da divisão por 1000 para o mostrador de barras. Este valor tem então que ser divi-dido por oito, uma vez que a barra tem oito LEDs (a divisão é calculada através de uma subtração em ciclo). O resultado é utilizado para indexar uma rotina de conversão de decimal para sete segmentos. O programa, tal como é fornecido, ocupa cerca de 75%
da memória flash.
O software foi desenvolvido para funcionar num AT90S1200 ou AT90S2313. Com um pouco de sorte funciona no AT90S1200 na primeira, embora não tenhamos ainda
tes-tado com esse microcontrolador, estamos certos que há entre os nossos leitores entu-siastas da Atmel capazes de fazer as (even-tuais) adaptações necessárias.
O pequeno esquema anexo é o de um pequeno gerador de teste especialmente desenhado para este conta giros.
(071133-1) Artigo original: Digital Rev Counter for (Older) Diesels – July/August 2008
Downloads
O desenho da placa de circuito impresso e os arquivos com o código fonte e em formato hexadecimal estão disponíveis gratuitamente no site da Elektor, 071133-1.zip e 071133-11.zip, repectivamente.
Internet
Folha de características do AT90S2313: www.atmel.
com/dyn/resources/prod_documents/doc0839.pdf Folha de características do varistor S14K14: www.
datasheetarchive.com/preview/3078060.html Folha de características do sensor de efeito Hall UGN3140: www.datasheetarchive.com/
preview/3527952.html
Lista de componentes
Resistores:
R1;R2;R4aR8= 4,7 kΩ R3= varístor S14K14 R9aR16= 220 Ω
Capacitores:
C1= 100 µF/25 V C2= 10 µF/25 V C3= 100 nF C4= 10 nF C5;C6= 22 pF
Semicondutores:
D1;D8= LED vermelho retangular
LD1aLD4= Mostrador de 7 segmentos, anodo comum (HD1105)
T1aT5= BC557
IC1= AT90S2313, programado (Refª 080238-41) IC2= 7805T
Diversos:
X1= Cristal quartzo 3,6864 MHz K1;K2= Terminal para solda K3= Bloco de terminais de 3 vias
K4= Bloco de terminais de 2 vias com ponte de ligação
UGN31 Sensor de efeito Hall PCI (Ref.ª 071133-1)
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8
LD1 LD2 LD3 LD4