Или нет повести печальнее на свете, чем повесть о приборке в драндулете...

Disclaimer
Дальше будет достаточно много текста, связанного с радиоэлектроникой. Не пинайте сильно, если чего-то не поймете.


Приборка и все датчики для нее на одном фото, пока — отдельно от мотоцикла

Мы все любим свои мотоциклы. Кто-то совсем немного, кто-то всеобъемлюще и полностью. Кто-то годами меняет прогорающие поршни на МТ, хотя за эти же деньги давно можно было взять что-то не такое ломучее, кто-то каждый день тряпочкой протирает хром любимого Вулкана, кто-то смотрит по утрам на вековой нарост глязи на Джебеле и радуется, что с каждым выездом этот слой прирастает все больше и больше. В общем, любовь к дороге на двух колесах разная, для каждого особенная.

И какая же любовь без подарков, подношений и сюрпризов для объекта своего вожделения? Каждая новая фишечка, смена поворотников на «брендовые», новый выхлоп, перетяжка сиденья, покраска или еще что-то другое воспринимается как что-то очень хорошее, приятное и, главное, нужное и важное. Как правило именно этим мы занимаемся в межсезонье, так ведь? А уж тем более если это еще и связано с ремонтом сломавшейся системы…



Прошлым летом я купил по знакомству за вполне адекватные деньги Honda AX-1 в комплект к своему элекромопеду и строящемуся электромоту, дабы осознать, каково оно ездить на бензине. Мот мне достался в достаточно приличном и адекватном состоянии (спасибо бывшей хозяйке), но годы таки брали свое — строительные шурупы в креплениях на пластике, синяя изолента под черной изолентой, мелке проблемы с тормозами и потянутый ГРМ — далеко не полный список. В общем, было где разгуляться колхозингу техническому творчеству. Да и по старой админской привычке я люблю решать проблемы по мере их поступления. А тут уж сам бог велел начинать что-то делать.

А тут еще и неработающий спидометр (всего-то стерлась шестеренка)… Что сделает нормальный человек в моем случае? Как правило, — просто купит новую шестеренку, поставит на место в привычном мотосервисе и забудет о проблеме на ближайшие 20-30 тысяч. Иной просто поставит крепление для яблофона на руль и будет смотреть скорость по GPS'у — кому он нужен тот стандартный спидометр? Но, черт побери, на дворе 21-й век, а у нас до сих пор тросиковая механика и шестеренки, или неработающая система в любимом транспортном средстве! Непорядок, не так ли? Тем более насмотревшись на простоту работы датчика скорости в элекромотах было принято решение «починить» спидометр самому посредством его полной замены на электронный.

С виду задача проще простого — берем датчик Холла, магнитик, какой-нибудь контроллер или плату на его базе — и вперед на мины! Да и после электрических самостроев такой проект больше выглядел как приятный отдых с паяльником во время прогулки под полной луной. Я то ведь уже ого-го! Если бы я знал, как я ошибался… Собственно именно с этого момента в середине ноября прошлого года и началось мое 3-хмесячное путешествие в мир радиоэлектроники и всего, что с этим связано.


Первый набросок будущей приборки

Очень быстро я понял, что просто спидометр — это не интересно. Конечно же хотелось полностью интегрированного в стандартную приборку решения, которое бы мало чем отличалось по внешнему стилю от «мотоцикла из 80-х». Все-таки ставить ЖК-панель в такой мот — это кощунство и издевательство над классикой. Ну что же, что у нас там в приборке? Одометр, тахометр, лампочки всякие. Может быть спроектировать новую приборку? «Да почему бы и нет?», подумал я и засел на пару дней в SketchUp, родив по итогу первый набросок будущего девайса на светодиодах и семисегментных индикаторах (Вы же помните про стиль 80-х? ^_^ Back to the Future, вот это все...).

В качестве базы решил использовать Arduino Mega 2560, т.к. она была прямо под руками и можно было предварительно поэкспериментировать и выяснить работоспособность моих идей. Достаточно быстро определился с общим дизайном, нашел подходящие контроллеры светодиодных матриц (спасибо чайнапрому и Adafruit'у за наводку — чипы действительно замечательные, советую присмотреться тем кто в теме). Заказал десяток микросхем и в следующие несколько дней полностью разобрал морду мотоцикла для торжественного демонтирования старой приборной панели.


Передняя панель, готовая к фрезеровке

После вскрытия приборка была нещадно выпотрошена и препарирована дремелем для того, чтобы ардуинка туда хотя бы помещалась. С питанием контроллера (+5V) определился тоже достаточно быстро — в закромах нашлась пара импульсных регуляторов LM2596 с переменными резисторами. Можно аккуратно отстроить на 5V и это будет как раз то, что нужно. Снял мерки со стандартной панельки с циферблатами, смоделировал пластину все в том же SketchUp'е и полностью определился с расположением компонентов. После этого осталось только сделать плату, спаять и начинать настраивать.

Тут как раз и мои микросхемы приехали! Вообще замечательно, шик-блеск-красота, бежим на радиорынок, набираем семисегментных дисплейчиков, бумаги для ЛУТ (лазерно-утюжная методика изготовления плат, гугл в помощь если интересно ^_^), выпрашиваем у друга принтер. В принципе, можно начинать воплощать замысел в жизнь.

Вот тут меня ждала первая засада. Несколькими месяцами ранее с другом в гараже мы закончили еще один такой маленький проект — собрали на ардуине ЧПУ-станок (портальник с подвижным столом) на компонентах из строительного супермаркета с бормашинкой в качестве шпинделя. По дереву и пластику работает замечательно, а вот для чего-то больше жесткости и точности уже не хватает. Ну не беда на самом деле, для наших задач — за глаза. Именно на этом станочке я вырезал текстолит для плат и сверлил его под будущие платы. Так вот, главная засада заключалась в подаче по оси Z — она играла и люфтила как на рояле несмотря на все регулировки и нещадно ломала через 10-15 отверстий любое сверло меньше 1мм. Поломав два десятка свёрл я решил, что минимально возможное отверстие будет 1мм.


Первый релиз разводки. Никогда в жизни такое я бы не смог спаять

Да и дизайн платы меня, по хорошему, совсем не радовал. Каждый семисегментный дисплей требует под себя как минимум 8 каналов на каждый сегмент (по факту — отдельный светодиод) и 4 канала для отдельных символов. Слава богу — каналы на сегменты можно использовать общие для всех дисплеев, если их у вас на 1 микросхеме больше одного. Так вот, с такими параметрами у меня выходило следующая картина: 1 микросхема рассчитана на 8 com-каналов и 16 row-каналов. Т.е. 8 столбцов х 16 строк. Семисегментный индикатор, по факту — мультиплексированная сборка светодиодов, в которых все аноды или все катоды соединены в отдельный канал для каждого символа. В микросхеме драйвера HT16K33 это предусмотрено, а вот в моих мозгах — нет. Именно на этом я стал немножко опытнее и потерял немножко денег. Если к микросхеме привязывать экраны с общим анодом — то можно привязать всего 2 четырехсимвольных дисплея. А вот если с общим анодом — то уже 4 (несимметричная сборка 8х16), таким образом уменьшив общее количество потраченных микросхем с 4 до 3. В общем и целом пришлось снова ехать на радиорынок и покупать еще одну партию семисегментных дисплеев, но теперь уже не с общим катодом, а с общим анодом. Да, life sucks.

Дождавшись из Чайнезии свои 10 микросхем я распаял 2 штуки на макетке и провел первые тестовые испытания на светодиодиках и экранчиках на хлебной доске. Как показали сами испытания — все достаточно тривиально и работает без особых проблем. Рулить драйвером через I2C шину оказалось проще простого. Интерфейс драйвера — матрица памяти. Пишешь единичку в нужную ячейку — получаешь горящий светодиод. Пишешь нолик — светодиод гаснет. Это вселяло оптимизм и я с удвоенным рвением принялся за проектирование платы.


Примерочка

Как вы понимаете, череда моих фэйлов на этом не закончилась. При проектировании платы выяснилось, что даже 3 микросхемы + все индикаторы + почти 80 светодиодов в достаточно хитрой компоновке на нее просто не помещаются и в домашних условиях я такого монстра распаять нормально просто не смогу. Принял решение разделить плату на 3 части — по одной части на левые-правые экранчики и отдельно — на светодиоды шкал. С такой компоновкой, конечно же, гемморой с платами слегка увеличивался в объеме, но платы становились вполне паябельны. Первая изготовленная плата оказалась тоже сплошным фэйлом — лазерный принтер имеет свойство несколько растягивать изображение из-за температурного расширения бумаги и на достаточно большой распечатке это становится очень заметно при сравнении с каким-либо эталоном. Да и распечатал я ее тупо на засверленном куске текстолита без обрезки. В итоге промучавшись с ней вечер отправил в утиль.

Следующие варианты плат я уже обрезал на станке. Технология оказалась достаточно проста. Нашел Open-Source комплекс для проектирования, сверловки и фрезерования печатных плат (FlatCam, очень советую), Проектировал разводку в DipTrace, после этого экспортировал все в Gerber, скармливал FlatCam'у, получал из него готовый NC-код для станка, дальше — сначала насверливал, после — обрезал и забирал полуфабрикаты плат домой. Дома на бумаге для ЛУТ'а распечатывал две стороны платы по макетам DipTrace, гладил утюгом, травил в хлорном железе и по выходу уже получалось что-то похожее на нужный мне результат. Правда отверстия таки посъезжали немного, но в целом это было то что нужно.


Проверяем микросхемы

Как говорил мне один знакомый — в электронике есть всего 2 поломки. Либо сигнал идет там, где его быть не должно, либо сигнала нет там, где он быть должен. Так вышло уже и с распаянными платами — некоторые каналы не работали, некоторые дорожки от врожденной криворукости оказались спаяны между собой, и т.д. и т.п. Провозившись две ночи с DipTrace'ом и звуковым тестером проводимости я таки смог довести все платы до рабочего состояния. Дальше пара часов на тестовую прошивку — и моя новогодняя елка таки зажглась веселыми огнями как положено. В тот момент я был почти счастлив.

И, вроде как, дальше оставалось дело за малым — упаковать все в корпус от приборки, поставить на место и подключить все датчики. Первый серьезный вопрос, возникший тогда — что делать с поворотниками? Дело в том, что в качестве приятной плюшки я решил заменить все лампочки в АХ-е на светодиоды. Вроде как идея не плохая, но попутно вместе с частью проводки к старой приборке я вандальски выдрал из мотоцикла и реле поворотов. Тем более мне хотелось всяких приятных дополнений и было решено завести поворотники через контроллер приборки, дополнительно сделав аварийку. Но. В Приборке — 5V напряжения. Стандартное бортовое напряжение — 12V. Если запустить ардуинке 12 вольт на вход — она пустит божественный дымок, на котором работает вся радиоэлектроника и больше ничего мне показывать не будет. Нужно было искать пути выхода.


Первый блин комом

Немного поковырявшись по интернетам решил подключать нагрузку через полевые транзисторы. Съездив на радиорынок и прикупив 5 SOP-8 драйверов для полевых транзисторов и 10 сборок по два транзистора с энтузиазмом принялся их распаивать и за несколько часов успешно похлопал все драйвера. Удивлению и обескураженности не было предела. Ну как же так? Смотрю на схему — все правильно. Смотрю на распаянное — все правильно. Все провода-перемычки-контакты соединены правильно. Все ок. Включаю — хлопок, дым из драйвера, торжественная смерть микросхемы и вопль "#$%ть!" на весь гараж. Не знаю, сколько декалитров отборной матершины вылилось из меня тогда, но домв я тупо сидел и молчал, пытаясь в голове в тысячный раз прокрутить все, что я делал за день — и тут меня осенило!

Черт побери, ведь я такой болван! Дело в том, что подключать я их пытался абсолютно раздельно — т.е. я предполагал, что драйвер работает как оптопара, и земли на входе и выходе можно гальванически разделять между собой, но это совершенно не так. Они должны быть соединены! Т.е. минус аккумулятора, GND ардуины и Vss на драйвере должны быть связаны между собой одним проводником. Осенило меня в час ночи. Откопав в закромах последний живой драйвер я вызвал такси и через полчаса уже был в гараже. И таки я оказался прав! Все заработало как положено и я наконец таки по сигналу с микроконтроллера смог зажечь кусок светодиодной ленты на 12V через полевой транзистор. Еще одна маленькая радость.


Елочка гори!

В процессе этих экспериментов от переполюсовки умер один из стабилизаторов на базе LM2596, который я предполагал использовать в качестве основного питания приборки. «Не беда», думал я, у меня ж в загашнике есть еще один.

Сутра еще один поход на радиорынок за полевиками, которые управляются логическим уровнем (у полевых транзисторов есть минимальный уровень напряжения на затворе. У IRF-серии это 10V, у IRL — 5V.) — и к вечеру я получил работающий код поворотников. В тот же день получил с почты 100 метров разноцветного провода и термоусадки из интернет-магазина, докупил MiniFlex-коннекторов и контактов к ним и снова отправился в гараж, теперь уже добивать все окончательно, упаковывать питание и все остальное в приборку и разводить новый кусок проводки вместо существующего.

После двух суток грызни с проводами микроконтроллер, питание и все выходы датчиков-поворотников были разведены, подключены к коннекторам и все это было упаковано в старую приборку. Отдельно хочется сказать о самой панельке — она тоже была вырезана из 3мм акрила на станке и после просто покрашена из пульверизатора черной краской. Вышло довольно неплохо. Ну и в процессе постоянных проверок я хлопнул еще один стабилизатор (как всегда — божественный дым покинул микросхему из-за случайно упавшего минуса на плюсовую клемму аккума). В этот раз меня спасла опция «звонок другу», за что я ему очень благодарен — он успел добежать из дому до магазина на радиорыке, который продавал точно такие же стабилизаторы и через час привез мне 4 новые микросхемы. Тут же на месте перепаяв их феном я снова получил 5V питания.


Все компоненты приборки на одном столе — экран, контроллер, питание, корпус

Получив очередной нагоняй от супруги я выспался и вернулся в гараж для «завершения начатого». До вечера я смог разобраться со стандартной проводкой, подключил к правому пульту новое светодиодный ближний свет, развел новые поворотники — общем, занимался проводкой, попутно проверяя, все ли работает так, как задумано. Нужная и монотонная работа, которая делается, в принципе, на элементарном уровне — собрать жгут проводов, подключить к мотоциклу, скрутить провода в скрутки, проверить, завести, еще раз проверить, просмотреть все провода, снять кусок проводки с мотоцикла, пропаять все скрутки, позатягивать в темоусадку… Нудятина, но необходимая нудятина.

Установка приборки и настройка датчиков — это самые незабываемые танцы с бубном вокруг мотоцикла, которые съели одним махом еще двое суток моей жизни. В процессе выяснился еще один замечательный момент — любой внешний сигнал на входе в ардуину обязательно должен «прижиматься» к земле через резисторы достаточно большого сопротивления, иначе на входе у сигнала постоянно будут абсолютно непредсказуемые значения относительно погоды на марсе и температуры на Аляске. Из-за этого в процессе этих двух суток приборка несколько раз разбиралась и нужные резисторы менялись, все собиралось заново и проверялось. Слава богу в процессе ничего не хлопнуло, не сгорело и не пустило дымка. Я до сих пор удивлен, как так получилось. Датчик тахометра был собран из стабилитрона на 4,7V, ограничивающего резистора на 40кОм и диода, который защищал ардуину от обратных импульсов катушки зажигания. Датчик скорости — обычный датчик Холла и магнит на пластике колеса, термометр на двигателе — LM35, тоже достаточно элементарная вещь.


Приборка установлена

Ко всему прочему вывел 4 кнопочки на верхнюю панельку и закрыл их резинкой от протечек — Аварийка, яркость (микросхема HT16K33 имеет встроенный ШИМ на 16 уровней), сброс уровня топлива и перезагрузка контроллера.

Как-то так работа над приборкой и завершилась. После тестов выяснились баги, которые требуют исправлений, но все же сам прибор уже работает и я этому безумно рад — череда мучений, непонятных явлений и общего апофеоза безысходности таки подошла к концу. Из багов — достаточно сильные наводки с тахометра на спидометр (из-за чего спидометр до сих пор нормально не работает и показывает 460км/ч ^_^ ), которые нужно решить либо экранированным проводом, либо отдельным счетчиком на Tiny8 прямо возле катушки. Так же — маленькая частота обновления шкал, закрыть всю проводку защитным кожухом в дополнение к изоленте. И еще некоторые мелочи, которых я уже и не упомню.


Мелкая рихтовка неровностей «по месту»

Но все это будет решаться в процессе протекания мотосезона, на ближайший месяц с тюнингом я выдохся.

В качестве резюме:

— Не беритесь за большую задачу без опыта. Если в механике еще можно что-то придумать из скотча, стяжек, палочек и стекловаты, то в радиоэлектронике вас заведомо ждет Quadruple Fail. Доверьте работу профи. Они не зря едят свой хлеб.
— Если решились — приобретайте хороший и дорогой инструмент, не жалейте денег на расходники. Имея в наличии 100-ваттное дедушкино паяльное зубило для сковородок, 100-летнюю канифоль и звонилку из динамика радиоприемника у вас с вероятностью 146% ничего не получится. Приобретите паяльную станцию с феном, хорошую третью руку, увеличительное стекло, набор пинцетов, кусачек, зажимов, хороший тестер со всеми возможными функциями, маленький ЖК-осцилограф и тепловизионный термометр. Очень пригодится. Ну и хороший водорастворимый флюс (я использовал F5), припой, канифоль, как жидкую, так и твердую, спирт, хлорное железо и т.д. и т.п. Всего уже и не помню, простите.
— Всех деталей набирайте с 5-кратным, а лучше — с 10-кратным запасом. Нужно один транзистор или диод? Возьмите десяток. Нужен один резистор — берите сразу штук 40-50 этого номинала. Они дешевые и всегда в ходу.
— Тридцать раз проверяйте полюсовку, схемы и учитесь понимать их работу. В качестве хорошего начала пройдите вот этот курс -> www.edx.org/course/circuits-electronics-mitx-6-002x-0. Мне очень помогло.


Тест тахометра

Ну и в завершение — огромное спасибо моему партнеру по 2SPerformance Роме за моральную поддержку, моей супруге Лене, которая меня до сих пор не убила за все мои хобби, и другу Олегу, которому было не влом помогать мне в, казалось бы, абсолютно безвыходных ситуациях.

Stay Tuned ^_^