Contagiri + Voltmetro + Termetro LCD

Premessa: progettare e realizzare un circuito che contenesse al suo interno uno strumento ad lcd, avente triplice funzione basato su componenti standard, e quindi non programmabili, per di più sviluppato su pcb mono-faccia, vi posso garantire, che non è stato semplice !

Ho cercato di mettere su qualcosa di compatto, affidabile e nel limite del possibile, a costi contenuti.

Campi d’applicazione: Anche questo progetto, come i precedenti, è nato per ampliare o completare, la strumentazione di cui è provvista ogni automobile o moto che sia.

Le funzioni, quali contagiri, voltmetro e doppio termometro, potranno, d’ora in poi, far parte del cruscotto del vostro mezzo, semplicemente pigiando un pulsante.

In fig.1, è visibile, il C.V.T. (contagiri-voltmetro-termometro) a lavoro ultimato, si noti la funzione di voltmetro attiva. La parte anteriore si presenta con una placchetta di plastica avente un’apertura centrale per la lettura del display. Un assemblaggio così fatto, si presta molto bene, per montaggi ad incasso. In figura 2, si può notare l’effetto della retro-illuminazione, ottenuta con due micro-lampade da 6 volt l’una, collegate in serie e poste nella parte destra e sinistra del vetro-display. In fig. 3, invece, il C.V.T., è corredato delle due sonde LM35. (Seconda sonda attiva, led 4 acceso). Nelle foto di fig. 4,5,6,7,8 e 9 il tutto vine visto in varie prospettive.


fig.1	fig.2	fig.3


fig.4	fig.5	fig.6


fig.7	fig.8	fig.9

Il tutto è sviluppato su due pcb: un primo racchiude il “modulo display” e relativo integrato pilota, mentre il secondo, il resto della componentistica. Gli stessi sono disposti uno sull'altro al fine di contenerne l'ingombro e sono uniti da 4 torrette distanziali, mentre i collegamenti elettrici nengono garantiti da un connettore a pettine maschio-femmina.


fig.10	fig.11

Vista la scelta iniziale di non far uso di pcb doppia faccia, per semplificarne la realizzazione, saranno diversi i collegamenti-ponte che uniranno le varie piste. Del resto, qualche prezzo bisognava pur pagarlo ! (Per i meno addetti, ciò non pregiudica il corretto funzionamento dello stesso).

Cuore di tutto lo schema, è l’integrato ICL7106, introdotto sul mercato diversi anni fà, dalla Intersil. Esso è un convertitore analogico digitale, in grado, tra l’altro, di pilotare direttamente i segmenti di un display lcd a 3 cifre e ½. Purtroppo, però, tale integrato, quando usato in veste di voltmetro o comunque quale strumento di misura, mal tollera che la sua l’alimentazione sia in comune con la tensione posta sotto misura. In altre parole, il 7106, andrebbe alimentato a pila per un corretto funzionamento. Non è un caso, infatti, che gli attuali strumenti facenti uso di questo integrato, ne siano provvisti.

C’e’ da dire però, che tale sistema presenta due inconvenienti: il primo è senz’altro legato all’esaurirsi della carica e quindi alla sostituzione della pila dopo un certo periodo, mentre il secondo, di carattere più tecnico, è legato alla precisione di lettura, che diminuisce man mano che la pila si scarica. Trovare un rimedio a questi problemi non è stato semplice, visto che da prove fatte con alimentazioni duali o con massa sollevata, restituivano sempre letture instabili.

		La mia idea, quindi, è stata quella di separare la tensione d’alimentazione con quella di misura, per mezzo di un piccolo trasformatore (vedi fig.12), pilotato da un 555 in configurazione astabile. Tale soluzione, affidabile e senza alcun compromesso, ha come controparte, la difficile reperibilità. (Almeno come componente nuovo. Quello usato, è di recupero da un vecchio televisore). Questo accorgimento, mi ha permesso di
fig.12

realizzare uno strumento che, una volta installato, non necessita più di alcun intervento.

Le sue funzioni: come accennato ad inizio articolo, tale circuito è in grado di poter effettuare tre valori di misura, che sono: contagiri, voltmetro e termometro, selezionabili per mezzo di un pulsante posto in basso a sinistra (fig. 1,2 e 3) Ad ogni pigiata dello stesso, il display indicherà una lettura diversa, affiancata dall’accensione del rispettivo led e cioè: led 1(rosso) contagiri, led 2 (verde) voltmetro, led 3 (giallo) termometro 1, led 4 (giallo) termometro 2.

CONTAGIRI: una delle differenze sostanziali tra un contagiri a led come questo, ed uno con visualizzazione ad lcd, sta nel fatto che quest'ultimo ha una lettura diretta dei giri. La stessa però, deve intendersi moltiplicata x 10, perchè i numeri visualizzati sono mancanti dell’ultima cifra (le unità), essendo il display a 3 cifre e ½ . Un'altra differenza tra questi due modelli di strumenti, è che in quello a led, gli incrementi della scala dipendono esclusivamente dal fondo scala imposto, anche se mediamente si va da 300 a 600 giri, mentre in questo, avremo sempre un step crescente o decrestente di 10 giri. Ne deriva, quindi, una lettura molto più immediata e reale.

VOLTMETRO: su questa funzione non c’è molto da dire, daI termine stesso si comprende, che tale strumento ci servirà per monitorare la tensione della batteria con un’ottima precisione. La stessa pero’, è legata essenzialmente ai valori delle resistenze R13, R14 ed R24, quindi come precisato nella lista componenti, è importante che le tolleranze siano il più basso possibile, anche perché, come vedremo in seguito, l’attendibilità di tutte le letture, sarà direttamente collegata ad esse.

TERMOMETRO: per concludere, passiamo al termometro o per meglio dire, al doppio termometro. Il suo campo di misura spazia da un minimo di 2 ad un massimo di 100° , nel caso venga usata una sonda LM35DZ, mentre con il modello CZ, si possono raggiungere i 110° di fondo scala. Temperature di 150° si possono raggiungere, invece, con il modello LM35A. Grazie all’impiego di queste sonde prodotte dalla National, non c’è bisogno di apportare alcuna taratura al termometro, in quanto, la lettura è conseguenza della tensione presente sul pin U con una relazione che è pari a 10 mV per grado.

Montaggio: questo circuito, a differenza di altri presentati, richiede una particolare attenzione durante il montaggio. Come accennato, i circuiti stampati, ospitano molti componenti, tra cui 6 integrati, ed un display lcd con 40 pin, pertanto sia le piste sia le relative piazzole, sono piccole e molto ravvicinate tra loro. L’uso di un saldatore con punta molto sottile in abbinamento a stagno da 0,8 mm (o inferiore) è vivamente consigliato. Altra attenzione, va inoltre posta nel maneggiare e nel posizionare il display che, essendo in vetro, risulta molto fragile.


fig.13	fig.14

Lo stesso andrà montato sul circuito stampato, per mezzo di uno zoccolo integrato 20+20 tagliato in due come da fig. 13. Quando giungerà il momento di applicarvi il display, fatelo con molta attenzione cercando di non esercitare eccessiva pressione. Una distanza di 3 mm tra display ed integrato, dovrebbe essere sufficiente per un corretto ancoraggio (fig.14).

Concluso il montaggio della componentistica sui due circuiti stampati, bisognerà accoppiarli per mezzo di un doppio connettore maschio-femmina. Non avendone trovati di pronti o che si adattassero ad essere saldati sul lato rame, me ne sono “inventato” uno. La mia idea è stata quella di realizzarlo usando dei tratti di strip-line a 7 pin con contatti a tulipano passo da 2,54 mm (vedi fig.15). Questi 4 spezzi andranno saldati direttamente sui circuiti stampati (lato rame, vedi fig.16), messi l’uno di fianco all’altro. A questo punto, su una delle due coppie, si salderanno degli spezzoni di componenti, tagliati tutti ad unica misura, tenendo presente che pochi millimetri entreranno all’interno della strip per essere saldati. E’ molto importante che siano tutti uguali sia in lunghezza che in spessore. Vanno bene, a tal proposito, i gambi di led. Al termine, dovrebbe venir fuori un assemblaggio simile a quello di fig. 17.

Giunti a questo punto, si procederà con l’affiancare i due circuiti stampati, assicurandosi che gli spezzoni entrino ognuno nel rispettivo foro, non prima però di aver isolato le torrette, con 8 rondelle in plastica (vedi fig.18).


fig.15	fig.16	fig.17	fig.18

Bene, si è ormai giunti quasi al termine del lavoro, non resta, infatti, che collegare le due sonde ai rispettivi morsetti contrassegnati con le lettere a-b-c, per la sonda 1 (SD1) ed e-f-g per la sonda 2 (SD2).Ricordo, che queste sonde hanno una piedinatura da rispettare, che è: V+, U e Gnd. Per il collegamento sonda-morsetto, sarà bene usare del cavo schermato del tipo usato per b.f, collegando la massa alla garza del cavo.

Taratura: tarare il C.V.T. è semplice! Questa operazione, che si compone di due fasi,servirà a mettere a punto la lettura del display.

Per prima cosa, collegare il circuito, per mezzo dei morsetti + e – (vedi fig.9) ad una fonte di alimentazione (*) e premere il pulsante, fino ad accendere il led n.2. Ora, con l’aiuto di un buon tester digitale, in portata volt collegato in parallelo ai morsetti d' alimentazione, regoleremo il trimmer R5, affinché la lettura del display sia identica a quella visualizzata dal tester, compresa la cifra decimale. Con questa operazione, avremo regolato le letture sia del voltmetro che del termometro, ed in parte anche quella del contagiri, infatti per quest’ultimo, sarà necessaria un’ulteriore intervento. Azionato il pulsante, fino ad accendere il led n.1, procediamo con la taratura del contagiri. Analogamente alla procedura del contagiri a led, in cui è stato necessario realizzarsi un semplice circuito in grado di fornirci una frequenza campione, procederemo allo stesso modo, con la sola differenza che, nel primo caso, si regolava il trimmer in relazione al fondo scala prescelto, mentre in questo, la regolazione del trimmer e per l’esattezza R19, servirà a far apparire sul display il numero di giri corrispondenti alla frequenza campione di 100 Hz. Ad esempio, se volessimo usare il c.v.t. in un auto avente 4 cilindri, lo regoleremo affinché sul display appaia la cifra 300, analogamente, invece, la cifra 600, nel caso di mezzi dotati di motore 2 tempi ad un cilindro.

* Nota: Il circuito deve essere alimentato con tensione continua non inferiore a 10 volt

Bene, in conclusione consiglio la realizzazione di questo circuito solo a persone dotate di una discreta conoscenza in materia.