TRIPcommander  

Ho deciso di chiamarlo così.

L’idea iniziale per la realizzazione di questo progetto è nata sul forum di Fuoristrada.it,  a causa dall'’esigenza di avere uno strumento di aiuto alla navigazione durante i raduni, abbastanza preciso e a basso costo. L’intento iniziale era quello di adattare un trip computer da bici all’uso fuoristradistico,  ma alla fine ecco qui uno strumento completo (si dice che l’appetito viene mangiando).  

   

 

Caratteristiche principali:

   Alimentazione compresa tra 10 e 30 V continui

  Display (singolo o doppio, o triplo o come si vuole) a 4 cifre che permette la visualizzazione fino a 99Km e 990metri con la risoluzione di 10m.

  Pulsante  di reset (anche remoto) per ogni display

  Possibilità di utilizzare come sonda qualsiasi componente (sonde  Hall, reed relè e simili) oppure circuiti esterni in grado di chiudere verso il negativo l’ingresso del strumento.

 

Caratteristiche costruttive:

Anche se al primo impatto il circuito si presenta complesso, in realtà questa, solo apparente, complessità circuitale è causata dal uso di componenti semplici e poco costosi e dalla scelta di realizzare il circuito su una piastra a faccia singola, scelta che la rende facilmente realizzabile anche con attrezzature hobbystiche. Quindi:

   Assoluta mancanza di componenti costosi o di difficile reperibilità. Tutti i circuiti integrati sono dei comunissimi c-mos serie 45xx reperibili anche da un buon fruttivendolo.

   Assoluta mancanza di componenti critici o programmabili

   Nessuna taratura del circuito

   Nessuna particolare strumentazione necessaria per la realizzazione.

   Modularità  

L'unico problema reale del TRIPcommander è rappresentato dalla necessità di realizzare il circuito stampato anche se ritengo possibile, ma molto rognoso, il montaggio del circuito sulla piastra mille fori per prototipi. Per risolvere questo problema sto cercando di mettere a disposizione una piccola serie di kit  a prezzo di realizzo.  

Il principio di funzionamento.

La ruote della macchina per percorrere una distanza di 10 metri devono compiere un certo numero di giri (per esempio le gomme 205R16 compiono circa  4,3 giri per coprire un percorso di 10 metri). L’albero di trasmissione compirà un numero di rotazioni proporzionale a quello delle gomme moltiplicato per il rapporto di riduzione al ponte (per esempio 3,4 :1) . Avremmo quindi che gli alberi di trasmissione  compiono circa 14.6 giri ogni 10 metri percorsi.  Se noi installiamo la sonda, in posizione protetta in prossimità dell'albero di trasmissione, e sulla flangia dell'albero posizioniamo, per esempio, 4 magneti; otteniamo 58, 5 impulsi ogni 10 metri percorsi. Si può concludere che utilizzando 4 magneti siamo riusciti ad ottenere una risoluzione  di circa (10/58.5=0.17) 17 centimetri e con un errore costante sui 10 m di (17 x 0.5 = 8.5) 8.5 centimetri e questo vuol dire che ogni km il mio strumento sbaglierà di +8.5 metri. Per ridurre questo errore bisogna variare il numero degli impulsi generati ogni 10 metri.  Come?

  Facciamo quattro conti:

i 14.6 giri per 10m restano costanti, se mettiamo:

magnettini            impulsi      impostazione       risoluzione     errore ogni 10 m

6                           87.6           88                          11cm             -4,4cm

5                            73             73                          13cm              0cm

4                            58.4          58                          17cm             +6,8cm

3                            43.8         44                           22cm             -4.4cm

2                            29.2         29                           34                  +6.8cm

1                            16.6         17                           60cm            -24cm

Analizzando la tabella si può notare che l'errore non dipende dalla risoluzione della misura bensì dell'approssimazione della divisione. Quando il risultato della divisione è un numero intero l'errore si riduce a zero. Vediamo infatti che usando 6 magnettini abbiamo lo stesso errore che avremmo usandone soltanto 3, mentre usando 5 magnettini non c'è nessun errore nella misura. Ovviamente questi calcoli sono esatti solo se abbiamo misurato con precisione la circonferenza della gomma, e durante il percorso non abbiamo perso l'aderenza. Concludo che:

 con 5 magnettini ho la massima precisione e questa, nel mio caso, sarebbe la soluzione ideale

con 3 magnettini ho uno scarto di -4.4 cm ogni 10 m

 con 2 magnettini ho uno scarto di +7cm ogni 10 m   

 Considerando che ogni perdita di aderenza delle ruote genera un errore di segno positivo si potrebbe prendere in considerazione anche la soluzione con 3 magnettini in quanto l’errore del strumento viene compensato ( e su terreni difficili anche superato) dalle perdite di aderenza delle gomme. 

Tecnicamente il circuito sarebbe in grado di rilevare quasi 1 milione di impulsi al secondo e quindi al numero dei magnettini non c'è limite, ma attenzione che tutti gli sforzi per cercare la perfezione nel conteggio verranno inesorabilmente vanificati dal consumo delle gomme a dalle perdite d'aderenza durante il percorso.  

Andiamo avanti. 

  Gli impulsi, generati dalla sonda, si presentano al stadio d’ingresso del circuito (pin 1 e 2) del integrato U1, un 4093. Qui  il segnale viene squadrato e pulito dai disturbi . 

Ora il nostro treno d’impulsi, belli, lindi e perfetti incontra un circuito contatore/divisore per 10 rappresentato dall’integrato U2 (un 4518). Questo integrato, collegato come nel nostro circuito, funziona da contatore di impulsi fino a 99. Il risultato del conteggio viene presentato in codice BCD (Binary Coded Decimal) sui pin d’uscita dei due contatori presenti al suo interno e precisamente:

bit in uscita       cifra decimale corrispondente

0000                 0

0001                 1

0010                 2

0011                 3

0100                 4

0101                 5

0110                 6

0111                 7

1000                 8

1001                 9

sui pin 14, 13, 12 e 11 vengono presentate le decine mentre sui pin 6,5,4 e 3 vengono rappresentate le unità del risultato del conteggio. Il circuito del contatore, collegato opportunamente a un blocchetto di 8 micro switch, si trasforma in un divisore programmabile.  In pratica se noi impostiamo sul micro switch il codice BCD del numero 31 otterremo in uscita un impulso ogni 31 impulsi contati all’ingresso. Questo impulso di risulta , dopo un ulteriore elaborazione di natura elettrica, ci serve per due scopi:

1-  incrementare di un unità il conteggio dei nostri display (abbiamo percorso 10 m )

2-  riportandolo indietro (verso i pin 15 e 7 del integrato) viene usato per generare il reset del contatore riportando a zero il conteggio. A questo punto il nostro divisore è pronto per contare altri 31 impulsi nei prossimi 10 m percorsi.

 

L’impulso, menzionato al punto 1, giunge ai contatori e, siccome ogni impulso e direttamente legato ai 10 metri percorsi, questi si limitano a presentare il risultato del conteggio direttamente ai driver per i display a 7 segmenti. Per realizzare il contatore a 4 cifre è stato utilizzato lo stesso circuito integrato (4518), precedentemente impiegato come divisore, la cui uscita è poi stata collegata all’ingresso di un suo gemello. In pratica il primo contatore conta fino a 99 e poi ritorna a 00. Il ritorno a 0 del suo ultimo bit provoca l’ incremento del conteggio del secondo contatore che a sua volta riesce a contare fino a 99. In questo modo abbiamo ottenuto un conteggio fino a 9999 e siccome il contatore si incrementa ogni 10 metri, significa che la macchina ha percorso 99km e 990m. Il contatore si può resettare in qualsiasi momento premendo un tasto situato nelle vicinanze del display, ma è anche prevista la possibilità  di collegare un pulsante di reset remoto, collegato mediante un cavetto, tenuto in mano dal navigatore. Il circuitino costruito intorno al pulsante di reset serve anche a portare a zero tutti i contatori nell'istante dell'accensione del circuito.

E il secondo display?

Il secondo display c’è ma non si vede! Per avere due display bisogna costruire un secondo circuito meccanicamente identico al primo, sul quale però vanno montati solo i componenti che riguardano il conteggio e la visualizzazione. I due circuiti vengono sovrapposti e collegati sia meccanicamente che elettricamente, mediante fori e piazzole sul circuito previsti per questo scopo.

 

 

Possibili sviluppi?

Si può aggiungere un interruttore di freez (per fermare il conteggio durante le manovre)

Si può far lampeggiare un led (o uno dei punti decimali dei display) al ritmo di jazz :-)  ... o dei impulsi inviati dalla sonda (controllo visivo se la sonda esiste ancora oppure è rimasta nell’ultima buca di fango).  

Il 4518, purtroppo (mi sono accorto di questo troppo tardi), non permette il conteggio all'indietro ma... aggiungendo un piccolo oscillatore... si potrebbe ottenere la funzione di preset. Cioè si azzera il display e poi con un pulsante si fa l' avanzamento rapido fino alla lettura voluta.

Insomma le possibilità di sviluppo sono molteplici e sono limitate solamente dalla nostra fantasia. 

Istruzioni per la realizzazione 

Prima di tutto dovreste procurarvi tutti i componenti necessari per la realizzazione del circuito.

Elenco componenti  per il montaggio del circuito con solo un display a 4 cifre:

1 sonda magnetica, l'ideale sarebbe prendere un sensore Hall tipo Allegro A3141 o simili, ma anche un reed relè (ampolla di vetro con un contatto normalmente aperto) o i sensori reed industriali inseriti in un contenitore cilindrico di diametro compreso tra 6 e 12 mm. Il costo di questi componenti può variare tra i 3 e i 30 E.

qualche magnettino

R1, R4  1 K ohm

R5, Rreed 100 ohm

R2, R3 10K

R100-R128  720 ohm

C1 10 uF 16 V  elettrolitico verticale

C2, C6, C7 0.1 uF poliestere passo 7mm    

C5, C8 =0.47 uF poliestere passo 10mm

C3, C4= 470 uF (meglio di più che di meno), 

C9 =3,3uF 16 V, elettrolitico, verticale 

D1-D9= 1N4148 o simili

U1= HCF4093 

U2, U3, U4= HCF 4518 o equivalenti

U5, U6,U7, U8= HCF 4511 o equivalenti

UX = MC7808 o equivalente (regolatore di tensione a +8V)

DL1- DL4= display 7 segmenti +punto da 12.7mm a catodo comune

SW1 =blochetto da 8 micro switch 

1 interruttore

1 pulsante normalmente aperto (reset)

 

Quando vi siete procurati tutti i componenti potete cominciare a realizzare il circuito. 

Per prima cosa dovete montare i 16 ponticelli evidenziati in rosso sullo schema di montaggio.

Decidete che tipo di sonda usare e, se serve,  montate eventuali componenti aggiuntivi (Rreed, C9 ) 

Di seguito montate tutte le resistenze, i condensatori e i diodi

Saldate  i display e tutti i circuiti integrati

Montate i uSwitch

 TRIPcommander.pcb   layout del circuito in formato Circad'98

 

            Schema elettrico                                           master                                             schema di montaggio

          

Ricontrollate bene il circuito, specialmente le polarità dei condensatori elettrolitici e delle resistenze.  

Una volta finito dovreste ottenere qualcosa tipo questo:

 

 

Realizzazione di Davide Zingale (segreteria@registrotoyota.191.it) Toyota BJ 42.  TRIPcommander modificato con pulsante di freez, avanzamento veloce e contatore dei totali portato a 999km e 900 metri. Complimenti a Davide.

    

 

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Damir S. 27/05/2003