Бортовой светодиодный вольтметр. Радиосхемы схемы электрические принципиальные Светодиодный вольтметр на 5 вольт своими руками

Электронные самоделки в помощь автомобилисту

Вольтметр, установленный на панель приборов автомобиля, позволяет оперативно контролировать уровень напряжения в его бортовой сети, От такого прибора не требуется высокой разрешающей способности, зато необходима возможность легкой и быстрой считываемости показаний. Наилучшим образом этим условиям отвечает дискретный светодиодный индикатор напряжения. Подобные устройства получили весьма широкое распространение и для оценки уровня напряжения и мощности (в звукоусилительной аппаратуре). Реализуют их, как правило, двумя способами.

Первый подробно описан в . Суть его в том, что линейку светодиодов подключают к источнику измеряемого напряжения через многовыходный резистивный делитель напряжения. Здесь использованы пороговые свойства светодиодов, транзисторов и диодов. За простоту такого индикатора приходится расплачиваться нечетким порогом зажигания светодиодов (что отмечает автор в ). Подобные устройства в свое время продавались в виде радиоконструктора.

Второй способ - применение для включения каждого светодиода отдельного компаратора, сравнивающего часть входного сигнала с образцовым (как, например, в ), Вследствие высокого коэффициента усиления компараторов, чаще всего выполняемых на ОУ, пороги включения и выключения очень четкие, но для индикатора требуется много микросхем. Счетверенные ОУ сейчас еще дороги, а одна такая микросхема может управлять только четырьмя светодиодами.

Наконец, нельзя не отметить работу (4), где использован принцип аналогоцифрового преобразования. У этой конструкции немало достоинств, но все-таки многовато деталей, и к тому же неэкономичных.

Вольтметр, предлагаемый вашему вниманию, оптимизирован в свете сказанного выше - в нем четкие пороговые уровни зажигания светодиодов получены с помощью минимума дешевых, экономичных и широкодоступных элементов. В основу принципа работы прибора положены пороговые свойства цифровой микросхемы.

Прибор (см. схему на рис. 1) представляет собой шестиуровневый индикатор. Для удобства применения в автомобиле интервал измерения выбран равным 10...15 В с шагом в 1 В. И интервал, и шаг могут быть легко изменены.

Пороговыми устройствами служат шесть инверторов DD1,1-DD1.6, каждый из которых представляет собой нелинейный усилитель напряжения с большим коэффициентом усиления. Пороговый уровень переключения инверторов - примерно половина напряжения питания микросхемы, поэтому они как бы сравнивают напряжение на входе с половиной напряжения питания.

Если входное напряжение инвертора превысит пороговый уровень, на его выходе появится напряжение низкого уровня. Поэтому светодиод, служащий нагрузкой инвертора, включится выходным (втекающим) током. Когда же на выходе инверторов высокий уровень, светодиоды закрыты и выключены.

С выходов резистивного делителя R1-R7 на вход инверторов поступает соответствующая доля напряжения бортовой сети. При изменении бортового напряжения пропорционально изменяются и его доли. Напряжение же питания инверторов и светодиодной линейки стабилизировано микросхемным стабилизатором DA1. Номиналы резисторов R1-R7 рассчитывают таким образом., чтобы получить шаг переключения, равный 1 В.

Конденсатор С2 совместно с резистором R1 образуют низкочастотный фильтр, подавляющий кратковременные всплески напряжения, которые могут возникнуть, например, при пуске двигателя. Конденсатор С1 изготовитель микросхемных стабилизаторов рекомендует устанавливать для улучшения их устойчивости на высокой частоте. Резисторы R8-R13 ограничивают выходной ток инверторов.

Как рассчитать резисторы R1--R7? Несмотря на то, что на входе инверторов DD1.1.-D1.6 установлены полевыетранзисторы, которые входного тока практически не потребляют, существует так называемый ток утечки. Это заставляет выбирать ток через делитель намного большим суммарного тока утечки всех шести инверторов (не более 6X10-5 мкА). Минимальным ток через делитель будет при минимальном индицируемом напряжении 10 В.

Зададим этот ток равным 100 мкА, что примерно в миллион раз больше тока утечки. Тогда общее сопротивление делителя RД=R1+R2+RЗ+R4+R5+R6+R7 (в килоомах, если напряжение в вольтах, а ток - в миллиамперах) должно быть равно: Rд=Uвx min/Imin = 10В/0,1мА = 100кОм.

Теперь рассчитаем сопротивление каждого из резисторов при условии Uпор=Uпит/2, т. е. в рассматриваемом случае Uпор=3 В. При входном напряжении 15 В на резисторе R7 должно падать 3 В, а ток через него (равный току через весь делитель) Iд=UBX/Rд=15 В/100 кОм= 0,15 мА=150 мкА, Тогда сопротивление резистора R7: R=Uпоp/Iд; R7=3 В/0,15 мА=20кОм.

На входе инвертора DD1.5 3 В должно быть при входном напряжении 14 В. Ток через делитель в этом случае Iд=14 В/100 кОм=0,14 мА. Тогда суммарное сопротивление R6+R7=Uпоp/Iд=3/0,14-21,5 кОм.

Отсюда R6=21,5-20=1,5 кОм.

Аналогично определяют сопротивление остальных резисторов делителя: R5=UпорхRд/Uвх-(R6+R7)-1,6 кОм; R4-2 кОм, RЗ-2,2 кОм, R2-2.7 кОм и, наконец, R1=Rд-(R2+RЗ+R4+R5+R6+R7) = 70 кОм-68 кОм.

Вообще, как известно, пороговое напряжение элементов микросхем КМОП находится в пределах от 1/3Uпит до 2/3Uпит. Известно также, что изготовленные в едином технологическом цикле на одном кристалле элементы одной микросхемы имеют практически одинаковые значения порога переключения. Поэтому для точной установки "начала шкалы" вольтметра достаточно резистор R1 заменить последовательной цепью из подстроечного с рассчитанным номиналом и постоянного с номиналом в два раза меньше расчетного.

Температурная стабильность прибора весьма высока. При изменении температуры от -10 до +60 °С порог срабатывания изменяется на несколько сотых долей вольта. Микросхемный стабилизатор DА1 также обладает температурной стабильностью не хуже 30 мВ в пределах 0...100 °С.

Выходное напряжение стабилизатора DА1 не должно боыть меньше 6 В, иначе инверторы не смогут обеспечить необходимый ток через светодиоды. Инверторы микросхемы К561ЛН2 допускают выходной ток до 8 мА. Светодиоды АЛ307БМ можно заменить любыми другими, пересчитав номиналы токоограничивающих резисторов R8-R13. Конденсаторы так же могут быть любыми на номинальное напряжение не менее 10 В.

Для налаживания собранное устройство подключают к выходу регулируемого источника напряжения, который будет имитировать бортовую сеть. Установив выходное напряжение источника 10 В, а сопротивление подстроечного резистора на максимум, вращают его движок до момента включения светодиода HL1. Ос тальные уровни устанавливаются автоматически.

Детали вольтметра смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Чертеж платы представлен на рис. 2. Она рассчитана на установку подстроечного резистора СПЗ-33, а остальных - МЛТ-0,125, конденсатора С1 - KM, С2 - К50-35.

Плата прикреплена ко дну коробки из пластика двумя винтами М2,5 на трубчатых стойках и еще одним таким же, который одновременно прижимает к плате микросхему DA1. Отметим, что эта микросхема установлена пластмассовой (а не металлической) гранью к плате. Между корпусом микросхемы и платой также установлена трубчатая стойка, но укороченная.
Выводы светодиодов перед монтажом изгибают на 90 град, с тем, чтобы их оптические оси были параллельны плоскости платы. Корпусы светодиодов должны выступать за край платы и при окончательной сборке устройства выходить в отверстия, просверленные в торце коробки.

ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев И. Светодиодный индикатор уровня сигнала. - Радио, 1988, № 12 , с. 52.
2. Исаулов В., Василенко Е. Простой индикатор уровня записи. - РадiАматор, 1995, № 3 , с. 5.
3. Тихомиров А. Индикатор напряжения бортовой сети. - РадiоАматор, 1996 , № 10, с. 2.
4. Гвоздицкий Г. Индикатор напряжения бортовой сети. - Радио, 1992, № 7, с. 18-20.

О. КЛЕВЦОВ, г. Днепропетровск, Украина
Журнал Радио 1998 год, номер 2

Примечание от редакции журнала Радио: Устойчивость работы стабилизатора и всего устройства в целом будет еще выше, если к входу микросхемы (между выв. 8 и 17) подключить конденсатор емкостью 0,1 мк. Для того чтобы обезопасить стабилизатор от случайных всплесков напряжения в бортовой сети, амплитуда которых может достигать 80 - 00 В. параллельно этому конденсатору следует подключить еще один - оксидный. Он должен иметь емкость не менее 1000 мкФ и номинальное напряжение 25 В. Этот конденсатор благоприятно скажется и на работе радиоприемной и звукоусилительной автомобильной аппаратуры.

Не мало автомобилистов сталкивается с такой проблемой, как непредвиденный разряд аккумулятора. Особенно неприятно, когда происходит это в пути далеко от дома. Одной из причин может быть выход из строя генератора авто. Предупредить надвигающийся разряд аккумулятора поможет вольтметр автомобильный . Ниже приведем несколько простых схем подобного устройства.

Вольтметр автомобильный на микросхеме LM3914

Это схема автомобильного вольтметра предназначена для контроля напряжения бортовой сети автомобиля в пределах от 10,5В до 15В. В качестве индикатор используются 10 светодиодов.

Основа схемы – интегральная . Данная микросхема способна оценить входное напряжение и вывести результат на 10 светодиодов в режиме точка или столбик. Микросхема LM3914 способна работать в широком диапазоне питания (3В…25В). Яркость свечения светодиодов можно выставить при помощи внешнего переменного резистора. Выходы микросхемы совместимы с ТТЛ и КМОП логикой.

Десять светодиодов VD1-VD10 отображают текущее значение напряжения аккумулятора или напряжение бортовой сети автомобиля в режиме точки (вывод 9 не подключен или подключен на минус) или столбика (вывод 9 подключен на плюс питания).

Резистор R4 подключенный между контактами 6,7 и минусом питания задает яркость свечения светодиодов. Резисторы R2 и переменный резистор R1 образует делитель напряжения. При помощи переменного резистора R1 производится настройка верхнего уровня напряжения, а при помощи R3 нижнего.

Как уже было сказано ранее, данный автомобильный вольтметр обеспечивает индикацию от 10,5 до 15 вольт. Калибровка схемы выполняется следующим образом. Подайте на вход схемы вольтметра напряжение 15 вольт от блока питания. Затем изменяя сопротивление резистора R1, необходимо добиться, чтобы зажегся светодиод VD10 (в режиме точка) или все светодиоды VD…VD10 (в режиме столбик).

Затем на вход подайте 10,5 вольт и переменным резистором R3 добейтесь, чтобы горел только светодиод VD1. Теперь увеличивая напряжение с шагом 0,5 вольта, светодиоды один за другим будут загораться, и при напряжении 15 вольт будут гореть все светодиоды. Переключатель SA1 предназначен для переключения между режимами индикации точка/столбик. При замкнутом переключателе SA1 – столбик, при разомкнутом – точка.

Автомобильный вольтметр на транзисторах

Следующая схема автомобильного вольтметра построена на двух . Когда напряжение на аккумуляторе составляет менее 11 вольт, стабилитроны VD1 и VD2 не пропускают ток, из-за чего горит только красный светодиод, указывающий на низкое напряжение бортовой сети автомобиля.

Если напряжение находится между 12 и 14 вольт, стабилитрон VD1 открывает транзистор VT1. Зеленый светодиод загорается, указывая на нормальное напряжение. Если напряжение батареи превышает 15 вольт, стабилитрон VD2 открывает транзистор VT2, в результате чего загорается желтый светодиод, показывающий значительное превышение напряжения в сети автомобиля.

Вольтметр на операционном усилителе LM393

Данный простой автомобильный вольтметр построен на операционном усилителе . В качестве индикатора, как и в предыдущей схеме, используются три светодиода.

При низком напряжении (менее 11В) загорается красный светодиод. Если напряжение в норме (12,4…14В) то светится зеленый. В том случае, если напряжение превысило 14В, то загорается желтый светодиод. Стабилитрон VD1 формирует опорное напряжение. Данная схема схожа со схемой .

Вольтметр автомобильный на микросхеме К1003ПП1

Данная схема вольтметра для автомобиля построена на микросхеме К1003ПП1 и позволяет отслеживать напряжение бортовой сети по свечению 3 светодиодов:

• При напряжении менее 11 вольт горит светодиод HL1
• При напряжении 11,1…14,4 вольт горит светодиод HL2
• При напряжении более 14,6 вольт горит светодиод HL3

Настройка. После подачи на вход напряжения от любого блока питания (11,1…14,4В), переменным резистором R4 необходимо добиться свечения светодиода HL2.

Встала задача определения состояния аккумуляторной батареи во время разряда, хранения ее и заряда, пришлось вспомнить навыки и взяться за паяльник. Все схемы с кучей компараторов и прочими ухищрениями своим размером навевали тоску - проще было мультиметр привязать к аккумулятору. Поэтому решено было придумать что-нибудь простое и элегантное, в результате родилась схема, которую можно масштабировать под свои нужды как в ширину, так и в глубину. На один шаг напряжения используются всего три элемента - стабилитрон, резистор и светодиод (на этом месте хлопни себя по лбу и воскликни: "Как я раньше не додумался!"

В общем лови схему и фото готового устройства из расчета на одну 12 Вольтовую свинцовую кислотную аккумуляторную батарею как в UPSах и автомобилях. Индикация от совсем разряжено (напряжение меньше 9,5В) до полностью заряжено (напряжение больше 14,6В). Если надо другие диапазоны или шкалу хочется шире, то берем ближайший стабилитрон по напряжению и считаем токоограничительный резистор для светодиода. (1,5В падение, 20мА ток).
В общем все просто.

Если использовать SMD компоненты, то можно уложиться в эту десятикопеечную монету, ну у меня задачи миниатюризации не стояло, потому собрал на макетке.

Первый красный светодиод показывает, что схема подключена и какое-то напряжение есть. второй - больше 9 Вольт, третий, желтый, - больше 10В, четвертый - больше 11В, пятый, зеленый, - больше 12В и шестой - больше 13В. Градации между этими точками прекрасно видны по степени свечения соответствующих светодиодов. В данном случае аккумулятор стоит на заряде и вот-вот будет заряжен.

Это описание простого псвевдоаналогового вольтметра. Чтение измеренного значения происходит в виде точек светодиодов, стилизованных по типу стрелочнового датчика (хотя можно сделать и в виде LED линейки), но измерение происходит в цифровой форме, с использованием микроконтроллера. Вольтметр был создан в качестве дополнения к регулируемому блоку питания и был сделан из имеющихся под рукой радиоэлементов.

Схема принципиальная

Вольтметр состоит из двух частей: дисплея и измерительного модуля. Здесь обычный блок питания 5 В, МК Atmega8 с внешним источником опорного напряжения и регистры с 32 светодиодами.

Основной диапазон измерений напряжения 1-32 В с разрешением 1 В, но решено ещё добавить автоматическое изменение диапазона на 0,1-3,2 В с разрешением 0,1 В.

Принцип действия основан на измерении напряжения с помощью двух преобразователей ADC0 и ADC1. Преобразователь ADC1 используется для определения диапазона измерения. Значение с этого датчика позволяет контролировать и добавлять резистор R9 через пин порта PC2 — образуя делитель 1:10, или отключая его. Для напряжений 0,1-3,2 V входное напряжение с CON2 подается через резистор R8 и поступает непосредственно на вход преобразователя ADC0. Если напряжение превысит заданное значение 3,3 вольта, то происходит переключение с низкого диапазона, (загорается зеленый диод LED33), на диапазон высокий.

Чтобы использовать такой вольтметр для блока питания 15 В, можно вместо делителя 1:10 установить делитель 1:4, что как раз и дает диапазон до 16 В с разрешением 0,5 В. Так как не каждому понравится переключение диапазонов, можно от этого отказаться и сделать один диапазон, соединив R9 непосредственно на массу, разрезав соединение с контактом PC2, ADC1 неиспользованный, вы можете также подключить к массе.

Диоды D2-D5 (вместе с R8, R10), представляют собой простейшую защиту преобразователей от подачи напряжения выше, чем напряжение питания Atmega, то есть 5 В. Конденсаторы C7, C8 дополнительно фильтруют расчетное напряжение. От внутреннего опорного напряжения Atmega отказались из-за его нестабильности. Образцовое напряжение выполнено на TL431. Значение опорного напряжения было зафиксировано на уровне 3,3 В. Точная настройка осуществляется с помощью потенциометра. Резисторы R3 и R4 позволяют подобрать диапазон регулировки напряжения потенциометра.

Питание аналоговой части МК также выполнено типично, с использованием дросселя 10 мкГн и конденсатора 100 нФ. Разделили массу цифровую и аналоговую.

Напряжение измерения передаются последовательно в регистры сигналами, маркированными как CLK, D и С., которые выводятся на разъем CON4.

Переключение режимов

Вольтметр может работать в режиме «светящейся точки» по стандартной настройке, или в режиме LED линейки. Изменение режима осуществляется изменением состояния контакта PB0, pin 14. Подключение к массе — это режим точечный, отсоединение этого контакта от массы — перевод в режим линейки.

Транзистор T1, R6, R7 и LED1 образуют простой источник тока, благодаря чему можно избежать необходимости применения отдельных резисторов для каждого из 32 светодиодов дисплея. Ток такого источника тока определяется номиналом R7. Вольтметр выполнен на односторонних печатных платах. Файлы и прошивка — .