В наше время каждый автолюбитель на дорогах страны сталкивается с наличием большого числа как стационарных, так и мобильных комплексов фото- и видеофиксации контроля скорости движения транспортных средств. К сожалению, строго соблюдать необходимый скоростной режим не всегда удаётся, что не только создаёт опасные ситуации, но и "бьёт по карману" водителей транспортных средств.
Функции предупреждения о превышении заданной скорости сейчас можно встретить в навигаторах, видеорегистраторах и в штатном оборудовании современных автомобилей. В первом случае держать постоянно включённым режим навигации на штатной магнитоле с целью отслеживания скорости движения не очень удобно, постоянно отвлекаясь от ситуации на дороге. В навигаторах и видеорегистраторах, как правило, есть возможность контролировать только один заданный порог скорости, да и процедура настройки занимает время, что ограничивает возможность быстрой перестройки, особенно в процессе движения автомобиля.
Рис. 1.
Рис. 2.
Вниманию читателей предлагаются два варианта четырёхуровневых сигнализаторов превышения заданной скорости автомобиля. Первый вариант (рис. 1) отслеживает скорость движения автомобиля по импульсам, поступающим на вход со штатного спидометра или иного датчика скорости. Второй вариант (рис. 2) предназначен для определения скорости по GPS-сигналам с навигационных спутников.
Оба варианта сигнализаторов имеют схожий функционал. В зависимости от одного из четырёх положений "1"-"4" переключателя SA1 контролируется один из четырёх порогов скорости, значение которого можно менять и записывать в энергонезависимую память микроконтроллера (МК) с помощью кратковременного нажатия на сервисную кнопку SB2. При превышении скоростью заданного порога подаются звуковой и световой сигналы. Для первого порога - один коротки й сигнал, для второго - два таких же сигнала, третьего - три таких же сигнала, четвёртого - непрерывные импульсы. В пятом положении переключателя SA1 включается режим "Микс", т. е. при превышении любого из четырёх порогов включается соответствующий ему сигнал. Такой принцип работы сигнализатора позволяет оперативно на слух отслеживать необходимый порог скорости движения автомобиля, не от влекаясь от дорожной обстановки. Также при каждой подаче питающего напряжения звучит короткий звуковой сигнал, предупреждая водителя, что устройство готово к работе.
Число импульсов на метр пути с датчика скорости для автомобилей разных производителей может быть разным, например, у японских и корейских автомобилей это, как правило, два с половиной импульса на метр пути, а у европейских и отечественных авто может варьироваться от четырёх до десяти и более импульсов. Для первого варианта сигнализатора функция "Заводские настройки" настроена на пороговые значения скорости 50, 70, 90 и 110 км/ч при условии выдачи с датчика скорости шести импульсов на метр пройденного пути. Поэтому при установке сигнализатора на автомобиль желательно заново запрограммировать все пороговые скорости, с учётом пожеланий водителя.
Подтверждением записи нужной пороговой скорости послужит звуковой сигнал записи, состоящий из четырёх коротких импульсов. При желании можно вернуться на "Заводские настройки". Это можно сделать, нажав на сервисную кнопку SB2, и после этого, не отпуская её, кнопкой SB1 подать питание на сигнализатор. Выполнение процедуры также подтвердится сигналом записи.
Соотношение максимальной пороговой скорости при заданном числе импульсов с датчика скорости рассчитывается по приближённой формуле Vmax = 3,6x(770/N), где Vmax - максимальная пороговая скорость (км/ч), N - число импульсов на метр пройденного пути.
Рассмотрим работу каждого из сигнализаторов. Первый вариант (рис. 1) выполнен на базе недорого и популярного МК ATtiny13A. Напряжение питания +5 В формируется элементами R3, VD1, DA1 и фильтруется конденсаторами С1 и С2. Элементы R1, R2, VT1 формируют из входного сигнала импульсы, которые поступают на вход МК PB1 и подсчитываются внутренним таймером за время 330 мс. С помощью переключателя SA1 МК DD1 определяет режим работы и сравнивает нужное значение из энергонезависимой памяти МК с подсчитанным числом импульсов от датчика скорости. В результате вычислений на выходе сигнализатора формируется соответствующий звуковой и световой сигнал с помощью акустического сигнализатора HA1 и светодиода HL1. Через развязывающие диоды сборки VD2 формируется низкий логический уровень на двух входах микроконтроллера в четвёртом положении переключателя SA1. Кнопка SB2 предназначена для записи порогового значения скорости.
Рис. 3.
Рис. 4.
Второй вариант сигнализатора (рис. 2, рис. 3), в отличие от первого, выполнен на базе МК PIC12F1822-I/SN и реальную скорость движения автомобиля определяет благодаря сигналам, поступающим на МК из готового модуля GPS-приёмника GY-NEO-7M (рис. 4) с активной выносной антенной. Хочу отдельно отметить, что для нормальной работы необходимо использовать выносную антенну, которую нужно расположить на торпедо автомобиля вблизи от лобового стекла. Это также позволит разместить сигнализатор в любом удобном для водителя месте. Сам GPS-модуль и выносную антенну можно приобрести во многих интернет-магазинах.
Модули серии NEO-7М от компании u-blox - это Multi-GNSS приёмники (т. е. поддерживают несколько распространённых стандартов спутниковой навигации). Эти модули совместимы с предыдущей серией NEO-6. По умолчанию модуль выдаёт данные с навигационных спутников в стандарте NMEA 0183.
В процессе проверки и налаживания сигнализатора GPS-модуль был подключён мной к ноутбуку через USB-TTL адаптер CH340G, а проверка потока данных в движении осуществлялась с помощью программы U-Center. В дальнейшем отладка программы проводилась в связке симулятора Proteus 8 с программой Docklight v2.3.
Последовательный протокол имеет следующие настройки. Скорость обмена данными - 9600 бод, данные - восьмибитные без бита чётности и один стоп бит. Видео проверки потока данных и работы можно посмотреть по ссылке <https:// youtu.be/gQtGPcBcKNE>. В нашем случае параметр скорости отображается в сообщении $GPVTG GPS-модуля. МК обрабатывает полученные данные и определяет реальное значение скорости автомобиля. В дальнейшем по аналогии с первым вариантом идёт сравнение реальной скорости и значений, записанных в EEPROM МК. По результатам сравнения значений формируется нужный сигнал на выходе МК.
Второй вариант сигнализатора отличается от первого ещё и тем, что в него добавлен светодиод HL2, который индицирует приём. Следует помнить о так называемом "холодном старте" GPS-модуля (первом включении модуля в новой точке), который может длиться от одной до трёх минут. При успешной синхронизации GPS-модуля и приёме МК сообщения $GPVTG, содержащего показания скорости, светодиод HL2 зелёного свечения начнёт мигать с периодом 1 с. В качестве световой сигнализации, дублирующей звуковой сигнал, в авторском варианте использован светодиод HL1 жёлтого свечения. Напряжение питания +5 В формируется элементами R1, VD1, DA1 и фильтруется конденсаторами С1, С2. Диодная сборка VD2, как и в первом варианте, формирует низкий логический уровень на входах МК в четвёртом положении переключателя SA1. Резисторы R3 и R4 ограничивают ток через светодиоды HL1 и HL2. Резистор R2 подтягивает вход RA0 микроконтроллера к плюсовой линии питания. В режиме "Микс" светодиод HL2 светит постоянно, так как напряжение на него поступает через переключатель SA1 и токоограничивающий резистор R4. В качестве источника звука использован акустический излучатель HCM1205X со встроенным генератором.
Так же, как и в первом варианте, после любого изменения установок порогов скорости с помощью сервисной кнопки есть возможность вернуться на указанные выше "Заводские настройки". Это можно сделать, нажав на сервисную кнопку, и после этого, не отпуская её, подать питание на сигнализатор. Выполнение процедуры подтвердится коротким сигналом нажатой кнопки и затем сигналом записи (четыре коротких сигнала). Следует помнить, что при скорости движения автомобиля менее 41 км/ч запись в энергонезависимую память микроконтроллера программой заблокирована, и пока нажата сервисная кнопка, будет звучать сигнал нажатой кнопки, а вот последующего сигнала удачной записи (четыре коротких сигнала) не прозвучит.
Фьюзы для мК ATtiny13A - HighByte = 0xFP (отключить RESET), LowByte = 0x7A (частота генератора - 9,6 МГц, делитель на восемь отключить). При программировании МК ATtiny13A надо строго следовать следующей процедуре последовательности записи. Сначала записывать программу и только затем фьюзы, иначе программирование станет невозможным, а для восстановления чипа потребуется использование специальных приборов (например, Atmega fuse doctor или параллельный программатор). Для программирования микроконтроллера PIC12F1822-I/SN использовался программатор, и строгого соблюдения каких-либо требований здесь не требуется.
Рис. 5.
Рис. 6.
Рисунки печатных плат соответственно первого и второго вариантов показаны на рис. 5 и рис. 6. Для второго варианта использован корпус G1020B размерами 54x83x30 мм. Выключатель питания SB1 - SK12D07, SB2 - угловая кнопка TS-A6PV-130 h=9.5mm, переключатель SA1 на пять положений - RS1010. Поскольку эти переключатели бывают на два направления, для "лишних" выводов в плате сделан соответствующий ряд отверстий. Для удобства на толкатели кнопок SB1 и SB2 надеты пластиковые колпачки, а на переключатель SA1 - ручка.
Hex-файлы для программирования микроконтроллеров и чертежи печатных плат в авторском и редакционном вариантах находятся здесь.
Автор: В. Суров, г. Горно-Алтайск