Tachometer, Drehzahlmesser und Ganganzeige für Simson S51

Erfassen der Größen

Geschwindigkeitsmessung

Das Messen der Geschwindigkeit erfolgt durch einen Reed-Kontakt und einen Magnet, welcher am Hinterrad angebracht ist. Diese beiden Komponenten stammen von einen alten Fahrradcomputer.

Der Magnetschalter verbindet die Messleitung mit Masse, wenn sich der Magnet nahe des Schalters befindet. Da der hochohmige Eingang des MSP430 sehr empfindlich gegenüber Einkoppelungen durch die Zündung ist, wird das Signal über einen Optokoppler an den MSP430 gegeben.

Durch einen Periodendauermessung kann die Geschwindigkeit berechnet werden. Bei der Periodendauermessung ist zu beachten, dass eine Geschwindigkeit kleiner als 4 km/h nicht gemessen werden kann.

Drehzahlmessung

Zur Messung der Drehzahl und zur Stromversorgung der LCD-Anzeige während der Moped-Motor läuft, wird das Signal der ersten Spule der Lichtmaschine verwendet.

Die Leitung der Lichtmaschine, Masse und die Signalleitung des Magnetschalters wird im linken Herzkasten zusammengeführt und über ein dreipoliges 3.5mm-Klinkenkabel an die Anzeige angeschlossen.

Da die Lichtmaschinenwelle direkt mit der Kurbelwelle verbunden ist, drehen sich die Magnete der Lichtmaschine mit Motordrehzahl. Da die Lichtmaschine eine Wechselspannung erzeugt, ist die Frequenz dieser abhängig von der Motordrehzahl.

Eine Aufnahme dieser Spannung ist im folgenden Bild zu sehen, jedoch wurde der Oszilloskop-Eingang bei dieser Aufnahme übersteuert. Es ist eine "unsaubere" Sinusspannung zu erwarten.

Die Frequenz der Sinusspannung ist das 12fache der Drehzahl. D.h. \(100\text{ Hz}\, \widehat{=}\, 2000\text{ min}^{-1}\).

Die Periodendauer der Sinusspannung im Bild entspricht \(4.2 \text{ ms}\). Dies entspricht einer Frequenz von \(238\text{ Hz}\). Und dies einer Drehzahl von \(4760 \text{ min}^{-1}\).

Ermittelung des eingestellten Gangs

Das Getriebe eines Mopeds wandelt die Umdrehungen des Motors (Ergebnis der Drehzahlmessung) in die Umdrehung des Rades (Ergebnis der Geschwindigkeitsmessung). Je nachdem, welcher Gang eingelegt ist, ändert sich das Verhältnis zwischen diesen beiden Zahlen.

Die folgende Tabelle zeigt die Radgeschwindigkeit in km/h bei einer Drehzahl von 4000 /min bei meinem Moped. Außerdem wird der Bereich des Parameters angezeigt, der eingestellt wird, um innerhalb des Programmes den eingelegten Gang zu erkennen.

Gang	km/h bei 4000 /min	Parameter
1	13	90 ... 110
2	26	45 ... 55
3	37	30 ... 40

Schaltplan

Die 3.5mm-Buchse, welche Verbindung zur Lichtmaschine, Masse und dem Magnetschaltersignal herstellt, ist an JP5 verbunden. Die Sinusspannung der Lichtmaschine wird durch eine Si-Diode gleichgerichtet, durch C5 geglättet und anschließend durch einen Spannungsregler auf 3.3V gebracht.

Wenn der Motor der Moped ausgeschalten ist, soll die Stromversorgung der Anzeige über eine Knopfzelle geschehen. Aus diesem Grund werden zwei Schottky-Dioden verwendet, um dieses beiden Energiequellen zu trennen.

Der erste Optokoppler OK1 wird verwendet, um das Magnetschaltersignal zu entkoppeln. Die LED des Optokopplers wird durch den MSP430 geschalten, leuchtet aber nur, wenn der Magnetschalter verbunden ist. Da die LED komplett ausgeschaltet wird, wenn sich die Anzeige im Stand-By befindet, kann sichergestellt werden, die Batteriekapazität nicht zufällig durch diese LED verbraucht wird.

Der zweite Optokoppler ist an die Sinusspannung der Lichtmaschine angeschlossen und ermöglicht die Wandelung in eines digitales und störfreies Signal, damit der MSP430 die Periodendauermessung durchführen kann.

An den Pins P2.3, P2.4 und P2.5 ist ein Drehgeber mit Taster angeschlossen, der verwendet werden kann, um Eingaben zu machen. Aktuell wird nur der Taster verwendet, um zwischen den Kilometeranzeigen hin- und herzuschalten und um die Kilometeranzeigen zurückzusetzen.

Das LCD ist folgendes Produkt von Reichelt: https://www.reichelt.de/index.html?ACTION=3&GROUPID=3007&ARTICLE=101653
Dieses LCD wird über SPI und zwei Pins der parallelen Schnittstelle angesteuert.

Fotos der Hardware

In den folgenden Bilder ist der Aufbau der Prototypen zu sehen. Dieser beseht aus zwei Platinen, die in einen originales Tachogehäuse eingebaut wurden.

Programmierung

Die gesamte Programmierung ist im zugehörigen Github-Repository zu finden: https://github.com/RobFro96/SimsonSpeed

An dieser Stelle möchte ich Malte für die Unterstützung beim Erstellen des Designs der Anzeige danken!