Ajanottolaite/kierrosaikakello endurance, mikroauto ja
muuhun ratakäyttöön KUSKILLE

 Jokainen joka on kiertänyt rataa kellon kanssa tietää miten hyödyllinen laite se on
haettaessa parempia/sopivampia kierrosaikoja, seuraavassa on DIY (Do It Yourself)
version rakennusohje. Laite siis näyttää vain kuskille kierrosaikoja
Ylhäällä kuvassa oleva laite ei täysin vastaa piirikorttia, piirikortilla on vain kolme näppäintä
(Kierrosaika, Kierrosluku ja Pohja-aika/Kiihdytystesti).
LAITTEEN OSAT
Laite koostuu kahdesta erillisestä yksiköstä, lähetin ja vastaanotin, lähetin sijoitetaan radanvarteen
sopivaan paikkan, esim suoran alkuun, ja vastaanotin kuskin näkökenttään.
Molemmat on toteutettu Atmel:n mikrokontrollerin pohjalle, joten pelkkä laitteen kasaaminen ei vielä riitä,
piirit on ohjelmoitava tai on käytettävä valmiiksi ohjelmoituja piirejä. Mikäli haluat ohjelmoida laitteen
itse se onnistuu esim. Pony-prog <http://www.lancos.com/siprogsch.html> ohjelmalla ja si-prog liitäntä palikalla
sarjaportin kautta. Mikäli haluat tehdä homman vaikeimman kautta ja kirjoittaa ohjelmankin itse siihen löytyy
tarvittavat palikat (AvrStudio=assembler kääntäjä ja kehitysympäristö) Atmelin sivulta <http://www.atmel.com>.
Kaikki eo. ohjelmat ovat maksuttomia.
Itse tilasin kaikki osat tietomyrskystä, <http://www.tietomyrsky.fi> koska sieltä saa kaikki osat kerralla
ja palvelu on erinomaista, myös piirien hinnat näkyy eo sivulla.
Kierrosanturin voi korvata millä tahansa häkkyrällä joka antaa 5...20 V:n pulssin jokaista kierrosta kohti
(esim. sytytyspuolalta –navasta saatavat pulssit eivät käy sellaisenaan koska sieltä tulee ryöppy pulsseja
joiden jännite vaihtelee n. 0…300 V).


LÄHETIN

 IR-lähetin joka sijoitetaan radan varteen sopivaan paikkaan (suoran alkuun). Koska IR signaali on
pelkkää 36 kHz:n kanto-aaltoa, kisapaikalla riittää yksi lähetin. Itse asiassa useampi
lähetin (jos ne on yli 5 sekunnin ajoajan päässä toisistaan) muuttaa häkkyrän sektoriaikakelloksi.
Lähetin lähettää radan yli infrapuna säteen jonka perusteella autossa oleva kello tietää kierroksen täyttyneen.
Sijoittamalla useita lähettimiä radan varteen voi ajaa sektoriaikoja, mutta laite ei erittele eri sektoreita
(esim. pohja-aika on lyhin sektoriaika)
Lähetin perustuu Atmelin mikrokontrolleriin AVR tiny15. Koska laite on paristokäyttöinen (9V:n paristo)
virran säästämiseksi lähetin lähettää 30..40 kHz taajuista signaalia n. 0.9 millisekunnin purskeina n. 1 ms
välein, jolloin keskimääräinen virrankulutus on n. 30 mA, normaali 9 v:n paristo (=500 mAh) kestää suunnilleen
10 tuntia. Lähetin vilkuttaa lediä (tavallinen led) 6 Hz:n taajuudella merkiksi toiminnastaan.

Kasaaminen
Kasaaminen kannattaa aloittaa regulaattorista U1 (78L05) ja sen äärellä olevista kondensaattoreista, kun ne on juotettu,
tarkasta piirin ulostulojännite, syöttöjännite on 7.5...30 V, nastan 3 jännite tulee olla 5 +/-0.10 V.
Seuraavaksi vastukset kondensaattorit ja prossu U2, piirin ykköspinni on vasemmassa alareunassa (silloin kun
tekstit on oikeinpäin, kuten kaikissa mikropiireissä), piirilevyllä ykköspinni on merkitty neliön muotoisella
täpällä. LED D4:ssa lyhyempi pinni tulee transistoriin päin (ledeissä pitempi pinni on +, ledin reunassa oleva
lovi on -). Sen jälkeen virrat päälle jolloin D7:n tulisi vilkkua, savua ei tulisi näkyä. Seuraavaksi loput osat,
IR-ledissä plussa pinni on se pitempi.
Liitin CON1 on laitteen ohjelmointiliitin, mikäli hankit valmiiksi ohjelmoidun piirin et tarvitse sitä.
Jumpperi J1 on irrotettava ohjelmoinnin ajaksi.
Kondensaattoreiden jännitekesto tulee olla 16 V tai yli.

Koska prossulla on oma sisäinen RC oskillaattori jonka taajuus on NOIN 1.6 MHz (valmistaja ei takaa tarkkaa arvoa)
lähettimen taajuuden hienosäätö tehdään trimmerillä RV1, trimmerin sopiva arvo on 10 k laitteen A/D muunnin lukee
trimmerin jännitettä, ja säätää prossun kellotaajuutta vastaavasti, säätöalue on n 25...50 kHz, tässä haluttu
36 kHz (koska vastaanotin on 36 kHz malli) on suunnilleen vastuksen keskialueella jolloin lämpötilan muutokset
ei vaikuta taajuuteen.

Lähettimen piirilevyllä on paikka kolmelle ledille, mutta tarvittava määrä riippuu halutusta tehosta ja käytettävästä
tyypistä kuten myös sopiva virranrajoitus vastusten (R3 ja.R4) koko. Tarvittava säteilyteho on min. 100 mW/sr.
Käytettäessä esim. tyyppiä LD271 (tai Bebekin 'nimettömiä' IR-ledejä) niitä kannattaa kytkeä sarjaan kolme kappaletta.
250 mA:n viralla ledin kynnysjännite on n 2 V ja säteilyteho n. 15-20 mW/sr, jolloin yhteinen
kynnysjännite on n. 6 V ja sarjavastuksen tehohäviö pysyy kohtuullisena.
Saatu säteilyteho kolmen ledin sarjalla on n 120 mW/sr. Käytettäessä esim. Vishayn tyyppiä TSAL5100 riittää
hyvin kaksi lediä, saatu säteilyteho 200 mA:n virralla on (valmistajan mukaan) 500 mW/sr.
IR:n kantomatka riippuu tietysti säteilytehosta ja vastaanottimen herkkyydestä, esim. Infineonin (Osramin) tyypillä SFH511
ja Vishayn tyypillä TSOP1236 se on 0.35 mW/m², jolloin laskennallinen kantomatka on 120 mW:n teholla 18 m ja 500 mW:n
teholla 38 metriä.
Ledien sarjavastuksen koko lasketan seuraavasti: (9 V – kynnysjännitteiden summa) / haluttu virta,
esim. (9V – 3 * 2V – 0.7V ) / 0.250A = 12 ohmia, jossa 0,7 V on transistorin T1 kynnysjännite

Mikäli käytät jotain muuta tyyppiä (kuin LD271 tai TSAL5100) , vastaanotinmoduulin aallonpituus on oltava sama,
kuin lähettimen (LD271 = 950 nm).

VASTAANOTIN

 Vastaanotin perustuu Atmel:n mikrokontrolleriin AVR ATMega 8, ja kaksiriviseen LCD näyttömoduuliin
(HD44780-based 2*16 charachter display module). Piirikortille sopiva näyttö on Winstar WH1602B, tai
vastaava. Näyttöjen liittimen paikka ja nastajärjestys vaihtelee, joten tarkasta ennen ostamista että
näyttö on vastaava kuin tuo WH1602B.

Laitteessa on kaksi eri toimintomoodia, kierrosaikakello ja kierroslukumittari, toiminto valitaan
näppäimillä 1 (= kello) ja 2 (=kierroslukumittari).

Kello
on yksinkertainen sekuntikello, joka nollautuu IR-signaalilla, se näyttää neljää kellonaikaa, kuluva kierros
ja kolme edellistä kierrosta. Mittauspisteessä laite vilauttaa superkirkasta lediä, josta varikolla voidaan
päätellä että lähetin on suunnattu oikein. Mikäli täyttynyt kierros on nopeampi kuin edellinen, laite ilmaisee
sen polttamalla lediä 2 sekuntia, mikäli se on nopein mittausjakson kierroksista, se ilmaistaan vilkuttamalla
lediä 2 sekunnin ajan. Laite tallettaa nopeimman kierrosajan ja sen saa näyttöön painamalla näppäintä 3.

Kierroslukumittari
näyttää moottorin kierrosluvun, ja se sisältää kiihtyvyyden mittaus toiminnon, jolla voi todeta perstuntumaa
luotettavammin säätötoimenpiteiden vaikutuksen moottorin tehoon. Laite laskee moottorin kierrosten määrän
kierroslukuväleillä 4000...4900, 4900...5800, 5800...6700, ja näyttää ne napilla 3, tietysti mitä vähemmän
kierroksia kuluu ko. kierrosvälillä, sen parempi.

Laitteen kasaaminen
Laite on kohtuullisen yksinkertainen kasattava, eikä vaadi mitään säätöjä toimiakseen (toimii tai sitten ei),
piirikortti on saman levyinen kuin käytetty 2*16 LCD näyttö, ne on tarkoitettu asennettavaksi päällekkäin,
väliin piikirimaa johtimiksi. Laitteessa on ohjelmointiliitin, ja liittimet kierrosanturille ja IR-vastaanottimelle.
Tarpeettomat osat voi jättää pois piirilevyltä, esim. kierrosanturin ja siihen liittyvät osat J3, R1, R6 ja D2
jos et käytä laitetta kierrosluku/kiihtyvyys mittarina.

Kello kuluttaa sähköä n. 20 mA joten paristo riittäisi virtalähteeksi, mutta nestekidenäytön taustavalo vie n. 150 mA,
joten sähkö kannattaa ottaa autosta, taustavalon tosin saa pimeäksi jättämällä pois vastukset R2 ja R3.
Vastukset ovat teholtaan 0.5 W, paitsi R2 ja R3 jotka ovat 1 W. Kondensaattoreiden jalkaväli on 5 mm
paitsi C2 ja C3 (elkot) joissa on useita eri mahdollisuuksia. Kondensaattorien kapasitanssit ei ole kriittisiä,
esim. kaikki 10 uF:n konkat voi olla arvoltaan 4.7...100 uF mikäli tila riittää (ovat häiriönsuodatusta varten),
C1, C3 ja C5 tulee olla jännitekestoltaan min 25 V, muille riittää 16 V.

Kasaaminen kannattaa aloittaa regulaattorista (78L05) ja sen äärellä olevista kondensaattoreista, kun ne on juotettu,
tarkasta piirin ulostulojännite, syöttöjännite on 7.5...30 V, nastan 3 jännite tulee olla 5 +/-0.10 V.
Prossu asennetaan siten että ykkösnasta on neliömäisen täpän kohdalla.
Diodit kytketään siten että D1:n (=1N4001 ) rengas tulee kierroslukumittarin liittimeen päin,
D2:n (=5.1V/100 mA zener) rengas tulee prossuun päin (osasijoittelukuvassa zener D2 on
kuvattu tavallisen diodin symbolilla). Elektrolyyttikonkat on asennettava siten että – merkitty nasta tulee maahan
Kvartsikiteen (4 MHz), vastusten ja muiden kondensaattorien asennolla ei ole väliä.

IR vastaanottimen valmistajilla on kaikilla valmistajilla vastaanottimissaan luonnollisesti eri nastajärjestys,
nastajärjestys selviää parhaiten valmistajan datalehdistä esim. www.osram.com ja www.vishay.com. Nasta järjestys
on tietysti huomioitava ir vastaanottimen johtoa tehtäessä. Vastaanotin tulee sijoittaa varjoisaan paikkaan autossa,
koska suora auringonvalo heikentää herkkyyttä olennaisesti. Anturi on aika herkkä sähkömagneettiselle säteilylle,
joten se on hyvä sijoittaa suojattuun koteloon (esim alumiinifoliolla päällystetty filmipurkki )
Viimeiseksi tietysti kannattaa asentaa näyttö koska se hankaloittaa muiden osien asennusta.
Koska prossussa on 5 kanavainen 10 bittinen A/D muunnin, piirilevyllä on valmiiksi liitäntä analogia-
signaalille (0…5 V), mutta ohjelmassa ei ole ad muuntimen käsittelyä

Laitteen testaus

 Ilman näyttöä piiri ei tee mitään muuta kuin sytyttää ledin, koska ohjelma alustaa näytön ensimmäisenä ja jää
odottamaan näytöltä kuittausta, eli laite on kasattava lähes kokonaan ennen testauksia (ledi sammuu kun näyttö
on alustettu ja mainokset tulostettu).
Lähettimen viritys vastaanottimen taajuudelle tapahtuu seuraavasti: paina kellon nappi 1 pohjaan, kytke virta
päälle, kun näyttöön tulee mainostekstit näkyviin, vapauta nappi, jolloin näyttöön tulee teksti RCV-TEST,
nyt ledi vilkkuu aina kun laite saa IR-signaalin, hae lähettimen trimmerillä se taajuus joka kantaa kauimmaksi.
Jotkut loisteputket lähettävät niin paljon IR valoa, että laite tulkitsee sen signaaliksi.
Painamalla 1-nappia laite palaa normaaliin kellomoodiin ja sekunnit alkavat juosta näytössä, IR valolla
laite siirtää kelloajan edellisen kierroksen kohdalle (ks. valokuvat), ja aloittaa uuden
kierroksen, saatu IR signaali kääntää vastaanottimen pois päältä neljän sekunnin ajaksi jolloin
hitaammankin kuskin pitäisi ehtiä pois signaalin vaikutusalueelta (ei EHKÄ koske sitä Sapporolla ajavaa joukkuetta).
Jos testaat sisätilassa vastaanotin saa tod. näk aina signaalin kun lähetin on päällä (heijastusten takia).
Kierroslukumittarin voi testata vaikka Nokian kännykän laturilla, sieltä tulee joko 50 tai 100 Hz:n signaalia
mallista riippuen, jolla mittari näyttää 3000 tai 6000 kierrosta minuutissa.
Koska kierrosluvun laskenta perustuu kvartsikiteeseen tulos on riittävän tarkka ilman erityistä kalibrointia.

Laitteen sijoitus
Esim. meidän älyttömän tehokkaassa VOLVOSSA IR-vastaanotin on sijoitettu turvakaareen kuskin pään taakse.
Koska IR signaali on pelkkää 36 kHz:n kanto-aaltoa, kisapaikalla riittää yksi lähetin. Itse asiassa useampi
lähetin (jos ne on yli 5 sekunnin ajoajan päässä toisistaan) muuttaa häkkyrän sektoriaikakelloksi.

Koska prossujen ohjelmointi ja piirilevyjen valmistus vaatii kaikenlaista oheissälää, valmiiksi ohjelmoituja
prossuja ja syövytettyjä (yksipuoleisia, 1.5 mm lasikuitu, poraamattomia) piirilevyjä saa hyvällä tuurilla,
pitkällä toimitusajalla tai isolla rahalla meiltä. Isolla rahalla, koska aika usein postitus ja pakkauskulut
on suuremmat kuin osien hinta ja tässä toimitus tulee kahteen kertaan (kaupasta mulle, multa sulle),
joten ainoa joka rikastuu on posti.
Piirilevyn reiät voi porata esim. akkuporalla tai Dremelillä ja 0.8 mm:n terällä, jotkut osat
tarvii 1 mm:n reiän (liitinrima, 1 W:n vastukset ja diodi D1)
Vastaanottimen kytkentäkaavio (PDF).
Lähettimen kytkentäkaavio (PDF).
Piirilevyjen kuvat (PDF).
Osaluettelo (PDF).

Kierrosaikakellon softa (AVR-hex).
Lähettimen softa (AVR-hex).
Huom!
Ladataksesi ohjelmatiedoston levylle paina hiiren oikeaa näppäintä linkin kohdalla ja
valitse "Save Target As" tai "Save link as" riippuen selaimesta.
Tämän jälkeen anna siirrettävälle tiedostolle nimi (esim. ir-sender.hex) ja muuta
ikkunan Alasvetovalikon "Save As Type" arvoksi "All Files". Tämän jälkeen paina Save.

Tiedostot ovat Intel-HEX muodossa.
ana