Блок управления от Infiniti, так напоминающий субарувский, лежал и издевательски посверкивал кнопочками, на каждой из которых красовалась буква A…
…А что, если… создать собственный контроллер, который бы обеспечивал режим авто поднятия/опускания стёкол, причём, без каких-либо изменений в электропроводке автомобиля?!
Идея реализации, как всегда родилась мгновенно, и развивалась столь стремительно, что я не успевал зарисовывать свои мысли и размещать заказы на необходимые радиодетали. Будете смеяться, но действительно основную часть разводки печатной платы я сделал, не имея нарисованной схемы перед глазами – она была в голове!
Схему я всё же потом нарисовал – она помогала проверять трассировку печатной платы.
Идея проста – на каждую клавишу, на каждое направление вверх и вниз, ставится триггер. Триггер подобен клавишному выключателю: ткнул клавишу в одну сторону – свет горит, даже если мы уберём палец. И будет гореть, пока мы не ткнём в другую сторону клавиши. Также и RS-триггер – если мы подадим кратковременно сигнал на вход SET, на его выходе Q появится сигнал. И будет там сохраняться до тех пор, пока мы не подадим кратковременно сигнал на вход RESET. Лучшим образом для этого подходит микросхема 1533ТР2, имеющая в своём составе сразу 4 таких триггера.
Блок управления электростеклоподъёмниками с режимом АВТО отличается от обычного, тем, что в нём вместо силовых переключателей на три положения, подключающих непосредственно «массу» и +12 В на моторы, ставятся микропереключатели на 5 положений, сигналы от которого идут на контроллер. Когда такой переключатель перемещается в крайнее положение («авто вверх» или «авто вниз») в нём, одновременно с контактами «вверх» или «вниз» замыкается третий контакт, который и даёт команду автоматического удержания работы мотора.
Для работы с таким микропереключателем, перед входами SET триггера была добавлена логика «И», которая выдает сигнал на выход только при одновременном замыкании контактов «вниз» и «авто» (а второй элемент, соответственно, «вверх» и «авто»). Так как сигналы у нас инверсные (подачей «земли»), то эту логику выполняет элемент «ИЛИ» 1533ЛЛ1.
Далее всё стандартно – сигналы с выходов триггеров через токовые ключи (микросхема ULN2003A) подают питание на обмотки соответствующих реле. А уже через их контакты, силовые +12 В и «масса» подаются на моторы стеклоподъёмников.
Часть схемы для управления одним мотором. Схема сброса. Полная схема есть ниже.
Сигналом к прекращению подачи напряжения на мотор служит увеличение тока в его цепи, которое происходит при остановке вращения в крайних положениях стекла или защемлении чего-либо. Для этого в цепи «массы» каждого мотора установлен низкоомный резистор (R21, R23, R25, R27), сигнал с которого подаётся на компаратор (микросхема LM2903), где сравнивается с опорным напряжением. При превышении напряжения компаратор срабатывает и подаёт сигнал на входы RESET триггера. Триггер выключается.
Также, выключение работы мотора из режима «авто», происходит и при кратковременном включении клавишей противоположного направления вращения.
Для работы в обычном (не «авто») режиме, сигнал с микропереключателя подаётся в обход всей схемы логики сразу на обмотки реле – мотор вращается, лишь пока мы удерживаем клавишу.
Трудности
Основная трудность заключалась в том, что внутри блока управления практически нет свободного места – основную его часть занимают микропереключатели и выключатель блокировки стеклоподъёмников пассажиров. В родном блоке (и Subaru и Infiniti) размещается лишь одно сдвоенное реле – на водительское стекло, но куда там поставить ещё три?! К тому же, точно таких же реле (Taiko TB2-160) я не смог найти в продаже даже за границей – предлагались лишь китайские аналоги (читай, подделки).
При выборе реле нужно ориентироваться на максимальный ток через его контакты – а он составляет 4…6 А при работе мотора, и кратковременно 9…10 А при остановке его вращения в крайних положениях стекла.
Я решил поэкспериментировать с миниатюрными реле Axicom IM06TS с двумя группами контактов по 2 А, соединив группы параллельно. Размер самого реле, что бы вы себе представляли, всего 10х6х6 мм! Собственно, подключив это реле в разрыв реального стеклоподъёмника в машине, я раз 10 пощёлкал им, и оно нормально работало. Под них в дальнейшем я и разводил печатную плату – таких реле на ней – 8 штук! Это придало уверенности в возможности реализации такого устройства, и одновременно было моим просчётом… Но об этом ниже.
Второй проблемой встало размещение 4-х низкоомных резисторов на плате (0,1 Ом, 5 Вт). Но я посмотрел, что на родной плате в качестве резисторов используется проволочка из материала с высоким удельным сопротивлением. После ряда экспериментов, я установил, что нужным сопротивлением обладает нихромовая проволока ?1,0 мм длиной около 31 мм. Флюс для пайки нихрома имеется.
Все остальные компоненты планировалось устанавливать SMD, но тут выяснилось отсутствие в продаже нужных импортных микросхем логики серии 74ALS в корпусах SOIC. Вот тут я и полез в «закрома родины»! И вы знаете, не оскудели ещё «закрома» – нашлись советские микросхемы 90 года выпуска в позолоченных корпусах. Ну, значит, буду ставить в машину золото!
А 1533ЛЛ1 нашёл в корпусах SOIC – ЭКФ1533ЛЛ1. «Э» – означает экспортный вариант.
Пояснения по схеме
Схему я всё же нарисовал. Поясню некоторые схемные решения:
Резисторы R1 – R20 подают на входы микросхем высокий уровень при отсутствии на них сигналов управления (земли). Конденсаторы C1 – C12 защищают входы микросхем от высокочастотных наводок.
При подаче питания, для начальной установки триггеров в выключенное состояние, по входам RESET установлены конденсаторы C13 – C16.
В каждой ULN2003A используется только 4 токовых ключа, хотя в ней их 7. Так проще было разводить плату – микросхемы расположены в разных её концах. Защитные диоды от ЭДС самоиндукции обмоток реле уже предусмотрены в составе этой микросхемы.
5-ти вольтовое питание на микросхемы логики подаётся от интегрального стабилизатора LM78L05. В цепи питания +12 В всего блока установлен защитный диод SMBJ15A.
Для защиты от обгорания контактов реле в момент их размыкания, параллельно моторам были поставлены варисторы JVR-05N220K (S05K14) с напряжением ограничения 22 В.
При блокировке стеклоподъёмников пассажирских дверей кнопкой LOCK, от цепи трёх моторов отключается масса. В моей схеме это также отключает и подсветку соответствующих 3-х клавиш (VD38 – VD40) управления этими моторами. Подсветка на остальные клавиши подаётся постоянно. Кнопка управления центральным замком (Door) имеет более светлый транспарант, чем остальные клавиши, поэтому для выравнивания яркости подсветки под ней установлен светодиод с меньшей интенсивностью свечения (VD35).
Опорное напряжение на компараторы подаётся с регулируемого делителя R29, R30, что позволяет настроить порог срабатывания отключения по току.
Печатная плата
Все основные компоненты в штатном блоке управления располагаются на единой печатной плате размером 139,5х41,5 мм, которая припаивается к выводам шасси для соединения с разъёмами и переключателями. Мне предстояло разместить всю мою схему на плате этого же размера!
О самостоятельном изготовлении платы речи не шло изначально – плата двусторонняя, слишком мелко и плотно (основной типоразмер применяемых резисторов и конденсаторов 0603, т.е 1,6х0,85 мм), требуется паяльная маска, плюс множество переходных металлизированных отверстий. Да и форма платы сложная – требовалась фрезеровка.
Разводил в программе Sprint Layout. Для начала я попробовал разместить логику для управления двумя моторами (4 микросхемы с обвесом, по 2 на каждой стороне платы) на пятачке размером 17 на 25 мм. Получилось за один вечер. Это сейчас страшно взглянуть:
После этого я понял, что остальное будет, «как два пальца об асфальт». Но свободного времени было не много – работая вечерами, на разводку всей платы ушло 2 недели, включая доскональную проверку. Минимальная ширина проводников на плате 0,5 мм, минимальный зазор между проводниками 0,4 мм. Только переходных металлизированных отверстий диаметром 0,3 мм плата содержит 96. И всё же без проволочных перемычек было не обойтись…
Изготовление заказывал в TePro. Срок изготовления 3 дня. Стоимость изготовления с доставкой 2860 руб.
Сборка
К моменту получения готовой платы, все остальные компоненты уже имелись. Больше всего я переживал за соосность отверстий на плате с выводами на шасси блока. Но ошибки были не значительны и плата туго, но оделась. Я выдохнул:
Также опасения вызывали возможные ошибки в разводке платы. И они были не напрасными – одна ошибочка, да нашлась: низкоомный резистор в цепи мотора водительской двери был подключен к кнопке блокировки, как и все остальные… Но исправить это было очень легко.
На распайку компонентов ушло 3 вечера – при пайке таких мелких компонентов, места пайки приходится осматривать под 10-ти кратным увеличением. К тому же, практически все цепи после сборки я прозванивал на предмет замыкания между собой.
Поставлена основная мелочь и снизу. Проволочные перемычки на плате были запланированы изначально.
Неудачи и успех!
Самое главное опасение вызывало то, что схема не моделировалась и не макетировалась. Но оно как раз и не оправдалось – схема заработала сразу!
Подтвердилась лишь не надёжная работа начальной установки триггеров – при кратковременном прерывании питания (0,1 – 0,3 с) конденсаторы C13 – C16 не успевали разрядиться. Пришлось параллельно им поставить резисторы R35 – R38, благо место под них на плате было предусмотрено изначально (как знал).
Воскресенье. После завершения тотальной проверки припаиваю плату к выводам шасси и иду проверять работоспособность в машине – работает, как положено!
Но радоваться было рано… На втором десятке прогонов перестаёт работать одно стекло на подъём. Затем второе, за ним и третье… Как и предполагал – не выдержали реле. Ток на подъём стекла около 6 А.
Также эксперимент позволил выявить и то, что пиковый ток при остановке вращения электродвигателя различен для каждого мотора (я успел их измерить), и обратно пропорционален длине проводов от блока управления до соответствующей двери: для водительской максимален, для задней правой минимален.
Хоронить идею было бессмысленно – схема-то работает как часы! Нужно менять реле на более мощные. Выбрав наиболее миниатюрные 10 А реле TRC-12VDC-FB-CD, я принял решение установить их снаружи корпуса, а провода из платы вывести через отверстия в шасси. Места в подлокотнике предостаточно!
Проблему с разбросом тока моторов решил очень просто – вместе с заменой (выпаиванием) реле из платы, я заменил и «нихромовые проволочки». Сделать это было элементарно. Теперь их длина индивидуальна для каждого мотора и отличается на величину кратную 3 мм.
Быстренько «сваял» две платы по ЛУТ технологии под реле.
Спаял их и установил на место на двусторонний скотч 3M «для монтажа картин на стены». Получилось довольно аккуратно.
Итог
Две недели, прогревая машину, стоя в пробках и на ходу с завидной регулярностью открывал-закрывал окна в режиме «авто». Делал даже по 10 подряд полных подъёмов-опусканий…
Работа кнопок стеклоподъёмников в дверях пассажиров никак не изменилась.
Работа доводчика стёкол, закрывающего все окна при постановке машины на охрану, не нарушена.
Испытания показали надёжную работу стеклоподъёмников.
Вот теперь Full AUTO!
Стеклоподъёмники по стоимости действительно получились золотыми:
Блок от Infiniti — 4 236 руб.
Печатная плата – 2 860 руб.
Радиодетали – 5 714 руб.
Труд – бесценно…
Кому нужна разводка печатной платы в формате Sprint Layout, исправленная с учётом всех доработок, или нихромовая проволока – я поделюсь. Не жалко :)))
