Сделал себе открытие багажника "Hands Free", как на Форде Куге - ногой, без нажатия на кнопку брелка или на кнопку на самом багажнике.
Было просто интересно повторить такую фичу самому, при этом чтобы вмешательство и переделки в самом автомобиле были минимальны!
Условное название далее - модуль, название эл.платы (далее в схемах) - "LegsFree".
Принцип работы - измерение расстояния до поверхности с помощью ультразвука (УЗ). Если измеренное расстояние меньше заданного, багажник открывается. Багажник не откроется, если эта поверхность остается по времени дольше 1,5сек на расстоянии меньше заданного.
Данный модуль подходит на тип кузова седан, на хэтчбеке или универсале силы штатных пружин обычно не хватает для подъема и полного открытия крышки багажника без помощи рук.
Как это выглядит. Все фотки будут ниже.
Модуль состоит из основного блока - пластикового корпуса размерами около 11х6х4см, внутри которого расположена эл.плата управления, и блока сенсоров - маленькой коробочки, в которой установлены 2 УЗ сенсора (приемный+передающий). Основной блок установлен в багажнике за облицовкой. Блок сенсоров устанавливается в низ центра бампера, из него 2 сенсора должны смотреть вертикально вниз, на асфальт, в область под ними и надо махать ногой. На основном блоке расположены разъемы для подключения к эл.цепям автомобиля и к блоку сенсоров, а также тумблер выключения питания и индикатор наличия питания (СИД). Основной блок и блок сенсоров соединяются между собой кабелем длиной 1,2м.
Модуль дублирует подачу сигнала на открытие багажника звуковым сигналом длительностью 0,5с. Точнее, он пищит 0,5сек, когда закорачивает на корпус цепь, подключенную параллельно штатной кнопке на крышке багажника.
Краткое описание используемых цепей автомобиля.
Основной блок соединяется с электрикой автомобиля по 4-м проводам, к которым есть легкий доступ в самом багажнике:
1)GND=корпус.
2)Пит=питание. Питание модуля берется не от зажигания, а от цепи, на которой есть +12В пока авто не спит. (например, на одном из контактов лампы освещения багажника есть +12В как только авто проснулся, независимо открыт багажник или нет)
3)ЗЗ (замок зажигания) - в этой цепи есть +12В при включенном зажигании, Эта цепь нужна не для питания, а только для одной цели - заблокировать работу модуля при включенном зажигании.
4)Lock=подключается параллельно кнопке открытия багажника. Выход типа "открытый коллектор". Открытие багажника автомобиля происходит закорачиванием цепи Lock на корпус. Изначально выход "Lock" был слаботочным, до 100мА. Он должен именно подключаться параллельно и дублировать штатную кнопку (микрик), расположенную на крышке багажника, и не подходит для непосредственного управления мощным замком-актюатором для открытия багажника.
Кратко про установку и подключение. Убрал под кат:
Скрытый текст(RJB - это задний блок предохранителей, расположенный в багажнике)
Основной блок модуля расположить в любом месте багажника. Одно из самых удобных мест - в багажнике слева за облицовкой, прижать сбоку к RJB, закрепить стяжками. Фото установленного основного блока, на корпусе светится СИД "Питание":
При таком расположении есть всегда доступ к выключателю питания модуля через штатный лючок доступа к RJB. Разъемы основного блока при этом смотрят вниз, под ними в днище есть резиновая заглушка, через которую удобно тянуть кабель к блоку сенсоров. При таком расположении хватает длины кабеля 1,2м между основным блоком и блоком сенсоров, который я установил по центру бампера. В центре низа бампера (вроде это называется юбка бампера, изготовлена из очень мягкой пластмассы черного цвета, в ней легко делается пара отверстий для стяжек) есть штатно вырез около 2х5см, вот на нем и закрепил блок сенсоров - винтами или стяжками - так, чтобы 2 сенсора без помех смотрели вертикально вниз. Сам блок сенсоров при этом расположен на юбке, как бы внутри бампера, и сзади автомобиля совершенно не виден.
Цепь GND - черно-белый толстый провод, идет отдельно от других вблизи RJB под винт на кузов (это земля всех левых задних фонарей).
Цепь ЗЗ - можно взять после любого из предохранителей F29...F40 в RJB, все они идут после силового реле R1, на них появляется +12В при включении зажигания. Наличие конкретного предохранителя зависит от комплектации, у меня были только F29,30,34,35 - два последних по 15А не очень подходят, слишком большой номинал тока. Можно взять от F29(BLIS и др.) - голубо-красный или от F30(Park Assist) - голубой провод. Для этого открутить 1 саморез (крестовая отвертка), расположен прямо под RJB, сдвинуть RJB и взять его в руки, с обратной его стороны отличный доступ ко всем этим проводам. Вот так:
Цепь Пит - +12В от лампы освещения багажника, коричнево-зеленый провод.
Цепь Lock - кнопка открытия багажника. От этой кнопки идут 2 провода: 1-ый - черно-белый, идет на корпус - он нам не нужен, 2-ой - черный (да, черный, как ни странно!), идет по крышке багажника, потом переходит в сам багажник и входит в большой многоконтактный разъем, расположенный справа в багажнике под облицовкой, и выходит из него коричневым проводом (у меня вышли не один, а два коричневых параллельных провода) - вот эта цепь и нужна (неважно, подключаться к черному или коричневому, главное проследить, что это одна и та же цепь!).
фотки разъема с коричневыми проводами (хорошо видны на 2-ой фотке в центре) для цепи Lock:
Кстати, далее этот коричневый провод идет в салон к ВСМ, на нем должно быть +12В, и если его коротнуть на корпус (если не уверены, что это безопасно, вдруг это какие-нибудь силовые +12В, можно это сделать через резистор 10-20 Ом), то будет слышен щелчок замка багажника - это ВСМ шлет импульс на его открытие.
Если основной блок расположить около RJB, длину проводов от основного блока до точек подключения к цепям в авто можно взять такую:
GND и ЗЗ - достаточно не более 0,5м,
Пит - не менее 2,5м,
Lock - не менее 3,5м.
Схема монтажа в авто и "вырезка" из эл.схемы ФФ3_2011 для цепей GND и Lock:
(цвета проводов, идущих к разъемам на 1-ой схеме, - условные, к ФФ3 не имеют отношения)
x
Есть три степени защиты от "неправильных" открытий багажника (защита от ложных сработок):
1) когда автомобиль движется, модуль не откроет багажник. Точнее, при включенном зажигании работа модуля блокируется. При этом приходится жертвовать возможностью открытия багажника HandsFree просто на стоящем авто при заведенном двигателе. А! А для этого у меня есть кнопка в салоне: смотрим тему
Управление открытием багажника из салона: установка доп.кнопок.2) Когда автомобиль заблокирован изнутри, или закрыт штатным брелком, или поставлен на охрану брелком нештатной сигналки, модуль не откроет багажник. Короче, всегда, когда заблокировано открытие багажника штатной кнопкой на самой крышке багажника, то и модуль не откроет багажник.
3) Модуль не откроет багажник при наличии или появлении в рабочей зоне сенсоров на расстоянии менее заданного (9см) постоянного препятствия (например, высокий бордюр под задним бампером). Препятствие считается постоянным, если с момента его первого обнаружения прошло более 1,5с.
Для открытия багажника HandsFree необходимо выполнение трех условий:
1) Зажигание выключено
2) Есть +12В на лампе подсветки багажника (есть +12В в цепи питания "Пит" модуля)
3) В рабочей зоне сенсоров появилось препятствие на расстоянии не далее 9см. Длительность появления препятствия - от 0,3с до 1,5с. Если длительность менее 0,3с датчик может не успеть измерить расстояние. Если длительность более 1,5с модуль считает препятствие постоянным и не откроет багажник. После "исчезновения" постоянного препятствия для открытия багажника необходим новый взмах ногой под бампером.
Особенности работы модуля:
1) Рабочая зона УЗ сенсоров снизу под центром бампера, в которой надо махнуть ногой, оказалась довольно-таки узкой - в проекции это круг около 3-5см - из-за небольшого угла обзора сенсора всего в 15градусов. Без привычки сразу в нее можно и не попасть. Поэтому для гарантии сработки обычно делаю так: провожу ногой вдоль бампера в районе его центра, достаточно захватить участок 10-20см его длины. Все, багажник - открыт!
2) Зависимость работы модуля при изменении температуры воздуха. Здесь два фактора: изменение измеряемого расстояния из-за изменения скорости звука в воздухе и надежность используемых электронных элементов. На первое повлиять я не могу, это законы природы, вводить корректировку по величине температуры не стал, в итоге пороговое расстояние для сработки может меняется так: зимой при -25С оно=8см, в жару при +50С оно=10см, не принципиально! В основном блоке используется эл.китайская плата, на нее нет данных по рабочему температурному диапазону, есть только моя надежда, что она будет работоспособна минимум при -10С...+70С. Как работает модуль при отрицательных температурах не проверял. Кстати, в основных времязадающих цепях в моей эл.плате и в китайской используются кварцевые резонаторы - для повышения точности работы схемы.
3) Сами УЗ сенсоры под бампером не водозащищенные. Возможна их коррозия после зимы с солью. Слой грязи или льда на блоке сенсоров скорее всего заблокирует работу модуля. Во время мойки авто керхером обязательно выключить тумблер питания на основном блоке или закрыть все двери брелком, иначе при попадании струи воды в рабочую зону сенсоров багажник может открыться!
4) Если в рабочей зоне сенсоров находится постоянное препятствие (например, высокий бордюр) на расстоянии точно равном пороговому (около 9см), есть вероятность, что модуль может на него сработать, открыть багажник. - Это из-за погрешности измерения расстояния и отсутствия гистерезиса при измерении расстояния.
Скрытый текст5) Модуль установлен на седане ФФ3. На какие еще авто можно его установить. Нужно, чтобы замок багажника был электромеханическим, с силовым реле, штатная кнопка открытия багажника при нажатии коротила на корпус - это все есть на большинстве современных авто, а еще необходимо, чтобы при постановке авто в охрану блокировалось открытие багажника, это реализовано, например, на всех авто, у которых кнопка открытия багажника расположена снаружи авто на крышке багажника - как у ФФ3! Если у авто кнопка открытия багажника расположена только в салоне (например, ВАЗ-2110), то придется еще проверить/предусмотреть блокировку открытия багажника модулем "Hands Free", когда авто поставлен в охрану, в противном случае в режиме охраны багжник откроется от взмаха ногой под бампером. Это можно сделать аж 3-мя способами: питание модуля взять от цепи, на которой пропадает питание при постановке авто в охрану, или на цепь ЗЗ модуля подключить цепь, на которой появляется питание при постановке авто в охрану (не забыть развязать диодами с цепью замка зажигания), или блокировать(разрывать) цепь Lock при постановке авто в охрану - все эти способы можно реализовать, например, с помощью реле.
x
Технические характеристики модуля:
Рабочее напряжение питания: 8В - 18В
Ток потребления по цепи питания "Пит": 6мА(тип), 50мА(макс, 0,5сек. при звуковой индикации)
Когда автомобиль заснул(через 30мин), общее потребление всего модуля становится=0!
Ток потребления по цепи зажигания: 0,3мА(макс)
Рабочий диапазон температуры воздуха:
- для электронной платы LegsFree (плата управления): -25С...+85С
- для УЗ датчика (китайская плата + УЗ сенсоры): нет данных
Время между измерениями УЗ датчика: 0,3с
Длительность взмаха ногой для сработки: от 0,3 до 1,5с
Угол обзора сенсора - телесный угол 15градусов
Расстояние от сенсора до ботинка для сработки: от 1 до 9см
Частота УЗ сенсоров: 40кГц
Скорость звука от темпер.воздуха: 315м/с (при -25С)...360м/с (при +50С)
Относительная ошибка измерения расстояния от темпер.воздуха: 2см (от -25С до +50С)
Длительность импульса по выходу "Lock": 0,5с
Максимальный ток по выходу "Lock": 100мА
В качестве УЗ датчика с УЗ сенсорами используется плата (изделие) HC-SR04. Под катом об HC-SR04:
Скрытый текст- покупается в Китае по цене 1доллар. На моей функциональной схеме (см. ниже) этот HC-SR04 раположен в правом верхнем углу, он содержит: ГИ, триггер1, усилитель 40кГц и еще все, что правее. На него приходит сигнал "Пуск"(Trig), от него - сигнал "Эхо"(Echo).
Немного об HC-SR04.
Ток покоя (потребления)=4мА.
После заднего (падающего) фронта сигнала Trig, сигнал Echo (передний фронт) появляется через 500мкс.
Максимальная длительность сигнала Echo =200мс - такой сигнал приходит, когда УЗ датчик не смог обнаружить отраженный сигнал, либо отражающая поверхность слишком далеко. НО! Внимание! На моих экземплярах HC-SR04 в этом случае на сигнале Echo появлялась еще аномалия: после 200мс импульса приходил еще 1 короткий импульс длительностью 10мкс! Далее схема обработки должна уметь на него не реагировать, не давать ложные сработки! На контроллере обычно проще проверять сигнал Echo на корректность.
В даташите на HC-SR04 честно пишут, что отражающая поверхность должна быть ровная и площадью не менее 0,5кв.м., иначе результаты измерения не гарантируются!
x
Обзор вариантов этого проекта, какие вообще есть и могут быть способы его реализации. Убрал под кат:
Скрытый текст1) Объемный (микроволновый или сенсорный) датчик от сигналки. Ставим под бампер, зону сработки уменьшить до 30см и менее, это обычно регулируется переменником на датчике. Реагируют на изменение поля при движении объектов, т.е. они не реагируют на наличие постоянных препятствий в своей рабочей зоне (это - достоинство!).
Недостатки: 1)те микроволновые датчики, которые я нашел (клиффорд dps-2, Falcon MWS-1 и еще куча подобных) - для установки в салон, не для установки на открытом воздухе под бампером, после первой же зимы может сгнить, хотя люди себе ставят, и ничего, вроде работает!? 2)Зона сработки датчика - не направленная, поэтому зону сработки датчика надо уменьшать до предела, иначе будет реагировать на ноги человека, прошедшего рядом с бампером впритирку.
Нашел датчик на емкостном эффекте, например сенсор CLS фирмы Мегуна. Работает через любой пластик/диэлектрик! Его надо защищать от влаги герметиком. Макс.дальность действия - 1,5см. Придется касаться бампера ботинком при такой рабочей дистанции, вот если б она была побольше, можно бы было его попробывать для нашей задачи. Изначально CLS позиционируется как бесконактная кнопка в салоне автомобиля.
2) Пара инфракрасный приемник(фотодиод)-передатчик(светодиод). Не рассматривается из-за непрогнозируемой надежности (уменьшение ИК потока из-за грязи, ложные срабатывания из-за отражений) и сложности реализации (позиционирование приемопередающего луча и расположение оптической системы). ИК тема для такого применения по-настоящему еще не изучена, я решил даже не пробовать.
3) На АлиЭкспрессе можно найти готовый комплект открытия багажника HandsFree с системой PKE (Passive Keyless Entry) - бесключевого доступа - по цене от 40$. Внутри бампера прокладываются чувствительные антенны системы, посторонний человек или просто пробегающая кошка багажник не откроет, если в зоне действия антенны нет брелка РКЕ.
Недостаток лично для меня - необходимо носить с собой брелок РКЕ, у меня уже есть 1 штатный брелок Форда + 1 от сигналки, 3-ий - это явно перебор. К тому же внутри заднего бампера у меня уже стоит задний парктроник электромагнитного типа (ленточный), вместе они могут не ужиться.
4) Ультразвуковой сенсор для измерения рассояний - вот его я и выбрал.
Должны быть отдельно передающий и отдельно приемный УЗ сенсор, т.к. в совмещенных односенсорных моделях невозможно измерять расстояния меньше 30см.
Достоинства: 1) Четко выделенный сектор, в котором возможна сработка датчика - задан диаграммой направленности датчика - телесный угол около 15 градусов по центру бампера, вертикально вниз 2) Точное измерение расстояния до поверхности, появляющейся в рабочей зоне сенсора 3) Электронная плата расположена внутри багажника, снаружи автомобиля под бампер вынесены только 2 УЗ сенсора.
x
Функциональная схема и принцип работы. Убрал под кат:
Скрытый текстГенератор "Ген1" выдает импульсы "Пуск" с периодом =0,3с. На каждый "Пуск" генератор "ГИ" выдает пачку импульсов 40кГц. Эта частота поступает на УЗ сенсор и преобразуется в Ультразвук 40кГц, который излучается из сенсора. Одновременно пачка импульсов от "ГИ" поступает на вход "Триггера1" и устанавливает его выход Q ="1" - это начало сигнала "Эхо".
УЗ выходит из сенсора-передатчика, отражается от некоей поверхности и приходит в сенсор-приемник. Расстояние от сенсоров до поверхности =L. Скорость звука в воздухе =340м/с. Звуку, чтобы пройти расстояние туда и затем обратно, требуется время =Tэхо. Формула: 2L=340*Тэхо.
Сенсор-приемник преобразует УЗ в сигнал и подает его на усилитель, сигнал с которого поступает на вход R "Триггера1" и устанавливает его выход Q ="0" - это конец сигнала "Эхо". Т.е. на выходе Q "Триггера1" появляется сигнал "Эхо", длительность Тэхо которого зависит от расстояния L до поверхности согласно вышеприведенной формуле.
Cигнал "Эхо" запускает генератор "Ген2", который работает, пока длится сигнал "Эхо". Выход "Ген2" 32,768кГц тактирует 14-разр.счетчик. Если длительность "Эхо" достаточна, чтобы счетчик успел досчитать до своего 4-го разряда, то счетчик устанавливает выход "Триггера2" Q ="0". Если "Эхо" кончится раньше, то "Триггер2" не сбросится, а его выход Q останется="1" (перед началом "Эхо" "Ген1" устанавливает "Триггер2" выход Q="1").
В итоге по заднему фронту сигнала "Эхо" в "Регистр сдвига" по входу D происходит запись "0", если длительность Тэхо больше 500мкс (т.е. до поверхности более 9см), или запись "1", если длительность Тэхо меньше 500мкс (т.е. до поверхности менее 9см).
Далее каждые 0,3с по заднему фронту сигнала "Эхо" в "Регистр сдвига" записывается либо "0"(нет ботинка под бампером), либо "1"(есть ботинок ближе 9см). В итоге на 8 выходах "Регистра сдвига" (вых.0 - новые данные, вых.7 - самые старые данные) будут находиться последние 8 измеренных данных, при приходе следующего старые данные сдвигаются, при этом исчезает самый старый и т.д. Эти 8 выходов "Регистра сдвига" поступают в "Логич.анализатор", который при выполнении следующих условий разрешает открыть багажник:
1)На выходах 0, 1, 7 должен быть "0".
2)На выходе 6 должна быть "1".
Другими словами, эти условия проверяют, что хотя бы 1 раз за время не более 1,5с была обнаружена поверхность на расстоянии не далее 9см от сенсоров. Если поверхность на расстоянии ближе 9см остается по времени дольше 1,5с, багажник не откроется.
При выполнении этих условий "Логич.анализатор" запускает одновибратор "ОВ", который выдает одиночный импульс длительностью 0,5с на транзисторный ключ. Выход ключа "открытый коллектор" подключен параллельно кнопке на крышке багажника. Все, багажник - открыт! Этот импульс "ОВ" также обнуляет все данные "Регистра сдвига".
При включенном зажигания (при появлении +12В в цепи "ЗЗ") выход стабилизатора "+5В" выключается, багажник открыть этой схемой становится невозможно.
"Контроль питания" выключает "Ген1" и "ОВ" и обнуляет все запомненные данные "Регистра сдвига", если наряжение питания цепи "+5В" становится меньше 4,7В, это гарантирует отсутствие ложных сработок при любых изменениях питания +5В, в том числе при включении/выключении питания.
x
По себестоимости модуль вышел менее 500рублей (микросхемы и прочие детали, платы, корпуса, сенсоры, провода, разъемы), платы готовой разведенной нет, поэтому распайка платы оказалась самым трудоемким этапом.
Если требуется повторить модуль - спрятал под кат:
Скрытый текстЕсли требуется повторить модуль. При этом самыми дорогостоящими этапами будут разводка платы и ее изготовление, менее дорогими - распайка платы, сверление корпусов, установка платы в корпус с пайкой разъемов и проводов, а тж. установка сенсоров в корпус. Эл.схему платы здесь не выкладываю по причине ее сложности - новичок в электронике не потянет, а профи достаточно описанного здесь принципа и функциональной схемы. Вся электроника собрана на м/сх жесткой логики без микроконтроллера, я не программист, совсем. На МК плата получилась бы в 5 раз проще, но - оплата труда программиста и время на написание и отладку, только для одной платы, ну его нафиг.
x