速度計＆回転計（タコメータ）の製作

ＳＷ２０のメーター類は少し見難い感じがします。ウインド・フィルムを貼ったせいか、日中でもサングラスなんかしていると、メーター周辺が暗くて読み難いようです。また、アイポイントを高めに着座すると、メーターが下の方に見えて見難く感じます。そこで、デジタル式の速度計＆回転計を作って、ダッシュボードの上に置くことにしました。

また、３Ｓ−ＧＥはレッドゾーンまで気持ちよく加速してくれます。おかげで、リミッタが掛かる７４００ｒｐｍまでエンジンを回してしまうことも時折あります。逆に、街乗りでは、ハイ・ギアーで低い回転数から加速を掛けてしまい、失速することも時折あります。そこで、トルクバンドが明確に分かるように、バーグラフ式の回転計も合わせて装備することにしました。

最終更新日 ： １９９９．９．１１

設計に際しては以下のような要件に対応できるように考えました。

• デジタルで正確な値を表示できる速度計、回転計にする
• 速度計は３桁で０〜９９９km/hまで表示可能で１km/h単位で表示、色は緑
• 速度計は車速パルスの幅を計測する
• 速度計の書き換え時間は0.3秒毎として、ちらつきを押さえる
• 回転計は４桁だが、サンプリングタイムの都合で上位２桁(100rpm単位)のみ有効、色は黄色（実際には朱色）
• 回転計は単位時間(300mS)のパルス数を計測する
• タイヤサイズが標準と異なっても内部のパラメータを変更して対応可能にする
• バーグラフ式の回転計で、トルクバンドとレッドゾーンをわかりやすく表示する
• バーグラフは、７ポイントで２色ＬＤＥを使用する
• 表示機にはカラーが奇麗なＬＥＤを使用する
• PIC16F84を１つだけ使用し、回路を単純化する
• ダッシュボードの上に載せる為、小型にすること
• 車速パルス、イグニッション・パルスを車の配線から取り出して使用する

長々した説明を書くより、下の写真を見て頂ければ、どんな装置なのか、きっとすぐ分かるでしょう。

	アイドリング状態
	街中では普通この辺まで
	トルクが最も多い回転数
	リミッタが効く直前

表示は上の写真のようになります。白っぽい「０」は速度計で０ｋｍ／ｈです。赤（実は朱色）がタコメータで８００〜７３００ｒｐｍを示しています。下の緑〜赤のバーグラフもタコメータになっています。街中では全部緑色で終始する程度しかエンジンを回しません。３５００〜７０００ｒｐｍまではトルクバンドで、スポーツ走行なら、黄のバーグラフが出ている範囲にキープするのが望ましいでしょう。最後の赤はレッドゾーンをあらわします。赤いＬＥＤが点かないように走ればエンジンにやさしいということになります。

上の表は、バーグラフの点灯パターンです。ＳＴＡＲＴは緑色のＬＥＤが初めて点灯する回転数で、回転数がＳＴＥＰ１増える毎に１つＬＥＤも点灯します。７つ点いたところで、ＳＴＥＰ２に移行します。ＳＴＥＰ２では黄色の点灯になり、ＳＴＥＰ３では赤色の点灯になります。ＳＴＥＰの主な意味は、ＳＴＥＰ１が街乗り、ＳＴＥＰ２がトルクバンド、ＳＴＥＰ３がレッドゾーンを示します。

部品数が少なくて済むように設計しました。速度計と回転計を同時に１つのＰＩＣ（ＣＰＵ）で処理するのは、プログラム的には少々厄介です。１個４５０円しかしないＰＩＣですから、２個使った方が簡単かもしれませんが、その辺は趣味で１つにしました。代わりに、ＬＥＤドライバを使用しなかったので、光度が低く、また入手性から高輝度ＬＥＤでそろえられなかったので、日中は少し見難いようです。

基板は、上の写真のＣＰＵの乗ったメイン基板以外にも、パルス信号を処理するために74HC14と74HC74が乗った基板、７セグメントＬＥＤなどが乗った基板の３枚から成っています。回路は簡単なのですが、配線が厄介なＬＥＤ基板と、車の信号と合わせ込んで調整が必要なパルス信号処理基板の製作／調整には手間がかかりました。あと、プログラムも凝った分だけ意外に時間が掛かっています。

ケースには、０．５ｍｍ厚のアルミ板を折り曲げただけの物に、ラッカーで色を塗っただけの簡単なものです。車のダッシュボードに固定して、あまり触らないので強度的には弱くても問題なさそうです。ＬＥＤの前には透明な下敷きにウインド・フィルムの余りを貼った物を使って認識率をあげています。

速度計は車速パルスを使いますが、ＭＲ２の場合、回転計にはイグニッション・パルス（ＩＧ）を使います。車速パルスはデジタル的なパルス信号なので、扱いは簡単なのですが、イグニッション・パルスは不可解なことが多いパルスです。また、ＩＧパルスの引き出しはＡＥ−１というコネクタを使います。これは、ＩＧパルスだけでなく、車速パルスも出ているので、これを使えば一気に取得することができます。

実際に、ＩＧパルスをオシロスコープで観測してみると、１回転で４つのパルスが観測できます。しかし、パルスは、２つずつ連続して発生しているようです。理屈としては、エンジンは各気筒が２回転で１度点火されますので、１回転で２つのパルスが発生されるはずなので、この連続したパルスは１回の点火で起きる副次的な要因で発生しているようです。

また、ＩＧパルス線のインピーダンスは高いようで、１０ＫΩの負荷抵抗でも波形が変化してきます。実測すると２ＫΩ程度なようですが、状況で複雑に変化しているようです。おまけに、アイドリング時は失火しているのか、ＩＧパルスの発生が一様ではなく、時々歯抜けになっています。ちなみに、失火は車自体の不調なのか、仕様なのか、ディーラーでも原因はわからないようでした(＾＾；)

オシロスコープで観測した結果と、推測を元に、色々とパルスの抽出方法を試してみましたが、不可解なパルス波形のため、なかなか上手くいきません。パルスの取り出しは、車速パルスと同様に、ダイオードを使ってパルスが０Ｖ（正確にはプルアップ抵抗以下）になった時に検出できるように配線したのですが、プルアップ抵抗の抵抗値が低いと波形が歪んでしまうし、パルス性ノイズを大量に含みますし、５Ｖでプルアップすると、波形の都合か不可解な波形が出力されてしまったりと困難を極めました。

一応の実験結果から、コンパレータ（ＬＭ３３９）を使い、ハイレベル（１４Ｖ）より２Ｖ低い１２Ｖを仕切り値にしてデジタル化するのが最も素直な波形が観測できました。しかし、プルアップ抵抗を１００ｋΩと高めに設定しても、なぜか表示される回転数は１／３ほど少なくなってしまいます。偶然ですが、プルアップ抵抗を外した時にはアイドリング以外での回転数がピタリと一致したので、最終的にはプルアップ抵抗無しで回路に組み込むことにしました。ダイオードがついているので、コンパレータには電圧は流れない（コンパレータの微弱な漏れ電流は流れるだろうが）ハズなのに不可解ですが、まあ、結果往来ということで、一応の完結をしました。

さて、このような不可解な現象は、ＭＲ２のみなのか、他車でも同じなのか、資料が全く無いので不明です。以前、ダイオードブリッジをつけて、整流してメーターを振らせる話を何処かで読みましたが、もともと、回転計はアナログ値に変換してから数値化するものなのでしょうか？これだと、ちゃんと校正しないと値が信用できないですが・・・

ＰＩＣ１６Ｆ８４を使用

PIC16F84の内部メモリは６８バイトあります。前の型のPIC16C84には３６バイトしかありません。このプログラムではメモリを３６バイト以上使っているので、PIC16F84でないと動作しません。それほどに、結構複雑なプログラムになっています。

小型７セグメントＬＥＤ

７セグメントＬＥＤは、できれば、数桁まとまってるタイプの方が扱い易いのですが、３〜４桁ともなると、気に入ったのは少ないようです。仕方が無いので７個並べることにしました。安かったのは鈴商の１個１００円でしたが、希望の黄色は無く朱色になってしまいました。おまけに、緑色がＨＰの高輝度に比べ、朱色はロームの安物です。同じ電流を流しても、緑の方が明るいという逆転現象が起きてしまいました。小型サイズでアノードコモンに限定すると、なかなか選べません。

おまけに、小型の７セグＬＥＤは、端子が２ｍｍピッチになっています。そのままではユニバーサル基板にささりません。仕方が無いので、ピンを放射状に広げて無理矢理押し込んで半田付けしました。少し基板から浮きますが、２色ＬＥＤの高さが高いので、丁度皆同じ高さにできました。

７セグＬＥＤが７桁もあると、配線は結構大変です。特にＬＥＤを取り付ける基板をギリギリの大きさにしたので、配線は皆、空中配線になってしまいました。保守性はとっても悪そうです(＾＾；)

ＬＥＤドライバについて

ＬＥＤをダイナミック・スキャンで明るく点すには、大目の電流を流してやるひつようがあります。コモン側は、最大７個のＬＥＤを点灯させるので、最低でも数１０ｍＡは必要ですが、反対側は１つのＬＥＤをドライブするだけの負荷になります。そこで、ＣＰＵ（ＰＩＣ）にドライバを外付けせずに使うことにしました。これでもスペック上は２０ｍＡは流せます。コモン側は１５０ｍＡまで流せる２ＳＡ１０１５を使いましたので、電流制限抵抗には２２０Ωを使い１セルあたり１０数ｍＡ流せるように設計しましたが、実際には９ｍＡ程しか流れません。さらに、朱色のＬＥＤが最大定格１５ｍＡなので、これ以上流すのも危険なので、これで妥協することにしました。しかし、日中使うには光度不足かもしれません。

回転計の有効桁数

車のエンジン回転数は１分間に何回回ったかであらわします。８００rpmだと、１秒間には１３回余りしか回らないわけです。それに、１秒毎に表示していたので遅すぎます。そこで、300mS毎に計測して表示させると、例えば4800rpmなら４８回カウントされます。これだと、プログラムも簡単ですし一石二鳥です。しかし、100rpm単位でしか表示できないのは少しさみしいきもします。

速度計の計算

速度計は、車速パルスのパルス間の時間を計測します。車速パルスは392.5mm移動するたびに１パルス発生しますが、時速が遅くなるとパルス間の時間が無限大になる場合も考えられます。この辺は、適度なリミッタを付けておく必要があります。また、速度が遅くなるにしたがってカウンタの数値が増えるという逆数になるので、計算には割り算が必要です。ＰＩＣで割り算をするのは少々やっかいですので、現在は引き算をループで行って計算しています。