Instrumentendisplay

 

Video mit Verwendung als Spannungseingang mit Grenzwertalarm: https://youtu.be/XZPPG5St0Ko

https://www.segeln-forum.de/board194-boot-technik/board195-open-boat-projects-org/79394-instrumentendisplay-diy/#post2278234

Zur Anzeige diverser Messwerte auf Booten werden oft Standard-Einbauinstrumente mit einem Durchmesser von 52mm verwendet. Oft sind diese nur für ganz spezielle Aufgaben mit ganz speziellen Sensoren verwendbar. Leider unterscheidet sich das Displaylayout je Aufgabenstellung und ein konsistentes Aussehen ist nicht gegeben. Auf der Suche nach einem modifizierbaren Display bin ich auf ein Einbauinstrument für eine Öldruckanzeige 0…150 psi gestoßen. Dieses Display erfüllt eine Menge an Anforderungen für ein Universaldisplay:

  • Digitale Anzeige
  • Bargraf
  • Warnung bei Grenzwertüberschreitung
  • Hintergrundbeleuchtung
  • 12V-Betrieb
  • Analoger Signaleingang für Sensorik

Das Display hat folgende Eigenschaften:

  • 10…15V Stromversorgung
  • 1,2W Stromverbrauch
  • 3x 7-Segmentanzeigen ohne Dezimalpunkt
  • 2x Sondersymbole (Alarm, Peak)
  • 50 Bargraf-Elemente
  • Buzzer für Alarme
  • Sensoreingang 0…200 Ohm
  • Taster für Peak-Reset und zur Konfiguration

Das Display kann in verschiedenen Dingen parametriert werden:

  • Hintergrundfarbe
  • Helligkeit
  • Grenzwerte (Alarm, Peak)
  • Art der Peak-Anzeige (feststehend mit manuellem Reset, langsam nachlaufend nach 1s)
  • Art der Bargraf-Ansteuerung (Säule, Einzelelement, inverses Einzelelement)
  • Buzzer-Lautstärke
  • Startsequenz

Das Instrumentendisplay hat den Charme, dass man damit einige Dinge recht universell machen kann, wenn man es etwas modifiziert. Ohne Modifikation wäre folgendes möglich:

  • Öldruckanzeige (wer es benötigt)
  • Levelanzeige 0…100% (Tank, Wasser, Standardgeber 0…180 Ohm)

Und mit Modifikation:

  • Spannungsanzeige 0…15 V
  • Temperaturanzeige 0…150 °C
  • Speed 0…15 kn
  • Tiefe 0…150 m
  • Windrichtung (grafisch über Bargraf)
  • Drehzahl 0…3000 U/min (mit Multiplikator 20)
  • Kühlwasserdurchlauf 0…15 l/min

Ich habe das Teil mal zerlegt und nachgesehen was da verbaut ist. Dazu musste ich den schwarzen Alu-Frontrahmen von hinten aufbiegen und vom Displaygehäuse runter nehmen. Wer es vorsichtig macht, kann den Frontrahmen auch später wieder anbringen und weiter verwenden. Im Display selbst ist einfachste Mikrocontroller-Technik verbaut:

Der Mikrocontroller verarbeitet am Analogeingang AIN3 0…5V Spannungssignale wobei nur 0…2,5V als eigentliches Nutzsignal verwendet wird. Das entspricht dann 0…100% des Anzeigewertes (respektive 0…200 Ohm vom Sensor). Spannungen größer 4,6V werden als fehlerhaftes Sensorsignal erkannt und es erscheinen für die Zahlen “- – -“. Auf der Platine gibt es eine Stelle an der man ein eigenes Sensorsignal 0…2,5V bei einem nicht angeschlossenem Sensor einspeisen kann. Der Massebezug ist GND der Versorgungsspannung. Für eigene Anwendungen müsste man also ein Spannungssignal 0…2,5V erzeugen das sich proportional zur Messgröße verhält. Das Sensorsignal könnte man z.B. mit einem ESP8266 erfassen und entsprechend als Analogausgabewert dem Display übergeben. Mit etwas Geschick bekommt man das sogar noch in das gleiche Gehäuse. Denkbar wäre auch ein eigenes Gehäuse zu drucken das nach hinten etwas länger ist und die zusätzliche Elektronik aufnehmen könnte. Wenn man noch etwas weiter Spinnt, dann könnte man auch beliebige Messwerte von SignalK per WLAN auf das Display senden und zur Anzeige bringen. Mit einer entsprechenden Blende oder einem schwarzen Edding könnte man die nicht benötigten Elemente ausmaskieren so dass man sie nicht mehr sieht. Auf der Blende könnte man auch eine neue Beschriftung vorsehen. EasyESP wäre der ideale Kandidat für eine Softwareanbindung an SignalK, da es dafür schon fast fertige Software gibt.

Wenn man so ein Display kauft, muss man aber darauf achten das richtige zu kaufen. Das Display wird in verschiedenen Versionen angeboten. Bei anderen Versionen muss die Modifikation entsprechend anders aussehen. Derzeit habe ich folgende Varianten gesehen:

Öldruck 0…150 psi (verwendete Version)
Öldruck 0…100 psi
Spannung 8…18V
Tuboladedruck -30…+30 psi

Hinweise zur Modifikation

Der Analogeingang zum Messen der Sensorspannung ist der Pin 13 (AIN3) vom Mikrocontroller STM8. Das Eingangsspannungssignal kann am oberen Pad von JP5 abgegriffen werden. Am 3-poligen Sensorstecker ist der Pin 1 unbenutzt. Am danebenliegenden nicht eingebauten Widerstand RV12V kann am unteren Pad das Signal vom Pin 1 abgegriffen werden. Mit einem Kabel von RV12V zu J5 kann eine Eingangsspannung eines Sensorsignals (0…5V) an den Analogeingang (AIN3) vom Mikrocontroller eingespeist werden. Beim Anlöten des Kabels ist darauf zu achten keinen Kurzschluss der Pads mit Lötzinn zu verursachen.

Kabelbrücke zum Sensoreingang P2

Signaleinspeisung an JP5 oberes Pad

Das Sensorkabel kann weiter verwendet werden. Man braucht nur das rote Kabel auf den freien Pin legen. Dazu hebt man mit einer Nadel die kleine Plastik-Zunge an und kann das Kabel nach hinten raus ziehen. Im benachbarten Pin rastet das Kabel dann selbständig beim Reinschieben ein.

Sensorkabel vor dem Umbau

Anschlussbelegung

Sensoreingang P2 unmodifiziert (oben links)

Pin Farbe Bedeutung
1 unbenutzt
2 rot Sensorsignal (0…200 Ohm)
3 schwarz GND

Sensoreingang P2 modifiziert (oben links)

Pin Farbe Bedeutung
1 rot Sensorsignal (0…2,5V)
2 Sensorsignal (0…200 Ohm)
3 schwarz GND

Tastereingang P1 (oben rechtes)

Pin Farbe Bedeutung
1 schwarz GND
2 rot Taster

Stromversorgung P4 / P3 (unten links / rechts)

Pin Farbe Bedeutung
1 schwarz GND
2 gelb Beleuchtung
3 weiß Zündung
4 rot +12V

Inbetriebnahme

Zur Inbetriebnahme müssen das rote, gelbe und weiße Kabel mit +12V und das schwarze Kabel mit GND verbunden werden. P3 oder P4 kann gleichwertig benutzt werden. Mit einem beiliegenden Brückenkabel kann ein weiteres Display mit Strom versorgt werden. Alternativ können das rote und gelbe Kabel dauerhaft mit +12V verbunden werden und das schwarze mit GND. Wenn das weiße Kabel (Zündung) dann mit +12V verbunden wird, geht das Display an. Vorher ist es im Stand By und verbraucht ca. 10 mA. Alle vorgenommenen Einstellungen über den Taster gehen nach einer vollständigen Spannungsabschaltung nicht verloren.

Weitere Überlegungen

Da grundsätzlich Anzeige- und Verarbeitungseinheit getrennt sind, könnte man auch die grüne Platine mit dem STM8 durch eine eigene Platine mit einem ESP8266 ersetzen. Über den Steckverbinder JP1 können der Display-Chip HT1621B, die Beleuchtung und der Buzzer angesteuert werden. Einziges Problem ist, herauszufinden welche Segmente vom LCD-Display welchem Bit im HT1621B zugeordnet sind. Das sollte sich aber recht einfach mit einem Testprogramm machen  lassen, das nacheinander alle Segmente einzeln ansteuert. Der Vorteil einer eigenen Platine wäre, dass man es dann selbst in der Hand hat wie man das Display ansteuert und welche Werte man anzeigt.

Theoretisch könnte man sich auch ein LCD in China nach eigenen Anforderungen bauen lassen. Für ein reines LCD-Display werden für kleine Stückzahlen nicht mehr als 5…10 Euro aufgerufen. Im Grunde genommen ist das Display schon fast perfekt bis auf den fehlenden Dezimalpunkt und die Darstellung der Einheit. Theoretisch könnte man auch die fixen Zahlen und den unteren Namen im Display entfernen und durch helle Flächen ersetzen. Dann könnte man mit durchsichtigen laserbedruckten Kunststofffolien Blenden erzeugen, mit denen die hellen Bereiche wieder abgedeckt werden. So könnte man das Display sehr flexibel frei gestalten und damit neue Skalen und Beschriftungen erstellen. Dummer weise sind die Skala und die untere Beschriftung nicht einfach nur bedruckte Elemente des Displays. Dann hätte man die Beschriftungen recht einfach nachträglich entfernen können. Die Firma Bezel als Hersteller verwendet für ihre unterschiedlichen Instrumente verschiedene LCD-Gläser, die an die speziellen Aufgaben angepasst sind.

Weiter Bilder

Geöffnetes Instrumentendisplay

 

Elektronik-Stapel

Platine Displayansteuerung

Display mit Displayansteuerung

 

Steifenleiter zum Display

Mess- und Steuerplatine vorn

Mess- und Steuerplatine hinten

Eingänge für Messsignal 0…2,5V