Un compte-tours numérique

Cet appareil permet de compter le nombre de tours par minute qu’effectue un moteur thermique sur une voiture, un camion, un quad ou un deuxroues qui ne serait pas déjà doté d’un compte-tours.



Cet article va vous permettre de construire un compte-tours universel, c’est-à-dire adaptable à tout type de moteur thermique essence, deux ou quatre temps, quel que soit le nombre de cylindres (voir figure 5) : en effet notre appareil capte les impulsions à haute tension venant de la bobine d’allumage (donc seuls les moteurs diesel sont exclus). Voir figure 6.

Le schéma électrique
Deux schémas électriques pour deux platines reliées par une nappe à douze fils (voir figures 1-1 et 1-2 et les photos). L’appareil devant visualiser le nombre de tours du moteur à chaque minute, le circuit est un fréquencemètre ou un compteur d’impulsions périodiques : il examine un certain inter valle de temps, compte combien d’impulsions s’y produisent et en déduit le nombre d’impulsions par minute. Pour donner une indication pratiquement en temps réel, le circuit effectue un cycle de comptage entrecoupé de périodes de ”reset” et affiche périodiquement le résultat sur deux afficheurs à LED. L’indication est donc sur deux chiffres et pour obtenir le nombre de tours réel, il suffit de multiplier par cent (voir l’indication RPM X100 sur la figure 4), comme sur les compte-tours à aiguille. Tel quel le circuit peut être appliqué à des moteurs tournant de 100 à 9 900 t/min, donc pratiquement sur tous les véhicules à essence à deux ou quatre temps (comme le montre la figure 5, le procédé de réglage tient compte du nombre de cylindres en deux et quatre temps).
L’entrée du circuit se fait au point IN, à connecter à la sortie pour comptetours de l’éventuelle centrale électronique d’allumage ou du volant magnétique du moteur ou bien au rupteur (vis platinées) de la bobine ou au transistor pilotant cette bobine. En effet, sur les véhicules modernes les impulsions envoyées aux bougies sont produites par une petite centrale dotée en sortie d’un transistor de puissance. Pour que tout fonctionne bien, notre circuit doit être alimenté par la batterie du véhicule (à défaut par le redresseur régulateur, par exemple sur certains deux temps) de telle façon que le négatif d’alimentation (châssis) lui soit relié. Chaque impulsion d’allumage est limitée en amplitude par la zener ZD puis reconstruite par T1, qui en inverse la phase. C12, avec la résistance de la zener, filtre les parasites et autres impulsions perturbatrices pouvant s’être immiscées entre l’allumage et le compte-tours. Le collecteur de T1 restitue un niveau bas chaque fois que l’entrée reçoit une impulsion positive : il pilote le monostable formé des deux NAND IC2a et IC2b (la fonction de ce monostable est de former une impulsion de durée constante indépendamment de ce qui arrive en entrée, c’est-à-dire insensible au nombre de tours du moteur et à une éventuelle double commutation).
Les impulsions de durée constantes déclenchent IC1, un double compteur BCD dont les sorties gouvernent chacune un pilote pour afficheur à sept segments à LED (lesquels prennent place sur la platine de visualisation, voir figure 1-2, reliée par nappe à la platine de base). Les deux compteurs contenus dans le CMOS 4518 sont reliés en cascade au sens ou le dernier bit du premier attaque l’entrée du second : ainsi, quand le premier a compté dix impulsions, le second enregistre la première dizaine (en d’autres termes, le second compteur compte une unité à chaque dizaine du premier).
Cela garantit que l’afficheur de gauche (contrôlé par IC5) visualise une unité après que celle de droite (pilotée à travers IC6 par A2, B2, C2, D2…) ait affiché 9 : donc, l’afficheur gauche donne les dizaines et le droit les unités.
Un oscillateur, doté d’un étage monostable, s’occupe d’afficher périodiquement le résultat du comptage en mettant à jour la bascule de sortie du double compteur et donc de réinitialiser ce dernier pour lui faire reprendre le compte depuis le début. C’est IC4, le très fameux temporisateur NE555, qui donne la cadence : il est monté en multivibrateur astable produisant le signal d’horloge et sa fréquence, dépendant de l’état du trimmer RV2, peut varier de 2 (trimmer à fond) à 6 Hz. Ceci pour adapter l’indication des afficheurs au type de moteur (deux ou quatre temps et nombre de cylindres), comme le montre la figure 5. Le signal d’horloge sort de la broche 3 du NE555 et atteint l’entrée de IC3, un double multivibrateur monostable dont les deux étages sont mis en série : le premier reçoit les impulsions du NE555 et restitue les autres impulsions, de durée constante, à partir de la broche 7, impulsions activant le LE (”Latch Enable”, ou bascule validée) des pilotes (CD4511) IC5 et IC6 et donc la visualisation du comptage.
Précisons à ce propos que chaque pilote convertit les données BCD reçues sur son bus d’entrée en niveaux logiques pour le contrôle des sorties correspondant aux segments des afficheurs à cathodes communes. Le CD4511 dispose de trois entrées de contrôle : LT (”Lamp Test”, broche 3, normalement reliée au 1 logique), LE (activant la lecture des données des entrées quand elle est au niveau logique haut) et BL (”Blanking”, ou effacement, cette dernière est normalement maintenue au 0 logique). Cette entrée est reliée à un circuit étudié pour le réglage de la luminosité : en effet, nous pilotons la broche avec une onde rectangulaire (produite par l’astable correspondant à la troisième NAND du 4093) dont on peut, avec un trimmer, faire varier le rapport cyclique (trimmer à fond le rapport cyclique est minimum, on a donc de longues périodes au 0 logique, si bien que l’afficheur est allumé la plupart du temps ; trimmer au minimum la largeur des impulsions positives augmente et les segments sont allumés pour une durée minimale).
La fréquence de l’onde rectangulaire est assez élevée pour que l’oeil ne puisse pas percevoir le ”clignotement”, mais seulement le changement de luminosité.
La broche LE joue un rôle déterminant car elle contrôle la bascule d’entrée : le CD4511 affiche la valeur décimale correspondant à la combinaison BCD présente sur le bus, seulement si LE a commuté, ce qui charge les données dans un ”latch” (bascule) qui les maintient quoi qu’il arrive. Une fois reçue l’impulsion sur LE, la puce continue à afficher les dernières données chargées et ignore tous les changements éventuels, au moins jusqu’à l’arrivée d’une nouvelle impulsion : elle lit alors à nouveau le bus et visualise le résultat. L’impulsion du premier monostable de IC3 sert justement à mettre à jour les afficheurs, de telle façon que les impulsions comptées, c’est-àdire les tours moteur accomplis pendant un certain intervalle, 2, 3, 4 ou davantage par seconde, soient lues périodiquement, en fonction de l’état de RV2.

Figure 1-1 : Schéma électrique de la platine de base du compte-tours.

Figure 1-2 : Schéma électrique de la platine afficheurs du compte-tours.

Figure 2a-1 : Schéma d’implantation des composants de la platine de base du compte-tours.

Figure 2a-2 : Schéma d’implantation des composants de la platine afficheurs du compte-tours.

Figure 2b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la platine de base du compte-tours.

Figure 2b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la platine afficheurs du compte-tours.

Figure 3-1 : Photo d’un des prototypes de la platine de base du compte-tours.

Figure 3-2 : Photo d’un des prototypes de la platine afficheurs du compte-tours.

Liste des composants de la platine de base
R1 .... 15 kΩ
R2 .... 15 kΩ
R3 .... 10 kΩ
R4 .... 100 kΩ
R5 .... 100 kΩ
R6 .... 10 kΩ
R7 .... 12 kΩ
R8 .... 10 kΩ
R9 .... 3,3 kΩ
R10 ... 10 kΩ
R11 ... 10 kΩ
RV1 ... 100 kΩ trimmer
RV2 ... 47 kΩ trimmer
C1 .... 100 nF multicouche
C2 .... 100 nF multicouche
C3 .... 100 nF multicouche
C4 .... 100 nF multicouche
C5 .... 100 nF 250 V polyester
C6 .... 1 nF céramique
C7 .... 1 nF céramique
C8 .... 100 nF multicouche
C9 .... 10 nF céramique
C10 ... 10 μF 35 V électrolytique axial
C11 ... 15 nF 250 V polyester
C12 ... 100 nF multicouche
D1 .... 1N4148
D2 .... 1N4148
ZD .... zener 20 V
VR1 ... 7808
T1 .... BC547
IC1 ... CD4518
IC2 ... CD4093
IC3 ... CD4098
IC4 ... NE555

Divers :
2 ...... supports 2 x 8
1 ...... support 2 x 7
1 ...... support 2 x 4
1 ...... nappe 12 fils 7 cm
1 ...... boulon 3MA 8 mm
3 ...... picots pour circuit imprimé
Sauf spécification contraire, les résistances sont des 1/4 W à 5 %.


Liste des composants de la platine afficheurs
R12 .... 390 Ω (7 exemplaires)
R13 .... 390 Ω (7 exemplaires)
IC5 .... CD4511
IC6 .... CD4511
DY1 .... afficheur à sept segments à LED rouge cathode commune
DY2 .... afficheur à sept segments à LED rouge cathode commune

Divers :
2 ...... supports 2 x 8
2 ...... boulons 3MA 8 mm
2 ...... boulons 3MA 15 mm
2 ...... entretoises 3 MA 10 mm femelle/femelle
2 ...... entretoises plastique 10 mm
1 ...... écran noir sérigraphié
Sauf spécification contraire, les résistances sont des 1/4 W à 5 %.


La réalisation pratique
Une fois qu’on a réalisé les deux circuits imprimés simple face (les figures 2b-1 et 2 donnent les dessins à l’échelle 1, respectivement de la platine de base et de la platine afficheurs), on monte tous les composants dans un certain ordre en regardant fréquemment les figures 2a-1 et 3-1 (pour la platine de base) et 2a-2 et 3-2 (pour la platine afficheurs), ainsi que les listes des composants correspondantes.
Alors leur insertion et leur soudure ne posent pas de problèmes particuliers, mais prenez tout de même bien garde à la polarité (au sens de montage) des composants polarisés. N’oubliez pas les ”straps” filaires J1 à J4.
Quand les deux platines sont réalisées, reliez-les avec une nappe à 12 fils de 7 cm environ, repliez la platine de base sous la platine afficheurs et coiffez cette dernière avec le masque noir à fenêtre rouge transparente : il ne vous reste qu’à intercaler deux jeux de deux entretoises entre les deux platines et entre la platine afficheurs et le masque, puis à protéger le tout avec un boîtier plastique approprié pouvant parfaitement être de récupération ”cosmétique” (boîte de cotonstiges…).
Pour éviter l’effet destructeur des vibrations dues au moteur (surtout si c’est une moto ou un quad !), bourrez bien la boîte et l’entre-deux des platines avec de la mousse à coussins puis fixez le couvercle avec deux tours de ruban adhésif plastique de bonne qualité.

Figure 4 : L’écran noir sérigraphié avec fenêtre rouge transparente rend l’appareil plus professionnel et esthétique.

Les réglages
Il s’agit tout d’abord de ”choisir” le type de moteur (voir figure 5) et de paramétrer le compte-tours : prenez un transformateur secteur 230 V/10 à 15 V (peu importe la puissance, même très faible, c’est la fréquence qui nous intéresse) et reliez le secondaire entre la masse et le point IN. Alimentez l’appareil avec une tension continue de 10 à 15 V (batterie ou bloc secteur 100 mA). Branchez le transformateur sur le secteur 230 V et regardez le nombre visualisé sur les afficheurs : en agissant sur le trimmer RV2, vous devez obtenir l’affichage du nombre correspondant à votre type de moteur (voir tableau figure 5). Par exemple, si vous voulez équiper un cyclomoteur, vous devez obtenir 3000, c’est-à-dire 30 sur les afficheurs (X100 = 3000). Pour équiper votre vieille berline de collection six cylindres, 1000, soit 10 sur les afficheurs. La luminosité voulue se règle sans problème avec le curseur de RV1.

Figure 5 : Pour tous les moteurs.

Pour régler le compte-tours en utilisant une fréquence de référence comme celle du secteur 230 V (50 Hz exactement), on doit régler RV2 de façon à lire sur l’afficheur le nombre (changeant selon le type de moteur à équiper) indiqué dans le tableau cidessous : le réglage doit donc être fait spécialement pour le véhicule sur lequel on va monter le dispositif. Le tableau comprend pratiquement tous les types de moteurs possibles deux ou quatre temps.

Figure 6 : Où brancher l’appareil sur le moteur ?

L’entrée du compte-tours est à relier à un point du système d’allumage où il est possible de prélever les impulsions directes de la bobine à haute tension alimentant les câbles des bougies : vous devez donc identifier le câble correspondant de la centrale d’allumage électronique et y relier l’entrée du compte-tours (avec un morceau de fil isolé). Parfois une sortie compte-tours est prévue sur le boîtier ou le faisceau d’allumage.

2 commentaires:

  1. mercii mon ami

    http://www.genie-electromcanique.com

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  2. Bonjour,

    votre article est très intéressant malgré mes faibles connaissances en électronique...
    j'aimerai adapter votre montage pour un karting, cependant ce genre de moteur 2T prend énormément de tours, + 16 000 tr/min, et je ne sais comment adapter tout ceci.
    plusieurs pistes me viennent à l'esprit:
    -rajouter un afficheur 7 segments
    -faire en sorte de multiplier le chiffre afficher par 1000 au lieu de 100 ( je ne sais pas ci c'est possible sans changer le schéma électrique)

    si vous avez des pistes à me donner pour m'aider dans ma réflexion je peux vous communiquer mon adresse email.

    merci d'avance et encore félicitation pour cet article

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