Inhalt:
- Gründe für den FoFoPC
- Vorüberlegungen
- Umbau für die Klimaautomatik
- Umbau der Mittelkonsole
- Einbau der Endstufe
- Einbau des Mainboards
- Integration der Mikrocontroller
- Programmierung der Software
- Kostenübersicht
- Nachwort
Gründe für den FoFoPC
CarPCs sind im Prinzip nichts neues und können (fast) jede Art von technischem Schnickschnack in einem Auto steuern. Ursprünglich wollten wir für Michas Ford Focus eine Benzinverbrauchsberechnung einbauen, ein neues Radio kaufen und das mobile Navigationssystem diebstahlsicher fest installieren. Den dafür nötigen Aufwand vor Augen, ist der Einbau eines CarPCs nicht nur die einfachere, sondern auch preiswertere und optisch ansprechendere Lösung.
Dazu kommen praktische Funktionen, wie automatischer Musikdownload vom Heimserver, wenn das Auto vor der Tür geparkt ist oder eine effizientere Tempomatsteuerung (z.B. in Kopplung mit einem Abstandshaltesystem). Auch eine Ortung via GPS mit Hilfe ungesicherter WLANs ist denkbar. Warme Sommernächte kann man am See verbringen und dannach im Auto einen Film gucken.
Außerdem kann davon ausgegangen werden, dass ein fest installiertes (und individuell angepasstes!) System nicht aus dem Auto geklaut wird, da es kaum einen Wiederverkaufswert hat. Gegen Vandalismus schützt das natürlich nicht!
Vorüberlegungen
Da es gute CarPCs nicht im Laden um die Ecke gibt und ein individuelles System her sollte, war lange Planung unvermeidbar. Was soll der FoFoPC leisten, welche Komponenten müssen gekauft und welche umgebaut werden, wie integriert man den CarPC in das Fahrzeug und welche Probleme entstehen dadurch? Diese und mehr Fragen sind von elementarer Wichtigkeit. Von überstürtzen Projekten, raten wir daher dringend ab!
Das Wichtigste vorab: Es war uns Wichtig, dass die Möglichkeit besteht, den FoFo äußerlich wieder in den Ursprungszustand zu versetzen. Dazu müsste in jedem Fall eine neue Blende für die Mittelkonsole gekauft werden (ca. 50 € von Ford). Die Schalter für die Lüftung sollten jedoch nicht beschädigt werden. Parallel geschaltete Kabel und nachträglich eingebaute Komponenten sind dabei sowieso kein Problem.
Inkonsequenter Weise wagen wir uns nicht an die OBD-Schnittstelle, über die sich vermutlich die meisten Sensordaten beschaffen lassen würden. Da der 99er Ford Focus an dieser Stelle noch keinen CAN-Bus bereitstellt, fassten wir die Entscheidung die Einarbeitung in diese Materie erst in einem anderen Projekt starten zu wollen.
- Klimaautomatik: Der Ford Focus verfügt über keine Möglichkeit eine einfache Klimaautomatik zu integrieren, da Luftstromrichtung und -temperatur über Baudenzüge gestellt werden - das wollten wir auf jeden Fall ändern und planten die Handsteller der Baudenzüge durch Modellbauservomotoren zu ersetzen. Die Steuerung der Intensität des Luftstroms (immerhin bis zu 16 Ampere) wird über vier Relais realisiert. Das Aufwärmen des Motors soll vor der Fahrgastzelle Priorität haben.
- Tempomatsteuerung: In Michas Auto existiert bereits ein nachgerüsteter Tempomat. Über den FoFoPC soll es möglich sein, statt der aktuellen Geschwindigkeit auch vordefinierte Sollwerte (z.B. 30, 50, 60, 70, 100, 120) einzustellen. Das entstresst nicht nur die Autofahrt, sondern spart auch Benzin. Der CarPC muss dafür nur das Tachosignal für den echten Tempomaten verfälschen und die entsprechende Taste drücken.
- Rückfahrkamera: Später (in ferner Zukunft) soll die Möglichkeit bestehen eine Webcam am Heck des Fahrzeugs zu verwenden. Beim Einlegen des Rückwärtsganges (Positivsignal vom Rückfahrscheinwerfer), soll der FoFoPC auf das Bild der Webcam schalten.
- Benzinverbrauchsberechnung: Kennt der CarPC den genauen Füllstand des Tanks (Delta) und das aktuelle Tachosignal, kann er den momentanen Benzinverbrauch berechnen. Kennt er auch die gegenwärtige Drehzahl, ist auch eine Effizienzberechnung möglich.
- Navigation: Es liegt auf der Hand, dass ein CarPC mit Hilfe der aktuellen GPS-Koordinaten eine Route berechnen kann. (TMC wird nicht benötigt, weil erfahrungsgemäß kaum effizienter)
- MP3-Player: Natürlich sollte die Wiedergabe von MP3-Dateien möglich sein. Dazu wird eine Endstufe benötigt. In der Mittelkonsole soll eine USB-Buchse für MP3-Sticks von Mitfahrern existieren.
- Lenkradfernbedinung: Die Lenkradfernbedienung in Michas Focus war jahrelang funktionslos. Sie sollte die Steuerung des FoFoPC (die wichtigsten Funktionen) ermöglichen ohne die Hand vom Lenkrad entfernen zu müssen.
- WLAN: Wenn der Focus vor der Tür steht, kann er sich in regelmäßigen Abständen (z.B. alle 5 Minuten) mit dem heimischen WLAN verbinden, um seine MP3-Sammlung zu aktualisieren, sicherzustellen, dass die Türen verriegelt sind und vielleicht später auch die Standheizung einzuschalten.
- Fahrerprofile: Der CarPC soll mit Hilfe des Fingerabdrucks den Fahrer erkennen und authentifizieren können. Im Falle einer Fehlfunktion (oder abgehackten Fingern), soll auch eine manuelle Auswahl möglich sein.
- Dimmbar: Der Monitor des CarPC soll Nachts nicht blenden, d.h. beim Einschalten der Instrumentenbeleuchtung abdimmen.
- Sparsam: Der FoFoPC soll möglichst wenig Strom aus der Starterbatterie ziehen. Dazu sollen sowohl das Display alsauch der eigentliche CarPC mittels Relais vom Strom getrennt werden können, um Standbyströme zu verringern.
- Ausfallsicher: Ist der FoFoPC abgeschaltet, soll es trotzdem möglich sein alle fahrzeugeigenen Funktionen (speziell die Lüftung) benutzen zu können. Der FoFoPC soll abschalten, bevor die Startetbatterie einen kritischen Tiefstand erreicht, d.h. das Auto muss sich jederzeit starten lassen.
Erforderlichen Anschlüsse/Sensoren:
- Boardspannung (theoretisch vorhanden)
- Tachosignal (bereits vorhanden)
- Drehzahl (bereits vorhanden)
- Temperatur im Innenraum
- Temperatur im Außenraum
- Öltemperatur (bereits vorhanden)
- Tankfüllstand (bereits vorhanden)
- Lenkradfernbedienung (bereits vorhanden)
- Signal, ob Tür verriegelt
- Signal, ob Tür geöffnet (bereits vorhanden)
- Rückfahrscheinwerfer (bereits vorhanden)
- Instrumentenbeleuchtung (bereits vorhanden)
- 4 Relais für Lüftungsansteuerung
- 2 Modellbauservomotoren für Lüftungssteuerung
- Signal und Geber, ob Klimaanlage aktiviert
- Signal und Geber, ob Umluft aktiviert
- Signal und Geber, ob Frontscheibe beheizt wird
- Signal und Geber, ob Heckscheibe beheizt wird
Zu kaufende Komponenten:
siehe Kostenübersicht
Umbau für die Klimaautomatik
Ursprünglich werden Temperatur und Richtung des Luftstroms durch Baudenzüge gesteuert, die wiederum Klappen in den Luftschächten steuern. Wir entschlossen uns aus Platzgründen mit diesen Baudenzügen zu arbeiten und nicht direkt die entsprechenden Klappen zu steuern. Die Servomotoren (siehe Abbildung) finden dadurch bequem neben dem Sicherungskasten hinter der Blende des Fahrerfußraums Platz. Der Vorteil dabei ist, dass im mittleren Bereich des Autos mehr Platz für die eigentliche CarPC-Elektronik ist.
Bei den verwendeten Servos handelt es sich um Digitalservos, die neben Dauerstrom (in Ruhe unter 10 mA) ein Rechteckimpuls erhalten. Die Länge dieses Impulses gibt an, auf welche Position der Motor gedreht werden soll. Wir mussten daher einmalig erkunden, welche Ansteuerung welche Lufteinstellung verursacht. Dies ist von Servo zu Servo etwas verschieden und kann nur durch Probieren herausgefunden werden (dazu die Servos möglichst noch nicht im Fahrzeug verstecken ;-)
Die Intensität der Lüftung (auf Stufe 4 immerhin 14 Ampere) erfolgte ursprünglich durch den Originalschalter. Wir entschlossen uns, den Stecker nicht weiter zu verwenden und kneiften ihn beherzt mit dem Seitenschneider ab (etwas Kabel vorstehen lassen!), um diese dann mit der Relaisplatine zu verlöten. Gemessen an den übrigen Umbauten war dies die einfachste.
Die Ansteuerung der Servomotoren und Relais erfolgt durch einen Mikrocontroller, der drei ALPS-Encoder in der Mittelkonsole (siehe dort) auswertet und die Lüftung entsprechend verstellt. Außerdem ist der Mikrocontroller mit dem CarPC verbunden und kann auch von diesem Steuerbefehle erhalten.
Wie man sieht verwenden wir die Originalteile für die Führung der Baudenzüge. Das kostet zwar sehr viel Platz, ermöglicht jedoch einen unkomplizierteren Umbau des Autos, sollte das System wieder ausgebaut werden. Der durch Relais ersetzte Schalter (bzw. dessen Stecker) könnte ganz unkompliziert wieder angelötet werden.
Umbau der Mittelkonsole
(wird vervollständigt)
Einbau der Endstufe
Der Umbau sollte in erster Linie der Komfortverbesserung dienen, darum waren wir auch wenig davon begeistert die Endstufe im Kofferraum unterzubringen. Zum einen leidet die Qualität des Audiosignals, wenn es mehrmals durchs ganze Auto geschleift wird, zum Anderen wollten wir keinen Stauraum einbußen - weder im Kofferraum, noch unter den Sitzen oder woanders im Auto. Daher entschlossen wir uns eine kleine Endstufe zu kaufen und sie unter dem Mitteltunnel (zwischen den Vordersitzen) unterzubringen. Der Kabelaufwand ist vergleichsweise gering und der Umbau praktisch nicht erkennbar.
Da die Endstufe bei voller Belastung sehr schnell heiß wird, entschlossen wir uns zum Einbau eines Axiallüfters. Weil dieser bei voller Leistung ein zwar leises, aber dennoch störendes Geräusch verursachen würden, sollte er temperaturabhängig gesteuert werden. Bei geringer Lautstärke wird die Endstufe kaum fühlbar warm und muss nicht stark gekühlt werden. Bei höheren Belastungen übertönen die Lautsprecher den Lüfter in jedem Fall, so dass lediglich in der Kühlphase (also bei Wechsel von lauter auf leise Musik) von der Existenz des Lüfters Notiz genommen werden kann. Die anfängliche Überlegung einen weiteren Mikrocontroller zu verwenden scheiterte schließlich bei der Umsetzung und da die tatsächlichen Temperaturdaten nicht interessieren (und für die zusätzliche Vernetzung des PICs weitere Kabel notwendig wären), entschlossen wir uns für eine analoge Schaltung.
Die Platine findet bequem in einem wohl jedem bekannten Gefäß statt (siehe Foto) und wurde ebenfalls an einem der Lüftungskanäle befestigt. Die Arretierung der Kabel war hier besonders wichtig, um eine Störung der Airbagsteuereinheit zu verhindern. Diese sitzt nämlich genau unter der Endstufe.
Einbau des Mainboards
(wird vervollständigt)
Integration der Mikrocontroller
Die Wahl der Mikrocontroller fiel natürlich auf PICs, genau genommen auf eine ganze Hand davon. Ein 16F688 ist für die Ansteuerung bzw. Auswertung der Servos, Lüftungsrelais, Lenkradfernbedienung, der neuen Bedienkonsole, Klimaanlage und Umlufteinstellung verantwortlich. Er selbst kommuniziert wiederrum seriell mit dem CarPC und mit einem selbstgebauten LED-Treiber (12F675). Letzterer erhält ein Signal und steuert 12 LEDs an.
Da sowohl die PICs alsauch die Servomotoren bei einer Spannung von 5 Volt arbeiten, entschlossen wir uns einen 7805 Spannungsregler zu verwenden, der zwar mehr Energie als eine simple Schaltung mit Zenerdioden benötigt, dafür jedoch mit der sehr schwankenden Boardspannung perfekt arbeitet und für spätere Projekte genug Reserven bietet (momentan nur zu 50% ausgelastet, 12% im Mittel).
(wird vervollständigt)
Programmierung der Software
Ein Betriebssystem, das die CF-Karte nicht durch ständige Schreibzugriffe zerstört, extrem anpassbar ist und schnell bootet: Linux. Leider brachte diese Wahl einen ganz entscheidenden Nachteil mit sich: gute Navigationssoftware für Linux ist unbezahlbar. Linux kümmert sich daher um die gesamte Hardwaresteuerung (inklusive der Mikrocontroller), Musikwiedergabe (mittels MPD) und stellt ein ansprechendes Frontend (selbstgeschrieben). Für die gesamte Navigation wird QEmu und darin eine Navigationslösung für Windows verwendet. Die Virtualisierung kratzt zwar kaum an den Leistungsgrenzen der Hardware, trotzdem handelt es sich um keine endgültige Lösung.
(wird vervollständigt)
Kostenübersicht
Billig wurde der Spaß nicht... Kleine Posten wie Dioden, Widerstände, Transistoren oder Sicherungen sind hier nicht gelistet.
| Bauteil | Anzahl | Gesamtpreis |
| Modellbauservomotoren | 2 | 16 € | (inkl. Versand) |
| 945GCT-D Mini-ITX Board | 1 | 67,96 € | (inkl. Versand) |
| 150X 8GB CF-Karte | 1 | 16,24 € | (inkl. Versand) |
| CF-IDE Adapter | 1 | 3,99 € | (inkl. Versand) |
| USB Bluetooth Adapter | 1 | 1,99 € | (inkl. Versand) |
| M1-ATX DC-DC-Wandler | 1 | 62,80 € | (inkl. Versand) |
|
| 8 Zoll TFT | 1 | 159,95 € | |
| 1 GB 533 MHz RAM | 2 | 21,60 € | |
| 16F688 | 1 | 2,34 € | |
| 12F675 | 2 | 2,30 € | |
| Leistungsrelais | 5 | 5,28 € | |
| Versand | | 5,60 € | |
|
| 4 x 150W Endstufe | 1 | 19,95 € | (Filialabholung) |
|
| Drehknopf | 3 | 1,50 € | |
| Encoderschalter | 3 | 2,85 € | |
| Axiallüfter | 1 | 0,95 € | |
| PCI WLAN Karte | 1 | 9,95 € | |
| Versand | | 4,50 € | |
|
Endsumme: 405,75 €
Nachwort
Interna