Danas opisujemo dva taksimetra iz 1990-tih godina. Prvi taksimetar ima oznaku TXNL-90 i hrvatski je proizvod tvrtke N.L. KRONOTAHOGRAF. Ova tvrtka je osnovana 1957. godine i specijalizirana je za servis, kalibraciju i proizvodnju mjerne opreme i instrumenata prvenstveno namijenjenih mjerenju brzine i prijeđenog puta (taksimetri, tahografi i sl.).
Drugi taksimetar je proizvod austrijske tvrtke HALE electronic koja se također specijalizirala za proizvodnju taksimetara i pripadajuće opreme, a osnovana je 1972. godine. HALE electronic je 1977. godine plasirala na tržište svoj prvi taksimetar (HALE-1), a u idućih dvadeset godina razvila je još pet inačica istog (MCT serije). Početkom 21. stoljeća sve više postaju popularni taksimetri koji su integrirani u prednji retrovizor vozila, pa je i tvrtka HALE u suradnji s Mercedes-Benz u posljednoj inačici razvila i jedan takav taksimetar (SPT-01). Naš primjerak spada u drugu ili treću seriju (MCT-1, MCT-2). Obje navedene tvrtke su i danas prisutne na tržištu, a naši taksimetri su bili u upotrebi do 2004. godine.
Tu je i mali termalni printer za ispis taxi računa također tvrtke HALE oznake TPD-01 koji se još i danas proizvodi.
Taksimetar (lat. Taxa – cijena, pristojba) je dakle uređaj ugrađen u vozilo koji na osnovu ulaznih veličina o prijeđenom putu, proteklom vremenu te dodatnim uslugama naplate (cijena prtljage i sl.) izračunava ukupnu cijenu vožnje prema nekoj važećoj tarifi. Prvi taksimetri s praktičnom primjenom datiraju s početka 20. stoljeća.
Ulazni podaci o vremenu dobivaju se putem internog sata ugrađenog u taksimetar, a ulazni podaci o prijeđenom putu (kilometrima) dobivaju se iz posebnog davača impulsa koji je vezan s kotačima automobila i time proporcionalan prijeđenim kilometrima. Taksimetru dakle mora biti doveden neki signal (analogni ili digitalni) o brzini vozila, odnosno prijeđenoj kilometraži. To se obično vrši preko beskontaktnih magnetskih senzora na kotačima ili spajanjem na postojeći sustav na automobilu za mjerenje brzine i kilometraže. S obzirom da se kod svakog automobila ovaj sustav donekle razlikuje time su potrebni veći ili manji zahvati na vozilu kod ugradnje taksimetra, a ponekad i dodatni (među)sklopovi kako bi se signal iz senzora prilagodio ulazu taksimetra. Inače dozvoljena tolerancija brojača kilometara i vremena (sata) kod taksimetara je 3%, a ispitivanja i kalibriranja je potrebno provoditi svake godine ili svake dvije godine ovisno o vrsti taksimetra.
Uobičajeno je da u svakom trenutku radi samo jedan brojač, dakle ili se broje kilometri ili se računa vrijeme. Tako se tijekom vožnje cijena računa na osnovu prijeđenih kilometara, a u slučaju stajanja (čekanje korisnika taksija, stajanje na semaforima, u koloni ili sl.) računanje cijene vožnje prebacuje se na vremenski brojač. Naravno, ovisno o tvrtki koja pruža taksi usluge i važećim propisima u pojedinoj zemlji taksimetar može biti podešen na različite kombinacije, npr. da se brojač vremena prebaci već kad brzina vozila padne na neku vrijednost (npr. 20 km/h) tako da se u slučaju spore vožnje također naplaćuje vremenska tarifa. To prebacivanje tarife kod određene minimalne brzine sa brojanja kilometara na brojanje vremena može biti ovisno i o području (zoni) grada gdje se odvija vožnja pa će u centru minimalna brzina prebacivanja biti manja nego npr. izvan grada. Još jedna mogućnost podešavanja taksimetra je obračunska jedinica izračunate cijene, pa tako taksimetar na osnovu brojača može povećavati cijenu u koracima 1 lipe, 50 lipa, 1 kune ili kako se već programira. Uzimanje manje obračunske jedinice (1 lipe) je točnije ali kod korisnika taksi usluga prividno stvara dojam brzog rasta cijene, pa taksi tvrtke radije podešavaju brojače cijene na veće obračunske jedinice.
Već kad se ovo zna jasno je da je pristup do žica kojima ide signal o brzini (kilometraži) otvoren što omogućuje ubacivanje jednostavnih sklopova koji simuliraju signal veće brzine od stvarne čime bi se na kraju vožnje izbrojalo više kilometara od stvarno prijeđenih. Takve naprave su svojevremeno bile dobavljive na crnom tržištu. Drugi način je prebacivanje skuplje tarife u jeftinijoj zoni vožnje te maskiranje prikaza tarife na pokazivaču taksimetra. Mi ovdje nećemo ulaziti u taksi zavrzlame oko mogućnosti ili nemogućnosti nabijanja cijene vožnje od strane taksista koristeći navedene činjenice obračuna ukupne cijene vožnje već nam je cilj samo upoznati se sa principom rada i osnovnim sklopovima koje mora imati svaki taksimetar. Danas u vrijeme rasprostranjenosti GPS-a i GSM-a gotovo sve taksi kompanije koriste sustave komunikacije i praćenja svojih taksi vozila pomoću navedenih sustava. Time u svakom trenutku imaju podatke o poziciji, brzini i prijeđenom putu taksi vozila, kao i o statusu istog: da li je taksi vozilo upaljeno ili ugašeno, da li je taksimetar uključen ili isključen i u kojem je modu (slobodno, zauzeto ili naplata), koja tarifa naplate je uključena, koliki je ostvareni račun itd. Stoga suvremeni taksimetri osim što imaju komunikaciju sa GPS-om i podatkovnim GPS-om, također imaju ugrađene i printere koji na kraju vožnje ispišu ukupan račun sa vidljivim cijenama ostvarenim po pojedinim tarifama koje su se mijenjale tijekom vožnje. Ove tehnologije omogućuju i programiranje niza drugih korisnih sustava kao što je sustav tihog alarma u slučaju napada vozača ili otmice taxi vozila i slično. Gotovo kod svih taksimetara susreće se jedan ili više relejnih izlaza kojima se po potrebi programski uključuju ili isključuju signalna svjetla, zvukovi ili druge indikacije i trošila (npr. osvjetljenje natpisa TAXI na krovu automobila). Na kraju ovakav sustav praćenja taksi vozila uvelike ograničava mogućnosti eventualne zlouporabe taksi usluge bilo od strane vozača ili klijenta.
Kad se sve navedeno uzme u obzir, te uvažavajući činjenicu da se u taksimetar moraju na neki način upisati podaci o tarifama i cijenama, postaje jasno da svaki (noviji) taksimetar mora imati neki mikrokontroler ili mikroprocesor sa memorijom (ili neki drugi analogni sklop) preko kojeg se vrši programiranje svih parametara i upravljanje brojačima kao i svim drugim funkcijama taksimetra.
Pogledajmo prvo što sadrži taksimetar TXNL-90 tvrtke N.L. KRONOTAHOGRAF.
Najviše se ističe integrirani krug sa prozirnim prozorčićem oznake MMC27C64Q. Ovdje se dakle radi o EPROM memoriji. EPROM (engl. Erasable Programmable Read-Only Memory) je vrsta memorije iz koje se u radu podaci mogu jedino čitati, a ne i zapisivati. Eventualno brisanje i ponovno zapisivanje memorije se dakle može vršiti jedino kad je integrirani krug izvan pogona i to na način da se brisanje vrši osvjetljavanjem pločice memorije jakim UV svjetlom kroz prozirni prozorčić, a upisivanje memorije se zatim vrši preko posebnog programatora. Naš konkretni EPROM ima 64 Kb memorije što se vidi po zadnjem dijelu oznake. Karakteristika EPROM memorije (kao i svake druge ROM memorije) je dakle da se u istu podaci jednom zapišu i zatim se u radu unutar sklopa ti podaci mogu jedino čitati ali ne i zapisivati ili mijenjati.
Do njega se uočava integrirani krug MK6116LN što je također memorija, no ovdje se radi o RAM memoriji. U RAM memoriju (eng. Random Access Memory) za razliku od gore navedene ROM memorije podaci se mogu tijekom rada i čitati i upisivati. Dakle u ovu memoriju mikroprocesor tijekom rada smješta program i podatke koje trenutno koristi te stalno vrši upisivanja i iščitavanja iste. Glavna značajka ove memorije je da podaci ostaju zapisani samo kad je memorija pod napajanjem. U slučaju gubitka napona napajanja brišu se i svi podaci iz RAM memorije. Stoga, ukoliko želimo zaštiti podatke od brisanja u slučaju nestanka napona napajanja ili redovnog isključivanja uređaja iz napajanja, memoriji je potrebno osigurati neko alternativno napajanje, a to je najčešće baterija. U našim taksimetrima baterije su zbog starosti davno propale, iscurile i pri tome uništile i dio elemenata na tiskanoj pločici. Danas se koriste kvalitetnije baterije za napajanje RAM memorija koje zbog CMOS tehnologije imaju dugi vijek trajanja i neće napraviti štetu u slučaju istrošenosti kao NiCd ili stari tipovi litijevih baterija.
Spomenuta CMOS tehnologija (engl. Complementary Metal Oxide Semiconductor) koristi se za izradu digitalnih i analognih elektroničkih sklopova uz upotrebu posebnih unipolarnih MOS tranzistora, a najveća prednost naspram drugih tehnologija su manje dimenzije i manja potrošnja struje tako izrađenih sklopova, no, na štetu i manje brzine rada zbog pojave parazitnih kapaciteta.
Memorija služi kao zapis nekom mikroprocesoru pa odmah do nje nalazimo integrirani krug Z84C00AB6. Prema tvorničkim podacima nalazimo da se radi o mikroprocesoru tvrtke SGS-THOMSON izrađenom također u CMOS tehnologiji i predviđenom za radni takt od 4 MHz. U našem taksimetru za takt mikroprocesora upotrijebljen je kristal od 3686,400 MHz, a ta frekvencija je odabrana kako bi se binarnim dijeljenjem lakše došlo do vremenskog intervala trajanja jedne minute ili sata (baza 60).
U tvorničkim podacima za integrirani krug Z84C00AB6 navodi se da je mikroprocesor (CPU). Ovdje ćemo odmah objasniti razliku između mikroprocesora (CPU) i mikrokontrolera (MCU). Mikroprocesor je integrirani krug u jednom kućištu koji je dizajniran prvenstveno samo za obradu podataka na osnovu dobivenih instrukcija. Dakle radi se samo o jednom dijelu ukupnog računalnog sustava, kojemu za rad treba još obavezno dodati vanjske memorije, kontrolere ulazno izlaznih jedinica i slično. S druge strane mikrokontroler (MCU) u jednom integriranom krugu sadrži sve komponente da može funkcionirati kako (malo) samostalno računalo. Dakle u jednom mikrokontroleru, odnosno u jednom integriranom krugu, integriran je mikroprocesor, ROM i RAM memorije, ulazni i izlazni međusklopovi (digitalni/analogni, paralelni/serijski, D/A i A/D pretvarači), tajmeri, brojači, oscilatori i drugi sklopovi ovisno o namjeni mikrokontrolera.
Mikroprocesori se stoga u načelu optimiziraju za univerzalnu prilagodljivost, veliku brzinu, performanse i pouzdanost dok je kod mikrokontrolera naglasak na integraciji i upravljanju konkretnim procesima u realnom vremenu, dakle optimizirani su samo za kontroliranje točno određenog procesa unutar određenog sklopa. Time se mikrokontroleru brzina, mogućnosti, izlazi, memorije i ostale komponente mogu svesti samo na minimalno potrebne vrijednosti i dimenzije čime su pogodni za masovnu proizvodnju uz nisku cijenu i malu potrošnju struje.
Ovdje nećemo zalaziti dublje u arhitekturu i građu mikroprocesora i mikrokontrolera kao što je organizacija i adresiranje memorije (registara), podatkovnih sabirnica, ulazno izlaznih sklopova i brojača. Iz nekog temeljnog praktičnog gledišta uz svaki CPU ili MCU na tiskanoj pločici nekog sklopa obično ćemo naći kristal najčešće frekvencije 2-40 MHz koji određuje takt, odnosno trajanje jednog instrukcijskog ciklusa MCU pa što je ta frekvencija veća program će se brže odvijati, no zato treba biti oprezan kod programiranja gdje je važno definirati točno vrijeme između dva procesa. Frekvencija takta MCU može biti i puno manja od 2MHz (reda nekoliko stotina kHz) pogotovo ako se od sklopa traži izrazito mala potrošnja struje. Po broju pinova može se otprilike zaključiti koliko MCU ima ulazno izlaznih portova, no točan broj i vrstu (analogni ili digitalni) možemo naći samo preko tvorničkih podataka. Tu ćemo naći i podatke o ugrađenim programskim i podatkovnim memorijama (veličini i vrsti te koliko ciklusa upisa i brisanja mogu podnijeti kao i vremenski rok postojanosti podataka upisanih u ROM memoriji), broju tajmera, brojača, oscilatora i djelitelja frekvencije, broju registara i sabirnica, načinu adresiranja, načinu programiranja itd. Često ćemo uz MCU naći podatak da li je 4, 8, 16 … bitni, a to nam govori o broju bitova (dužini podatka) kojeg je sposoban obraditi u jednom trenutku.
Na temelju navedenog naš integrirani krug Z84C00AB6 dakle možemo svrstati u kategoriju mikroprocesora jer mu za rad trebaju vanjske RAM i ROM memorije kao i drugi logički sklopovi koji su sastavni dio ostalih integriranih krugova:
- MC74HC4060N – 14-stupanjski binarni brojač sa oscilatorom
- SN74HC368N – driver za podatkovne sabirnice
- MC74HC74 – dvostruki Flip-Flop
- SN74HC132N – četverostruka NAND vrata sa Schmittovim okidačima
- SN74HC139E – dvostruki binarni dekoder
Za kontrolu 7-segmentnih LED pokazivača, te ostalih indikatorskih LED i kontrola ugrađeni su integrirani krugovi:
- SN74HC574N x2 – Flip-Flop driveri za podatkovne sabirnice
- ULN283A, UDN2981A – LED driveri
Naravno da iz ovih podataka nećemo moći rekonstruirati elektroničku shemu našeg taksimetra, što nema ni smisla jer funkcijama upravlja mikroprocesor podržan programom u ROM i podacima u RAM memoriji, no već ovaj opis je dovoljan da možemo u osnovi povezati što se traži od jednog sklopa taksimetra i kojim komponentama je to riješeno.
Ako sada pogledamo sklopove od kojih je sastavljen drugi taksimetar tvrtke HALE electronic odmah se uočava znatno manji broj integriranih krugova. Razlog tome je što je ovdje umjesto mikroprocesora upotrijebljen mikrokontroler. HD63705VOP je 8-bitni MCU sa integriranih 4096 bita EEPROM memorije i 192 bita RAM memorije, a uz to sadrži još oscilator takta, ukupno 31 ulazno izlaznih terminala, dva timera (8-bitni za programabilni preskaler i brojač, te 15-bitni djelitelj za sat) i serijsku komunikacijsku sabirnicu sinkroniziranu sa satom. Može raditi sa taktom od 0,4 do 4 MHz. U našem slučaju upotrijebljen je kristal od 3,579545 MHz.
Ovaj MCU radi se u verziji sa EPROM memorijom i tada se na sredini integriranog kruga nalazi prozorčić preko kojeg se UV zrakama briše sadržaj memorije, dok se upisivanje vrši elektronički preko programatora, jednako kako smo već opisali kod EPROM memorije MMC27C64Q u taksimetru TXNL-90. Može se dakle zaključiti da ukoliko u nekom sklopu vidimo integrirani krug s prozorčićem, onda to može biti samostalna EPROM memorija ali može biti i čitav MCU sa EPROM memorijom. Naša inačica MCU-a nema prozorčić što znači da je u njega ugrađena EEPROM memorija. EEPROM memoriji (engl. Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) za razliku od EPROM memorije može se elektronički, dakle preko programatora i izbrisati i upisati sadržaj memorije (ili samo dio sadržaja). Ova memorija može biti i u formi FLASH memorije pa se nakon nestanka struje njezin sadržaj neće izbrisati. No, u našem slučaju i kod ovog taksimetra nailazimo na bateriju koja čuva memoriju u slučaju gubitka napajanja, istina sada već zasigurno neupotrebljivu ali barem nije napravila štetu na okolnim komponentama.
Na glavnoj pločici taksimetra osim MCU nalazimo još dva integrirana kruga: PC74HC00P (četiri NAND vrata) i PC74HC240P (driver za podatkovne sabirnice). Na pločici LED pokazivača pak se nalazi BCD dekoder HEF4028BP.
Na kraju možemo zaviriti i u unutrašnjost termalnog printera HALE oznake TPD-01. Ovaj printer ispisuje na posebnu termički osjetljivu papirnatu rolu širine 57 mm (termopapir). Sa taksimetrom se povezuje preko kabla za serijsku komunikaciju (RS232), no ovisno o inačici sam printer može biti opremljen i bluetooth-om, čitačem magnetskih kartica i sličnim sučeljima za povezivanje sa drugim uređajima. Potreba za ovakvim printerima pojavila se nakon uvođenja obaveze izdavanja računa te je riječ o relativno novijem uređaju koji vrlo vjerojatno nije kompatibilan sa ovim našim taksimetrima.
Ove taksimetre prvi put smo pogledali iznutra još prije nekoliko godina i od tada čekaju svoju daljnju sudbinu. Elektrolit iz baterije unutar taksimetra TXNL-90 u potpunosti je iscurio i uništio sve okolne tiskane vodove i kontakte koji povezuju dvije pločice. Tada smo i uklonili ostatke baterije iako je maksimalna šteta već bila napravljena.
Iako nemamo nikakvu dokumentaciju vezanu za ova dva taksimetra, za potrebe testiranja ćemo detektirati kontakte napajanja i vidjeti pokazuju li ovi taksimetri ikakve znakove života. Masu, odnosno minus pol napajanja najlakše ćemo naći prema tiskanim vodovima. To su najčešće površinom najveće bakrene površine koje se na jednom ili više mjesta spajaju s metalnim dijelovima kućišta. Pozitivni pol napajanja pak je najlakše identificirati preko pinova stabilizatora napajanja, filtara napajanja (LC krugovi, elektrolitski kondenzatori) ili pak preko pinova integriranih krugova na temelju tvorničkih podataka. Na oba taksimetra uočava se po jedan relej pa je preko njihovih kontakata najlakše naći izlazne žice koje se koriste za paljenje i gašenje signalnog osvjetljenja natpisa TAXI na krovu taksi vozila. Preostale žice bile bi za ulaz signala iz senzora brzine.
Kao što se vidi sa slika, nakon spajanja napajanja uspjeli smo dobiti neke početne prikaze na displeju. Sad bi možda trebalo kakvim generatorom pravokutnih impulsa simulirati signal senzora brzinomjera i pratiti promjene na displeju. To naravno zahtijeva ispravnu detekciju senzorskih vodova, a s obzirom da nemamo apsolutno nikakve podatke o rukovanju i spajanju ovih taksimetara, nemamo predodžbu o amplitudi i frekvenciji senzorskih signala, a što je najgore i sami taksimetri vjerojatno nisu posve ispravni, ovdje se nećemo dalje baviti njihovim izučavanjem.
Ovi taksimetri zasigurno više nikada neće završiti u nekom taksi vozilu, a jedine komponente koje bi mogle biti eventualno iskoristive za neke druge elektroničke projekte bili bi njihovi LED displeji. Istina, danas se više isplati kupiti nove displeje nego se truditi bez oštećenja odlemiti neke stare sa pločice, no može nam za kakav popravak zatrebati upravo takav tip i dizajn displeja (koji više nije dobavljiv), pa ih se isplati sačuvati. U svakom slučaju odlažemo (za sada) ove taksimetre na izložbenu policu, no kad na policama ponestane i to malo mjesta koliko zauzimaju, vjerojatno ćemo ih prebaciti u kutiju za reciklažu elektroničkog otpada iz kojeg su već jednom i bili spašeni 🙂