Sustav prikupljanja i vizualizacije podataka za električni trkaći bicikl MotoStudent: 23 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Sustav za prikupljanje podataka zbirka je hardvera i softvera koji rade zajedno kako bi prikupili podatke s vanjskih senzora, pohranili ih i kasnije obradili tako da se mogu grafički vizualizirati i analizirati, dopuštajući inženjerima da izvrše potrebne prilagodbe kako bi postigli najbolje performanse vozila ili uređaja.

Sustav prikupljanja podataka radi zajedno sa sustavom za vizualizaciju podataka koji pilotu omogućuje da vidi relevantne podatke u stvarnom vremenu za vožnju. Sastoji se od HMI zaslona koji komunicira sa sustavom za prikupljanje podataka kako bi dohvatio i prikazao podatke s njega.

Ovaj sustav komunicira s ECU -om bicikla (Upravljačka jedinica motora) i prima CAN sabirnicu od njega interne informacije i varijable motora. Koristi USB za pohranu primljenih podataka, kao i podataka preuzetih sa senzora spojenih na sustav za prikupljanje podataka.

Pribor

Mikrokontroler Texas Instruments F28069M C2000

Launchpad

Nextion Enhanced 5.0 '' zaslon

PC s Matlab softverom

GPS GY-GPS6MV2

AIM senzor ovjesa

Akcelerometar VMA204

Tipkovnica

USB

Induktivni senzor IME18-08BPSZC0S

Regulator napona LMR23615DRRR

Regulator napona LM25085AMY/NOPB

Regulator napona MAX16903SAUE50 x2

Senzor temperature pt100

5-103669-9 konektor x1

5-103639-3 konektor x1

5-103669-1 konektor x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P Mosfet

TPS2051BDBVR Prekidač za napajanje

Adapter MicroUSB_AB

SBRD10200TR dioda

Otpornik 1K Ohm x5

Otpornik 10K Ohm

Otpornik 100 Ohm x1

Otpornik 100k Ohm x7

Otpornik 51K Ohm

Otpornik 22, 1 K Ohm x2

Otpornik 6 Kohm x2

Otpornik 6K8 Ohm x2

Otpornik 2.55K Ohm

Otpornik 38.3K Ohm x1

Otpornik 390 Ohm x1

Otpornik 20K Ohm x2

otpornik 33K Ohm x2

Kondenzator 15 uF x5

Kondenzator 10 uF x3

Kondenzator 4.7uF x4

Kondenzator 47uF x2

Kondenzator 68uF

Kondenzator 0,1uF x1

Kondenzator 1nF x1

Kondenzator 100nf x1

Kondenzator 470nF x1

Kondenzator 2.2uF x2

Kondenzator 220 uf x1

Kondenzator 100uF x1

Induktor 22uH x1

Induktor 4,5uH x1

Induktor 4,7uH x1

Induktor 3.3uHx1

Instrumentalno pojačalo AD620

2-polno zaglavlje x3

4-polno zaglavlje x6

5-polno zaglavlje x3

Korak 1: Pokretna ploča za mikrokontroler Texas Instruments F28069M C2000

Ovaj mikrokontroler ugrađen je u razvojnu ploču čije ga značajke čine pogodnim za razvoj aplikacija kao što su sustav za prikupljanje podataka i ECU:

- USB sučelje za ispravljanje pogrešaka i programiranje

- Sučelje CAN sa integriranim primopredajnikom

- 14 ADC pinova (analogno -digitalni pretvarači)

- 34 GPIO pina (ulaz/izlaz opće namjene)

- 2 komunikacijska kanala serijskog protokola (SCI)

- 2 komunikacijska kanala protokola I2C

- Programiranje sa besplatnim softverom Code Composer Studio

Upravlja vanjskim senzorima, GPS -om, pohranom podataka unutar USB -a, komunikacijom s ECU -om i komunikacijom s zaslonom nadzorne ploče.

2. korak: računalo s Matlab softverom

Softver Matlab koristi se za obradu i analizu podataka pohranjenih na USB -u. Položaj i putanja bicikla mogu se vizualizirati zajedno s vrijednošću senzora, istovremeno, kao što se može vidjeti na slici.

Korak 3: Nextion Enhanced 5.0 '' zaslon

Koristi se za prikazivanje najrelevantnijih informacija pilotu, kao i status sustava bicikla. Prima podatke iz mikrokontrolera F28069M C2000 putem serijske komunikacije.

Korak 4: GPS GY-GPS6MV2

GPS dobiva trenutni položaj bicikla, tako da se njegova putanja nakon toga može iscrtati u softveru Matlab zajedno s vrijednostima ostalih senzora. On šalje GPS podatke mikrokontroleru F28069M C2000 putem serijske komunikacije.

Korak 5: Senzor ovjesa AIM

Ugrađen na prednji i stražnji ovjes, može se mjeriti pomak ovjesa bicikla.

Korak 6: Akcelerometar VMA204

Koristi se za mjerenje ubrzanja i sila koje bicikl izdrži u osi x, y i z. On šalje podatke o ubrzanju mikrokontroleru F28069M C2000 putem I2C sabirničke komunikacije.

Korak 7: Tipkovnica

Tipkovnica se koristi za odabir načina vožnje (ECO, Sport), konfiguriranje pilotskog zaslona i kontrolu vremena prikupljanja podataka.

Korak 8: USB

Pohranjuje podatke sa senzora, GPS -a i ECU -a.

Korak 9: Induktivni osjetnik IME18-08BPSZC0S

Koristi se za brojanje impulsa magnetskog dijela kotača. Što je veća brzina, točkovi će napraviti više zavoja, a indukcijski senzor će brojati više impulsa. Tako funkcionira mjerenje brzine.

Dijagram povezivanja prikazan je na slici.

Korak 10: Senzor temperature Pt100

Senzori pt100 su specifična vrsta detektora temperature. Svoj otpor mijenja ovisno o temperaturi. Najvažnija značajka je da se sastoji od platine i ima električni otpor 100 Ohma na 0ºC.

Korak 11: Regulatori napona

Sustav treba 4 različita regulatora napona kako bi dobio razine napona potrebne za mikrokontroler i senzore:

LMR23615DRRR

Može pretvoriti iz napajanja iz širokog raspona napona u fiksni izlazni napon. Za ovu aplikaciju nam je potreban za napajanje 3,3 V mikrokontroleru Texas Instruments F28069M C2000.

LM25085AMY/NOPB

Može pretvoriti iz napajanja iz širokog raspona napona u fiksni izlazni napon. Za ovu aplikaciju, potrebno nam je za napajanje 5 V mikrokontrolera Texas Instruments F28069M C2000.

MAX16903SAUE50

Može pretvoriti iz napajanja iz širokog raspona napona u fiksni izlazni napon. Za ovu aplikaciju trebaju nam 2 od njih:

Jedan za napajanje 5 V vanjskim senzorima koji zahtijevaju takav napon.

Drugi napaja vanjske senzore koji zahtijevaju takav napon 3,3 V.

Korak 12: FDD5614P Mosfet

MOSFET je poluvodički uređaj sličan tranzistoru koji se koristi za komutiranje signala.

Korak 13: Prekidač napajanja TPS2051BDBVR

Ova se komponenta koristi za sprječavanje kratkih spojeva. Kada izlazno opterećenje premaši granični prag struje ili postoji kratki spoj, uređaj ograničava izlaznu struju na sigurnu razinu prebacivanjem u način rada s konstantnom strujom. Ako se preopterećenje ne zaustavi, isključuje opskrbni napon.

Korak 14: LED diode i diode

LED diode se koriste za vizualizaciju ima li sustav napajanja ili ne. Također održavaju struju koja teče samo u jednom smjeru, sprječavajući pogrešnu polarizaciju kruga.

Diode rade kao LED, ali bez svjetla; oni drže struju koja teče samo u jednom smjeru, sprječavajući pogrešnu polarizaciju kruga.

Korak 15: Konektori, pin zaglavlja i adapteri

PDB ploča zahtijeva određenu količinu konektora, pin zaglavlja i adaptera različitih karakteristika kako bi radila i integrirala se s različitim perifernim uređajima. Koriste se sljedeće jedinice:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

Korak 16: Otpornici, kondenzatori, induktori

Osnove svakog elektroničkog kruga

Korak 17: Shematski dizajn ploče: Vanjski konektori za napajanje i CAN komunikaciju

Korak 18: Shematski dizajn ploče: Mikrokontroler Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Uključujući:

- Povezivanje senzora, putem pin zaglavlja različitih veličina za analogne i digitalne ulaze

- Uređivanje signala za senzore:

o Niskopropusni filtri za sprječavanje elektromagnetskih smetnji koje ometaju signale. Granična frekvencija je 15Hz.

o Wheatstoneov most i instrumentalno pojačalo za ispravni rad senzora temperature pt100

- Komunikacijski pinovi za vanjske uređaje:

o SCI za zaslon i GPS

o I2C za mjerač ubrzanja

Korak 19: Shematski dizajn ploče: Napajanje mikrokontrolera

Preko regulatora napona, koji pretvaraju 24V (niski napon koji dolazi iz baterije) u 3.3V (LMR23615DRRR) i 5V (LM25085AMY/NOPB)

Korak 20: Shematski dizajn ploče: USB veza

Korak 21: Shematski dizajn ploče: Napajanje senzora i vanjskih uređaja

Preko regulatora napona (MAX16903SAUE50), koji

pretvoriti 24V (niski napon koji dolazi iz baterije) u 3.3V i 5V. Sustav je suvišan i također može napajati mikrokontroler u slučaju otkaza regulatora napona.

Korak 22: Dizajnirajte PCB ploču

1) Napajanje za mikrokontroler

2) Podloga za lansiranje mikrokontrolera Texas Instruments F28069M C2000

3) Digitalni i analogni ulazi i filtriranje signala (3.1)

4) USB veza

5) Pin zaglavlja vanjskih uređaja

6) kondicioniranje signala osjetnika temperature pt100

7) Napajanje senzora i vanjskih uređaja

Korak 23: Naručite PCB ploču

Kad je dizajn dovršen, vrijeme je za naručivanje PCB -a na webu JLCPCB.com. Postupak je jednostavan, jer samo morate otići na JLCPCB.com, dodati dimenzije i slojeve vaše PCB ploče i kliknuti gumb QUOTE NOW.

JLCPCB su također pokrovitelji ovog projekta. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.), najveće je poduzeće za prototip PCB-a u Kini i visokotehnološki proizvođač specijaliziran za brze prototipe PCB-a i proizvodnju male serije PCB-a. Možete naručiti najmanje 5 PCB -a za samo 2 USD.

Morate generirati gerber datoteke svog projekta i staviti ih u ZIP datoteku. Klikom na gumb "dodaj svoju gerber datoteku" dizajn se učitava na web. Dimenzije i druge značajke se i dalje mogu promijeniti u ovom odjeljku.

Kada se učita, JLCPCB će provjeriti je li sve ispravno i prikazati prethodnu vizualizaciju obje strane ploče.

Nakon što smo se uvjerili da PCB izgleda dobro, sada možemo poslati narudžbu po razumnoj cijeni klikom na gumb "Spremi u košaricu".