Achiziționarea datelor și sistemul de vizualizare a datelor pentru o bicicletă electrică MotoStudent: 23 de pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Un sistem de achiziție de date este o colecție de hardware și software care lucrează împreună pentru a colecta date de la senzori externi, a le stoca și a le procesa ulterior, astfel încât să poată fi vizualizate grafic și analizate, permițând inginerilor să facă ajustările necesare pentru a obține cele mai bune performanțe. vehiculului sau dispozitivului.

Sistemul de achiziție de date funcționează împreună cu un sistem de vizualizare a datelor care permite pilotului să vadă datele relevante în timp real pentru conducere. Acesta constă într-un ecran HMI care comunică cu sistemul de achiziție de date pentru a prelua și afișa date din acesta.

Acest sistem comunică cu ECU-ul (unitatea de control a motorului) bicicletei și primește informații interne și variabile ale motorului de la acesta prin magistrala CAN. Folosește un USB pentru stocarea datelor primite, precum și datele preluate de la senzorii conectați la sistemul de achiziție de date.

Provizii

Microcontroler Texas Instruments F28069M C2000

Platforma de lansare

Ecran Nextion Enhanced 5.0”

PC cu software Matlab

GPS GY-GPS6MV2

Senzor de suspensie AIM

Accelerometru VMA204

Tastatura

USB

Senzor inductiv IME18-08BPSZC0S

Regulator de tensiune LMR23615DRRR

Regulator de tensiune LM25085AMY / NOPB

Regulator de tensiune MAX16903SAUE50 x2

Senzor de temperatură pt100

5-103669-9 conector x1

5-103639-3 conector x1

5-103669-1 conector x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P Mosfet

TPS2051BDBVR Comutator de alimentare

Adaptor MicroUSB_AB

SBRD10200TR Diodă

Rezistor 1K Ohm x5

Rezistor 10K Ohm

Rezistor 100 Ohm x1

Rezistor 100k Ohm x7

Rezistor 51K Ohm

Rezistor 22, 1 K Ohm x2

Rezistor 6 Kohm x2

Rezistor 6K8 Ohm x2

Rezistor 2.55K Ohm

Rezistor 38,3K Ohm x1

Rezistor 390 Ohm x1

Rezistor 20K Ohm x2

rezistor 33K Ohm x2

Condensator 15 uF x5

Condensator 10 uF x3

Condensator 4.7uF x4

Condensator 47uF x2

Condensator 68uF

Condensator 0.1uF x1

Condensator 1nF x1

Condensator 100nf x1

Condensator 470nF x1

Condensator 2.2uF x2

Condensator 220 uf x1

Condensator 100uF x1

Inductor 22uH x1

Inductor 4.5uH x1

Inductor 4.7uH x1

Inductor 3.3uHx1

Amplificator instrumental AD620

Antet cu 2 pini x3

Antet cu 4 pini x6

Antet cu 5 pini x3

Pasul 1: Microcontroler Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Acest microcontroler este încorporat într-o placă de dezvoltare ale cărei caracteristici îl fac potrivit pentru dezvoltarea de aplicații precum sistemul de achiziție de date și ECU:

- Interfață de depanare și programare USB

- Interfață CAN bus cu transceiver integrat

- 14 pini ADC (convertoare analogice la digitale)

- 34 pini GPIO (intrare / ieșire de uz general)

- 2 canale de comunicare serial protocol (SCI)

- 2 canale de comunicare protocol I2C

- Programare cu software-ul gratuit Code Composer Studio

Gestionează senzorii externi, GPS-ul, stocarea datelor în USB, comunicarea cu ECU și comunicarea cu ecranul tabloului de bord.

Pasul 2: PC cu software Matlab

Software-ul Matlab este utilizat pentru a procesa și analiza datele stocate în USB. Poziția și traiectoria bicicletei pot fi vizualizate împreună cu valoarea senzorilor, simultan, așa cum se poate vedea pe imagine.

Pasul 3: Ecran Nextion Enhanced 5.0”

Este folosit pentru a arăta cele mai relevante informații pilotului, precum și starea sistemelor bicicletei. Acesta primește datele de la microcontrolerul F28069M C2000 prin comunicații seriale.

Pasul 4: GPS GY-GPS6MV2

GPS-ul obține poziția instantanee a bicicletei, astfel încât traiectoria ei să poată fi trasată ulterior în software-ul Matlab împreună cu valorile celorlalți senzori. Trimite datele GPS către microcontrolerul F28069M C2000 prin comunicații seriale.

Pasul 5: senzor de suspensie AIM

Instalat pe suspensia față și spate, deplasarea suspensiei bicicletei poate fi măsurată.

Pasul 6: Accelerometru VMA204

Este folosit pentru a măsura accelerația și forțează bicicleta să reziste în axele x, y și z. Trimite datele de accelerație către microcontrolerul F28069M C2000 prin intermediul comunicației de magistrală I2C.

Pasul 7: Tastatura

Tastatura este utilizată pentru a selecta modul de conducere (ECO, Sport), pentru a configura ecranul pilotului și pentru a controla timpul de achiziție a datelor.

Pasul 8: USB

Stochează datele de la senzori, GPS și ECU.

Pasul 9: senzor inductiv IME18-08BPSZC0S

Este folosit pentru a număra impulsurile unei părți magnetice a roții. Cu cât viteza este mai mare, cu atât roțile vor face mai multe rotații și cu atât mai multe impulsuri vor conta senzorul inductiv. Așa funcționează măsurarea vitezei.

Diagrama conexiunii este afișată pe imagine.

Pasul 10: Senzor de temperatură Pt100

Senzorii pt100 sunt un tip specific de detectoare de temperatură. Își variază rezistența în funcție de temperatură. Cea mai importantă caracteristică este că este compusă din platină și are o rezistență electrică de 100 Ohm la 0 ° C.

Pasul 11: Regulatoare de tensiune

Sistemul are nevoie de 4 regulatoare de tensiune diferite pentru a obține nivelurile de tensiune necesare pentru microcontroler și senzori:

LMR23615DRRR

Se poate converti dintr-o gamă largă de tensiune la o tensiune de ieșire fixă. Pentru această aplicație, avem nevoie de aceasta pentru a furniza 3,3 V microcontrolerului Texas Instruments F28069M C2000.

LM25085AMY / NOPB

Se poate converti dintr-o gamă largă de tensiune la o tensiune de ieșire fixă. Pentru această aplicație, avem nevoie de aceasta pentru a furniza 5 V microcontrolerului Texas Instruments F28069M C2000.

MAX16903SAUE50

Se poate converti dintr-o gamă largă de tensiune la o tensiune de ieșire fixă. Pentru această aplicație, avem nevoie de 2 dintre ele:

Unul pentru a furniza 5 V senzorilor externi care necesită o astfel de tensiune.

Celălalt furnizează 3,3 V senzorilor externi care necesită o astfel de tensiune.

Pasul 12: FDD5614P Mosfet

Un MOSFET este un dispozitiv semiconductor similar cu un tranzistor utilizat pentru comutarea semnalelor.

Pasul 13: Comutator de alimentare TPS2051BDBVR

Această componentă este utilizată pentru a preveni scurtcircuitele. Când sarcina de ieșire depășește pragul limită de curent sau este prezent un scurtcircuit, dispozitivul limitează curentul de ieșire la un nivel sigur prin trecerea într-un mod de curent constant. Dacă supraîncărcarea nu se oprește, aceasta întrerupe tensiunea de alimentare.

Pasul 14: LED-uri și diode

LED-urile sunt folosite pentru a vizualiza dacă sistemul are putere sau nu. De asemenea, mențin curentul care curge într-o singură direcție, prevenind polarizarea greșită a circuitului.

Diodele funcționează ca un LED, dar fără lumină; ele mențin curentul care curge într-o singură direcție, prevenind polarizarea greșită a circuitului.

Pasul 15: Conectori, anteturi de pin și adaptoare

Placa PDB necesită o anumită cantitate de conectori, anteturi pin și adaptoare de diferite caracteristici pentru a funcționa și a se integra cu diferitele dispozitive periferice. Unitățile utilizate sunt următoarele:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

Pasul 16: Rezistoare, condensatoare, inductoare

Elementele de bază pentru orice circuit electronic

Pasul 17: Proiectarea schematică a plăcii: Conectori externi pentru alimentare și comunicare CAN

Pasul 18: Schematich Proiectarea plăcii: Microcontroler Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Oferind:

- Conexiunea senzorului, prin anteturi pin de diferite dimensiuni pentru intrări analogice și digitale

- Condiționarea semnalului pentru senzori:

o Filtre de trecere joasă pentru prevenirea interferențelor electromagnetice pentru a perturba semnalele. Frecvența de întrerupere este de 15Hz.

o Podul Wheatstone și un amplificator instrumental pentru ca senzorul de temperatură pt100 să funcționeze corect

- Pinii de comunicare pentru dispozitive externe:

o SCI pentru ecran și GPS

o I2C pentru accelerometru

Pasul 19: Proiectarea Schematich a plăcii: sursă de alimentare a microcontrolerului

Prin intermediul regulatoarelor de tensiune, care convertesc 24V (tensiune redusă provenită de la baterie) la 3,3V (LMR23615DRRR) și 5V (LM25085AMY / NOPB)

Pasul 20: Schematich Proiectarea plăcii: Conexiune USB

Pasul 21: Proiectarea schematică a plăcii: sursa de alimentare a senzorilor și a dispozitivelor externe

Prin intermediul regulatoarelor de tensiune (MAX16903SAUE50), care

convertiți 24V (tensiune scăzută provenită de la baterie) la 3,3V și 5V. Sistemul este redundant și poate furniza, de asemenea, energie microcontrolerului în cazul în care regulatorul său de tensiune cedează.

Pasul 22: Proiectați placa PCB

1) Sursa de alimentare pentru microcontroler

2) Microcontroler Texas Instruments F28069M C2000 launchpad

3) Intrări digitale și analogice și filtrare a semnalului (3.1)

4) Conexiune USB

5) Dispozitivele externe fixează anteturile

6) condiționarea semnalului senzorului de temperatură pt100

7) Alimentare pentru senzori și dispozitive externe

Pasul 23: Comandați placa PCB

După finalizarea designului, este timpul să comandați PCB-ul pe web JLCPCB.com. Procesul este simplu, deoarece trebuie doar să accesați JLCPCB.com, să adăugați dimensiunile și straturile plăcii PCB și să faceți clic pe butonul CITAȚI ACUM.

JLCPCB sunt, de asemenea, sponsori ai acestui proiect. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.), este cea mai mare întreprindere de prototipuri PCB din China și un producător de înaltă tehnologie specializat în producția de prototipuri rapide PCB și producția de PCB cu lot mic. Puteți comanda minimum 5 PCB-uri pentru doar 2 USD.

Trebuie să generați fișierele gerber ale proiectului dvs. și să le puneți într-un fișier ZIP. Făcând clic pe butonul „Adăugați fișierul dvs. gerber”, designul este încărcat pe web. Dimensiunile și alte caracteristici pot fi modificate în continuare în această secțiune.

Când este încărcat, JLCPCB va verifica dacă totul este corect și va afișa o vizualizare anterioară a ambelor părți ale tabloului.

După ce ne-am asigurat că PCB arată bine, acum putem plasa comanda la un preț rezonabil dând clic pe butonul „Salvare în coș”.