Sistem za prikupljanje i vizualizaciju podataka za MotoStudent električni trkaći bicikl: 23 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

Sistem za prikupljanje podataka je zbirka hardvera i softvera koji rade zajedno kako bi prikupili podatke sa vanjskih senzora, pohranili ih i kasnije obradili tako da se mogu grafički vizualizirati i analizirati, omogućavajući inženjerima da izvrše potrebna prilagođavanja kako bi postigli najbolje performanse vozila ili uređaja.

Sistem za prikupljanje podataka radi zajedno sa sistemom za vizualizaciju podataka koji omogućava pilotu da vidi relevantne podatke u stvarnom vremenu za vožnju. Sastoji se od HMI ekrana koji komunicira sa sistemom za prikupljanje podataka radi preuzimanja i prikazivanja podataka sa njega.

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

Supplies

Mikrokontroler Texas Instruments F28069M C2000

Launchpad

Nextion Enhanced 5.0 '' ekran

PC sa Matlab softverom

GPS GY-GPS6MV2

AIM senzor ovjesa

Akcelerometar VMA204

Tastatura

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

MicroUSB_AB adapter

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-pinsko zaglavlje x3

4-pinsko zaglavlje x6

5-pinsko zaglavlje x3

Korak 1: Podloga za pokretanje mikrokontrolera Texas Instruments F28069M C2000

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

- USB sučelje za otklanjanje grešaka i programiranje

- Sučelje CAN sa integriranim primopredajnikom

- 14 ADC pinova (analogno -digitalni pretvarači)

- 34 GPIO pina (ulaz/izlaz opće namjene)

- 2 komunikacijska kanala sa serijskim protokolom (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.

Korak 2: PC sa Matlab softverom

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

Korak 3: Nextion Enhanced 5.0 '' ekran

Koristi se za prikazivanje najrelevantnijih informacija pilotu, kao i status sistema 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 drugih senzora. On šalje GPS podatke mikrokontroleru F28069M C2000 putem serijske komunikacije.

Korak 5: AIM senzor ovjesa

Instaliran na prednjem i stražnjem ovjesu, 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: Tastatura

Tastatura se koristi za odabir načina vožnje (ECO, Sport), konfiguriranje ekrana pilota i kontrolu vremena prikupljanja podataka.

Korak 8: USB

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

Korak 9: Induktivni senzor IME18-08BPSZC0S

Koristi se za brojanje impulsa magnetskog dijela kotača. Što je veća brzina, točkovi će napraviti više okretaja, a induktivni 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 varira ovisno o temperaturi. Najvažnija karakteristika je da se sastoji od platine i ima električni otpor 100 Ohma na 0ºC.

Korak 11: Regulatori napona

Sistemu su potrebna 4 različita regulatora napona kako bi se dobili nivoi napona potrebni za mikrokontroler i senzore:

LMR23615DRRR

Može pretvoriti iz napajanja širokog napona u fiksni izlazni napon. Za ovu aplikaciju potrebno nam je da napaja 3,3 V mikrokontrolerom Texas Instruments F28069M C2000.

LM25085AMY/NOPB

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

Jedan za napajanje 5 V na vanjske senzore kojima je potreban takav napon.

Drugi napaja 3,3 V vanjskim senzorima kojima je potreban takav napon.

Korak 12: FDD5614P Mosfet

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

Korak 13: Prekidač napajanja TPS2051BDBVR

Ova komponenta se koristi za sprečavanje kratkih spojeva. Kada izlazno opterećenje premaši granični limit struje ili postoji kratki spoj, uređaj ograničava izlaznu struju na siguran nivo prebacivanjem u način rada s konstantnom strujom. Ako se preopterećenje ne zaustavi, prekida napajanje.

Korak 14: LED diode i diode

LED diode se koriste za vizualizaciju da li sistem ima napajanje ili ne. Oni 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 kola

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

- Kondicioniranje signala za senzore:

o Niskopropusni filteri za sprečavanje elektromagnetskih smetnji koje ometaju signale. Granična frekvencija je 15Hz.

o Wheatstoneov most i instrumentalno pojačalo za temperaturni senzor pt100 da radi ispravno

- Komunikacijski pinovi za vanjske uređaje:

o SCI za ekran i GPS

o I2C za akcelerometar

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. Sistem je suvišan i takođe 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) Zaglavlja spoljašnjih uređaja

6) kondicioniranje signala temperaturnog osjetnika pt100

7) Napajanje senzora i vanjskih uređaja

Korak 23: Naručite PCB ploču

Kad je dizajn dovršen, vrijeme je da naručite PCB na web stranici JLCPCB.com. Postupak je jednostavan, samo morate otići na JLCPCB.com, dodati dimenzije i slojeve vaše PCB ploče i pritisnuti dugme CITIRAJ SAD.

JLCPCB su takođe sponzori ovog projekta. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.), najveće je poduzeće za izradu prototipa PCB-a u Kini i visokotehnološki proizvođač specijaliziran za brze prototipe PCB-a i proizvodnju malih serija 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 dugme „dodaj svoju gerber datoteku“dizajn se postavlja na web. Dimenzije i druge značajke se i dalje mogu promijeniti u ovom odjeljku.

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

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