EBike merač výkonu: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Nedávno som prerobil horský bicykel na elektrobicykel. Konverzia prebehla relatívne hladko, takže po dokončení projektu som naskočil a vydal som sa na plavbu po shakedowne. Stále som sledoval indikátor nabitia batérie, pretože som nevedel, ako ďaleko môžem očakávať, že bicykel bude fungovať na batériu. Asi v čase, keď merač výkonu ukázal 80%, sa so mnou cítil celkom dobre, pretože som prešiel veľa ciest, som sa zastavil s vybitou batériou. Nešťastný hovor výrobcovi vyústil do slov ako „Ach, indikátor batérie naozaj nie je dobrý na veľa - technológia tam ešte nie je“. Potreboval som lepšie ako to.

Chcel som vedieť, ktorý prevodový stupeň mi dáva najlepšiu účinnosť, koľko stojí protivietor v kapacite batérie, aký výkonový stupeň prináša najviac kilometrov, skutočne pomôže pedál, ak áno, koľko? Stručne povedané, chcel som vedieť, či ma batéria dostane domov. Trochu zásadné, čo si myslíš?

Tento projekt je výsledkom mojej dlhej cesty domov poháňanej pedálom. Tento malý modul je v zásade umiestnený medzi batériou a vstupom napájania na elektrobicykel, aby monitoroval prúd a napätie batérie. Informácie o rýchlosti navyše poskytuje snímač rýchlosti kolies. S touto sadou údajov zo senzorov sa vypočítajú a zobrazia nasledujúce hodnoty:

• Okamžitá účinnosť - meraná v kilometroch na ampérhodinu spotreby batérie
• Priemerná účinnosť - od začiatku tejto cesty, km/AH
• Celkový počet ampérhodín použitých od posledného nabitia
• Prúd batérie
• Napätie batérie

Krok 1: Dôležité údaje

Okamžitá účinnosť rieši všetky moje otázky o tom, ako minimalizovať spotrebu batérie. Vidím efekt ťažšieho šliapania do pedálov, pridania väčšej e-sily, zmeny prevodových stupňov alebo boja s protivetrom. Priemerná účinnosť pri súčasnej ceste (od zapnutia) mi môže pomôcť odhadnúť približný výkon, ktorý bude potrebný na návrat domov.

Celkový počet AmpHours použitých od posledného nabitia je rozhodujúci pre návrat domov. Viem, že moja batéria má (má byť) 10 AH, takže stačí, aby som mentálne odpočítal zobrazený údaj od 10, aby som poznal svoju zostávajúcu kapacitu. (Neurobil som to v softvéri, aby som ukázal zostávajúci AH, aby systém fungoval s batériou akejkoľvek veľkosti, a neverím, že moja batéria má 10 AH.)

Spotreba prúdu batérie je zaujímavá, pretože môže ukázať, ako tvrdo motor pracuje. Niekedy môže krátke strmé stúpanie alebo piesčitý úsek rýchlo vybiť batériu. Zistíte, že niekedy je lepšie zosadnúť a vytlačiť bicykel do prudkého stúpania, ako siahnuť po tej lákavej plynovej páčke.

Napätie batérie je záložným indikátorom stavu batérie. Moja 14 -článková batéria sa takmer úplne vybije, keď napätie dosiahne 44 voltov. Pod 42 voltov riskujem poškodenie článkov.

Tiež je zobrazený obrázok môjho displeja namontovaného pod štandardným displejom Bafang C961, ktorý je dodávaný s motorovým systémom BBSHD. Všimnite si toho, že C961 ma šťastne uisťuje, že mám plnú batériu, zatiaľ čo v skutočnosti je batéria vybitá o 41% (4,1 AH z batérie 10 AH).

Krok 2: Blokový diagram a schéma

Bloková schéma systému ukazuje, že merač výkonu eBike je možné použiť s akýmkoľvek systémom napájania z batérie / eBike. Vyžaduje sa pridanie štandardného snímača rýchlosti bicykla.

Podrobnejší blokový diagram ilustruje kľúčové bloky obvodov, ktoré obsahujú merač energie eBike. 2x16 znakový 1602 LCD monitor je vybavený doskou rozhrania PCF8574 I2C.

Okruh je veľmi jednoduchý. Väčšina rezistorov a kondenzátorov je 0805 pre jednoduchú manipuláciu a spájkovanie. Konvertor DC-DC Buck musí byť zvolený tak, aby vydržal 60 V výstup batérie. Výstup 6,5 voltov je zvolený tak, aby prekročil výpadkové napätie palubného 5 -voltového regulátora na zariadení Arduino Pro Micro. LMV321 má výstup železnica na koľajnicu. Zisk obvodu snímača prúdu (16,7) je zvolený tak, aby 30 ampérov cez odporový snímací odpor 0,01 Ohm vychádzalo na 5 voltov. Súčasný snímací odpor by mal byť dimenzovaný na maximálne 9 wattov pri 30 ampéroch, avšak vzhľadom na to, že by som toľko energie nepoužil (1,5 kilowattu), vybral som si 2 wattový odpor, ktorý je dimenzovaný na asi 14 ampérov (výkon motora 750 wattov)).

Krok 3: DPS

Rozloženie PCB bolo vykonané tak, aby sa minimalizovala veľkosť projektu. Spínaný zdroj DC-DC je na hornej strane dosky. Analógový zosilňovač prúdu je na spodnej strane. Po montáži sa kompletná doska zapojí do Arduino Pro Micro pomocou piatich (RAW, VCC, GND, A2, A3) pevných vodičov, ktoré sú odrezané z rezistorov s otvorom. Magnetický snímač kolies je pripojený priamo k vývodu Arduino „7“(takto označený) a uzemneniu. Na spájanie so snímačom rýchlosti spájkujte krátky pigtail a 2 -kolíkový konektor. Pridajte ďalší pigtail do 4 -pinového konektora pre LCD.

Doska rozhrania LCD a I2C je namontovaná v plastovom kryte a pripevnená k riadidlám (použil som tavné lepidlo).

Doska je k dispozícii na OshPark.com - v skutočnosti získate 3 dosky za menej ako 4 doláre vrátane dopravy. Títo chlapci sú najlepší!

Stručné sidenotes - Na schematické zachytenie a rozloženie som použil DipTrace. Pred niekoľkými rokmi som vyskúšal všetky dostupné balíky bezplatného schematického zachytávania / rozloženia DPS a usadil som sa na DipTrace. Minulý rok som urobil podobný prieskum a dospel som k záveru, že pre mňa je víťazom DipTrace, ruky dole.

Za druhé, dôležitá je montážna orientácia snímača kolesa. Os senzora musí byť pri jeho prechode senzorom kolmá na dráhu magnetu, inak dostanete dvojitý impulz. Alternatívou je namontovať snímač tak, aby jeho koniec smeroval k magnetu.

Nakoniec, ako mechanický spínač, snímač zvoní viac ako 100 us.

Krok 4: Softvér

Projekt používa Arduino Pro Micro s procesorom ATmega32U4. Tento mikrokontrolér má o niečo viac zdrojov ako bežnejší procesor Arduino ATmega328P. Musí byť nainštalovaný Arduino IDE (integrovaný vývojový systém). Nastavte IDE pre NÁSTROJE | DOSKA | LEONARDO. Ak nie ste oboznámení s prostredím Arduino, nenechajte sa tým odradiť. Inžinieri v Arduino a celosvetová rodina prispievateľov vytvorili skutočne ľahko použiteľný systém vývoja mikrokontrolérov. Na urýchlenie akéhokoľvek projektu je k dispozícii veľké množstvo vopred testovaného kódu. Tento projekt používa niekoľko knižníc napísaných prispievateľmi; Prístup EEPROM, komunikácia I2C a ovládanie a tlač na LCD displeji.

Pravdepodobne budete musieť upraviť kód, aby ste zmenili napríklad priemer kolesa. Skočiť dovnútra!

Kód je relatívne jednoduchý, ale nie jednoduchý. Pochopenie môjho prístupu bude pravdepodobne chvíľu trvať. Snímač kolies je poháňaný prerušovaním. Odpojovač snímača kolies používa ďalšie prerušenie z časovača. Tretie pravidelné prerušenie tvorí základ plánovača úloh.

Testovanie na lavičke je jednoduché. Na simuláciu senzora rýchlosti som použil 24voltový zdroj energie a generátor signálu.

Kód obsahuje kritické upozornenie na vybitú batériu (blikajúci displej), popisné komentáre a veľkorysé správy o ladení.

Krok 5: Zabaľte to všetko

Podložka označená „MTR“prechádza k kladnému spojeniu s obvodmi riadenia motora. Podložka označená „BAT“prechádza na kladnú stranu batérie. Spätné zvody sú bežné a na opačnej strane PWB.

Keď je všetko testované, uzatvorte zostavu v zmršťovacej fólii a nainštalujte ju medzi batériu a ovládač motora.

Upozorňujeme, že konektor USB na zariadení Arduino Pro Micro zostane prístupný. Ten konektor je dosť krehký, a preto som ho vystužil výdatnou aplikáciou tavného lepidla.

Ak sa ho rozhodnete vybudovať, kontaktujte najnovší softvér.

Na záver je nešťastné, že komunikačný protokol medzi ovládačom motora Bafang a zobrazovacou konzolou nie je k dispozícii, pretože ovládač „pozná“všetky údaje, ktoré tento hardvérový obvod zbiera. Vzhľadom na protokol by bol projekt oveľa jednoduchší a čistejší.

Krok 6: Zdroje

Súbory DipTrace - budete si musieť stiahnuť a nainštalovať bezplatnú verziu programu DipTrace a potom importovať schému a rozloženie zo súborov.asc. Súbory Gerber sú zahrnuté v samostatnom priečinku -

Arduino - Stiahnite si a nainštalujte príslušnú verziu IDE -

Krabička, krabička do skrinky na projekt pre plastovú elektroniku pre domácich majstrov, 3,34 palca d x 1,96 palca x 0,83 palca H -

LM5018-https://www.digikey.com/product-detail/en/texas-in…

LMV321 -

Induktor-https://www.digikey.com/product-detail/en/wurth-el…

LCD -

Rozhranie I2C -

Arduino Pro Micro -