Systém získavania a vizualizácie údajov pre elektrický závodný bicykel MotoStudent: 23 krokov

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

Systém získavania údajov je súbor hardvéru a softvéru, ktoré spolupracujú na zbere údajov z externých senzorov, ich následnom uložení a spracovaní tak, aby ich bolo možné graficky vizualizovať a analyzovať, čo umožňuje inžinierom vykonať potrebné úpravy na dosiahnutie najlepšieho výkonu. vozidla alebo zariadenia.

Systém získavania údajov spolupracuje so systémom vizualizácie údajov, ktorý umožňuje pilotovi vidieť relevantné údaje o jazde v reálnom čase. Skladá sa z obrazovky HMI, ktorá komunikuje so systémom získavania údajov, aby z neho získala a zobrazila údaje.

Tento systém komunikuje s ECU (riadiacou jednotkou motora) motocykla a prijíma z neho interné informácie a premenné motora prostredníctvom zbernice CAN. USB používa na ukladanie prijatých údajov, ako aj údajov načítaných zo senzorov pripojených k systému získavania údajov.

Zásoby

Mikrokontrolér Texas Instruments F28069M C2000

Launchpad

Obrazovka Nextion Enhanced 5,0"

PC so softvérom Matlab

GPS GY-GPS6MV2

Senzor odpruženia AIM

Akcelerometer VMA204

Klávesnica

USB

Indukčný snímač IME18-08BPSZC0S

Regulátor napätia LMR23615DRRR

Regulátor napätia LM25085AMY/NOPB

Regulátor napätia MAX16903SAUE50 x2

Snímač teploty pt100

Konektor 5-103669-9 x1

Konektor 5-103639-3 x1

Konektor 5-103669-1 x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P Mosfet

Vypínač TPS2051BDBVR

MicroUSB_AB adaptér

Dióda SBRD10200TR

Rezistor 1K ohm x5

Rezistor 10K Ohm

Rezistor 100 ohmov 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

odpor 33K Ohm x2

Kondenzátor 15 uF x5

Kondenzátor 10 uF x3

Kondenzátor 4,7uF x4

Kondenzátor 47uF x2

Kondenzátor 68uF

Kondenzátor 0,1 uF x1

Kondenzátor 1nF x1

Kondenzátor 100nf x1

Kondenzátor 470nF x1

Kondenzátor 2,2 uF x2

Kondenzátor 220 uf x1

Kondenzátor 100uF x1

Induktor 22uH x1

Induktor 4,5uH x1

Induktor 4,7uH x1

Induktor 3,3uHx1

Prístrojový zosilňovač AD620

2-kolíková hlavička x3

4-kolíkový záhlavie x6

5-kolíkový záhlavie x3

Krok 1: Mikrokontrolér Launchpad Texas Instruments F28069M C2000

Tento mikrokontrolér je zabudovaný do vývojovej dosky, ktorej vlastnosti ho predurčujú na vývoj aplikácií, ako je systém získavania údajov a ECU:

- Rozhranie ladenia a programovania USB

- Rozhranie zbernice CAN s integrovaným transceiverom

- 14 pinov ADC (analógovo -digitálne prevodníky)

- 34 pinov GPIO (vstup/výstup univerzálneho účelu)

- 2 komunikačné kanály sériového protokolu (SCI)

- 2 komunikačné kanály protokolu I2C

- Programovanie pomocou bezplatného softvéru Code Composer Studio

Spravuje externé senzory, GPS, ukladanie údajov na USB, komunikáciu s ECU a komunikáciu s obrazovkou palubnej dosky.

Krok 2: PC so softvérom Matlab

Na spracovanie a analýzu dát uložených na USB sa používa softvér Matlab. Polohu a trajektóriu bicykla je možné vizualizovať spolu s hodnotou senzorov súčasne, ako je vidieť na obrázku.

Krok 3: 5,0 palcová vylepšená obrazovka Nextion

Slúži na zobrazenie najdôležitejších informácií pilotovi, ako aj stavu systémov motocykla. Údaje prijíma z mikrokontroléra F28069M C2000 prostredníctvom sériovej komunikácie.

Krok 4: GPS GY-GPS6MV2

GPS dostane okamžitú polohu bicykla, takže jeho trajektóriu je možné potom vykresliť v softvéri Matlab spolu s hodnotami ostatných senzorov. Údaje GPS odosiela do mikrokontroléra F28069M C2000 prostredníctvom sériovej komunikácie.

Krok 5: Senzor odpruženia AIM

Inštalácia na predné a zadné zavesenie môže merať zdvihový objem bicykla.

Krok 6: Akcelerometer VMA204

Slúži na meranie zrýchlenia a síl, ktorým bicykel odoláva v osiach x, y a z. Údaje o zrýchlení odosiela do mikrokontroléra F28069M C2000 prostredníctvom komunikácie I2C zbernice.

Krok 7: Klávesnica

Klávesnica sa používa na výber režimu jazdy (ECO, Šport), konfiguráciu obrazovky pilota a ovládanie časov získavania údajov.

Krok 8: USB

Ukladá údaje zo senzorov, GPS a ECU.

Krok 9: Indukčný snímač IME18-08BPSZC0S

Slúži na počítanie impulzov magnetickej časti kolesa. Čím vyššia je rýchlosť, tým viac zákrut urobia kolesá a čím viac impulzov bude počítať indukčný senzor. Takto funguje meranie rýchlosti.

Schéma zapojenia je zobrazená na obrázku.

Krok 10: Snímač teploty Pt100

Senzory pt100 sú špecifickým typom teplotných detektorov. V závislosti od teploty mení svoj odpor. Najdôležitejšou vlastnosťou je, že je zložený z platiny a má elektrický odpor 100 Ohm pri 0 ° C.

Krok 11: Regulátory napätia

Systém potrebuje 4 rôzne regulátory napätia, aby získal úrovne napätia potrebné pre mikrokontrolér a senzory:

LMR23615DRRR

Je schopný previesť zo zdroja širokého rozsahu napätia na pevné výstupné napätie. Pre túto aplikáciu potrebujeme, aby napájala 3,3 V do mikrokontroléra Texas Instruments F28069M C2000.

LM25085AMY/NOPB

Je schopný previesť zo zdroja širokého rozsahu napätia na pevné výstupné napätie. Pre túto aplikáciu potrebujeme, aby napájala 5 V do mikrokontroléra Texas Instruments F28069M C2000.

MAX16903SAUE50

Je schopný previesť zo zdroja širokého rozsahu napätia na pevné výstupné napätie. Na túto aplikáciu potrebujeme 2 z nich:

Jeden na napájanie 5 V k externým snímačom, ktoré vyžadujú také napätie.

Druhý dodáva napätie 3,3 V externým snímačom, ktoré vyžadujú také napätie.

Krok 12: FDD5614P Mosfet

MOSFET je polovodičové zariadenie podobné tranzistoru používané na komutáciu signálov.

Krok 13: Spínač napájania TPS2051BDBVR

Tento komponent sa používa na zabránenie skratom. Keď výstupné zaťaženie prekročí prahovú hodnotu prúdu alebo je prítomný skrat, zariadenie obmedzí výstupný prúd na bezpečnú úroveň prepnutím do režimu konštantného prúdu. Ak sa preťaženie nezastaví, preruší napájacie napätie.

Krok 14: LED diódy a diódy

LED diódy slúžia na zobrazenie toho, či je systém napájaný alebo nie. Tiež udržujú prúd tečúci iba v jednom smere, čím predchádzajú nesprávnej polarizácii obvodu.

Diódy fungujú ako LED, ale bez svetla; udržujú prúd tečúci iba v jednom smere, čím predchádzajú nesprávnej polarizácii obvodu.

Krok 15: Konektory, záhlavia pinov a adaptéry

Aby doska PDB fungovala a integrovala sa s rôznymi periférnymi zariadeniami, vyžaduje určité množstvo konektorov, záhlaví pinov a adaptérov rôznych charakteristík. Použité jednotky sú tieto:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

Krok 16: Rezistory, kondenzátory, induktory

Základy pre akýkoľvek elektronický obvod

Krok 17: Schematich Design dosky: externé konektory pre napájanie a komunikáciu CAN

Krok 18: Schematich Design dosky: Mikrokontrolér Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Obsahuje:

- Pripojenie senzora pomocou kolíkových konektorov rôznych veľkostí pre analógové a digitálne vstupy

- Kondicionovanie signálu pre senzory:

o Nízkopriepustné filtre na zabránenie rušeniu signálov elektromagnetickým rušením. Medzná frekvencia je 15 Hz.

o Wheatstoneov most a inštrumentálny zosilňovač pre správnu funkciu teplotného senzora pt100

- Komunikačné piny pre externé zariadenia:

o SCI pre obrazovku a GPS

o I2C pre akcelerometer

Krok 19: Schematichov návrh dosky: Napájanie mikrokontroléra

Prostredníctvom regulátorov napätia, ktoré prevádzajú 24 V (nízke napätie prichádzajúce z batérie) na 3,3 V (LMR23615DRRR) a 5 V (LM25085AMY/NOPB)

Krok 20: Schematich Design dosky: pripojenie USB

Krok 21: Schematich Design dosky: Napájanie senzorov a externých zariadení

Prostredníctvom regulátorov napätia (MAX16903SAUE50), ktoré

previesť 24 V (nízke napätie prichádzajúce z batérie) na 3,3 V a 5 V. Systém je nadbytočný a môže tiež napájať mikrokontrolér v prípade, že zlyhá jeho regulátor napätia.

Krok 22: Navrhnite dosku plošných spojov

1) Napájanie mikrokontroléra

2) Mikroprocesorový odpalovací panel Texas Instruments F28069M C2000

3) Digitálne a analógové vstupy a filtrovanie signálu (3.1)

4) Pripojenie USB

5) Hlavičky pinov externých zariadení

6) Kondicionovanie signálu snímača teploty pt100

7) Napájanie senzorov a externých zariadení

Krok 23: Objednajte si dosku plošných spojov

Keď je návrh dokončený, je čas objednať si DPS na webe JLCPCB.com. Tento proces je jednoduchý, stačí prejsť na stránku JLCPCB.com, pridať rozmery a vrstvy dosky plošných spojov a kliknúť na tlačidlo CITOVAŤ HNED.

JLCPCB sú tiež sponzorom tohto projektu. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.) je najväčší prototypový podnik plošných spojov v Číne a výrobca špičkových technológií špecializujúci sa na rýchlu výrobu prototypov plošných spojov a malosériovú výrobu plošných spojov. Môžete si objednať minimálne 5 DPS za pouhých 2 doláre.

Musíte vygenerovať Gerberove súbory vášho projektu a vložiť ich do súboru ZIP. Kliknutím na tlačidlo „pridať súbor Gerber“sa návrh odovzdá na web. Rozmery a ďalšie funkcie je možné v tejto sekcii stále meniť.

Po nahraní JLCPCB skontroluje, či je všetko správne, a zobrazí predchádzajúcu vizualizáciu oboch strán dosky.

Potom, čo sa ubezpečíme, že DPS vyzerá dobre, môžeme teraz vykonať objednávku za rozumnú cenu kliknutím na tlačidlo „Uložiť do košíka“.