EBike Power Meter: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Nedávno jsem přestavěl horské kolo na elektrokolo. Konverze proběhla relativně hladce, takže po dokončení projektu jsem naskočil a vydal se na shakedown plavbu. Dával jsem pozor na indikátor nabití baterie, nevěděl jsem, jak daleko očekávat, že kolo bude fungovat na baterii. Zhruba v době, kdy měřič výkonu ukázal 80%, se cítím docela dobře, protože jsem ušel dlouhou cestu, zastavil jsem se s vybitou baterií. Nešťastný hovor výrobci vyústil ve slova „Ach, indikátor baterie opravdu není moc dobrý - technologie tam zatím není“. Potřeboval jsem lepší než to.

Chtěl jsem vědět, který převodový stupeň mi poskytl nejlepší účinnost, kolik stál protivítr v kapacitě baterie, jaká úroveň výkonu dodává nejvíce kilometrů, opravdu pomáhá šlapat, pokud ano, jak moc? Stručně řečeno, chtěl jsem vědět, jestli mě moje baterie dostane domů. Docela zásadní, co myslíš?

Tento projekt je výsledkem mé dlouhé cesty domů poháněné pedály. Tento malý modul je v podstatě umístěn mezi baterií a vstupem pro napájení elektrokola, aby sledoval proud a napětí baterie. Informace o rychlosti navíc poskytuje snímač rychlosti kola. S touto sadou dat ze senzorů se vypočítají a zobrazí následující hodnoty:

• Okamžitá účinnost - měřeno v kilometrech za ampérhodinu spotřeby baterie
• Průměrná účinnost - od zahájení této cesty, km/AH
• Celkový počet AmpHours použitých od posledního nabití
• Proud baterie
• Napeti baterky

Krok 1: Důležitá data

Okamžitá účinnost řeší všechny mé otázky o tom, jak minimalizovat spotřebu baterie. Vidím efekt silnějšího šlapání, přidání větší e-síly, přeřazení nebo boj s protivětrem. Průměrná účinnost aktuální cesty (od zapnutí) mi může pomoci odhadnout přibližný výkon, který bude potřeba k návratu domů.

Celkový počet AmpHours použitých od posledního nabití je rozhodující pro návrat domů. Vím, že moje baterie má (má být) 10 AH, takže mi nezbývá než mentálně odečíst zobrazený údaj od 10, abych poznal svou zbývající kapacitu. (Neudělal jsem to v softwaru, abych ukázal zbývající AH, aby systém fungoval s baterií libovolné velikosti, a nevěřím, že má baterie 10 AH.)

Spotřeba proudu baterie je zajímavá, protože může ukázat, jak tvrdě motor pracuje. Někdy může krátké prudké stoupání nebo písečný úsek rychle vybít baterii. Zjistíte, že někdy je lepší sesednout a zatlačit kolo do prudkého stoupání, než sáhnout po té lákavé plynové páčce.

Napětí baterie je záložním indikátorem stavu baterie. Moje 14článková baterie bude téměř úplně vybitá, když napětí dosáhne 44 voltů. Pod 42 voltů riskuji poškození článků.

Je také zobrazen obrázek mého displeje namontovaného pod standardní displej Bafang C961, který je dodáván s motorovým systémem BBSHD. Všimněte si, že C961 mě šťastně uklidňuje, že mám plnou baterii, zatímco ve skutečnosti byla baterie vybitá o 41% (4,1 AH z baterie 10 AH).

Krok 2: Blokový diagram a schéma

Blokové schéma systému ukazuje, že měřič výkonu eBike lze použít s jakýmkoli napájecím systémem baterie / eBike. Je vyžadováno přidání standardního snímače rychlosti jízdního kola.

Podrobnější blokové schéma ukazuje klíčové bloky obvodů, které tvoří měřič výkonu eBike. 2x16 znakový 1602 LCD má připojenou desku rozhraní PCF8574 I2C.

Obvod je velmi přímočarý. Většina odporů a kondenzátorů je 0805 pro snadnou manipulaci a pájení. Převodník DC-DC buck musí být vybrán tak, aby vydržel výstup 60voltové baterie. Výstup 6,5 voltů je zvolen tak, aby překročil výpadkové napětí integrovaného 5voltového regulátoru na Arduino Pro Micro. LMV321 má výstup rail to rail. Zisk obvodu snímače proudu (16,7) je zvolen tak, aby 30 A přes odporový snímač proudu 0,01 Ohm vydávalo 5 voltů. Aktuální snímací odpor by měl být dimenzován na maximálně 9 W při 30 A, nicméně v domnění, že bych nevyužil tolik energie (1,5 kilowattů), jsem zvolil 2 W odpor, který je dimenzován na přibližně 14 A (výkon motoru 750 W)).

Krok 3: PCB

Rozvržení desky plošných spojů bylo provedeno za účelem minimalizace velikosti projektu. Spínací zdroj DC-DC je na horní straně desky. Analogový zesilovač proudu je na spodní straně. Po sestavení se hotová deska zapojí do Arduino Pro Micro pomocí pěti (RAW, VCC, GND, A2, A3) pevných vodičů oříznutých z průchozích odporů. Magnetický snímač kola je připojen přímo k pinu Arduino „7“(takto označeno) a uzemnění. Pájením spojte krátký pigtail a 2kolíkový konektor se snímačem rychlosti. Přidejte další pigtail do 4pinového konektoru pro LCD.

Deska rozhraní LCD a I2C je namontována v plastovém krytu a připevněna k řídítkům (použil jsem tavné lepidlo).

Deska je k dispozici na OshPark.com - ve skutečnosti získáte 3 desky za méně než 4 $ včetně dopravy. Tito kluci jsou nejlepší!

Stručné sidenotes - DipTrace jsem použil pro schematické zachycení a rozvržení. Před několika lety jsem vyzkoušel všechny dostupné freewarové schematické záběry / rozvržení desek plošných spojů a usadil jsem se na DipTrace. V loňském roce jsem provedl podobný průzkum a dospěl k závěru, že pro mě byla DipTrace s rukama dolů vítězem.

Za druhé, důležitá je montážní orientace snímače kola. Osa senzoru musí být při průchodu senzorem kolmá na dráhu magnetu, jinak dostanete dvojitý puls. Alternativou je namontovat snímač tak, aby jeho konec směřoval k magnetu.

Jako mechanický spínač senzor zazvoní na více než 100 us.

Krok 4: Software

Projekt využívá Arduino Pro Micro s procesorem ATmega32U4. Tento mikrokontrolér má o něco více zdrojů než běžnější procesor Arduino ATmega328P. Musí být nainstalován Arduino IDE (Integrovaný vývojový systém). Nastavte IDE pro NÁSTROJE | DESKA | LEONARDO. Pokud nejste obeznámeni s prostředím Arduino, nenechte se tím odradit. Inženýři ve společnosti Arduino a celosvětová rodina přispěvatelů vytvořili skutečně snadno použitelný vývojový systém pro mikrokontroléry. K urychlení jakéhokoli projektu je k dispozici obrovské množství předem testovaného kódu. Tento projekt používá několik knihoven napsaných přispěvateli; Přístup EEPROM, komunikace I2C a ovládání a tisk LCD.

Pravděpodobně budete muset upravit kód, abyste změnili například průměr kola. Skočit dovnitř!

Kód je poměrně přímočarý, ale není jednoduchý. Pochopení mého přístupu bude pravděpodobně nějakou dobu trvat. Snímač kola je poháněn přerušováním. Odpojovač snímače kola používá další přerušení časovače. Třetí pravidelné přerušení tvoří základ plánovače úloh.

Testování na lavičce je snadné. K simulaci snímače rychlosti jsem použil 24voltový napájecí zdroj a generátor signálu.

Kód obsahuje kritické upozornění na vybití baterie (blikající displej), popisné komentáře a velkorysé zprávy o ladění.

Krok 5: Zabalte to všechno

Podložka označená „MTR“jde do kladného spojení s řídicími obvody motoru. Podložka označená „BAT“přejde na kladnou stranu baterie. Zpětné svody jsou běžné a na opačné straně PWB.

Jakmile je vše otestováno, uzavřete sestavu do smršťovací fólie a nainstalujte ji mezi baterii a ovladač motoru.

Všimněte si toho, že USB konektor na Arduino Pro Micro zůstává přístupný. Ten konektor je docela křehký, a proto jsem ho vyztužil velkorysou aplikací tavného lepidla.

Pokud se rozhodnete jej vytvořit, kontaktujte nejnovější software.

Na závěr je smutné, že komunikační protokol mezi ovladačem motoru Bafang a zobrazovací konzolí není k dispozici, protože ovladač „zná“všechna data, která tento hardwarový obvod shromažďuje. Vzhledem k protokolu by byl projekt mnohem jednodušší a čistší.

Krok 6: Zdroje

Soubory DipTrace - budete si muset stáhnout a nainstalovat bezplatnou verzi DipTrace a poté importovat schéma a rozložení ze souborů.asc. Soubory Gerber jsou zahrnuty v samostatné složce -

Arduino - Stáhněte a nainstalujte příslušnou verzi IDE -

Skříň, „DIY plastová elektronická krabice na projekt, skříň 3,3“D x 1,96 “Š x 0,83“V “-

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

LMV321 -

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

LCD -

Rozhraní I2C -

Arduino Pro Micro -