Systém sběru a vizualizace dat pro elektrické závodní kolo MotoStudent: 23 kroků

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

Systém sběru dat je souhrn hardwaru a softwaru, které spolupracují za účelem shromažďování dat z externích senzorů, jejich následné ukládání a zpracování tak, aby je bylo možné graficky vizualizovat a analyzovat, což umožňuje technikům provést nezbytné úpravy pro dosažení nejlepšího výkonu. vozidla nebo zařízení.

Systém získávání dat spolupracuje se systémem vizualizace dat, který pilotovi umožňuje vidět relevantní údaje o řízení v reálném čase. Skládá se z obrazovky HMI, která komunikuje se systémem získávání dat, aby z něj získala a zobrazila data.

Tento systém komunikuje s ECU (řídicí jednotkou motoru) motocyklu a přijímá z něj interní informace a proměnné motoru prostřednictvím sběrnice CAN. Používá USB pro ukládání přijatých dat i dat načtených ze senzorů připojených k systému získávání dat.

Zásoby

Mikrokontrolér Texas Instruments F28069M C2000

panel

Obrazovka Nextion Enhanced 5.0 ‘‘

PC se softwarem Matlab

GPS GY-GPS6MV2

Senzor zavěšení AIM

Akcelerometr VMA204

Klávesnice

USB

Indukční senzor IME18-08BPSZC0S

Stabilizátor napětí LMR23615DRRR

Stabilizátor napětí LM25085AMY/NOPB

Regulátor napětí MAX16903SAUE50 x2

Teplotní senzor 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

Dioda SBRD10200TR

Rezistor 1K Ohm x5

Rezistor 10K Ohm

Rezistor 100 ohmů 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

Instrumentální zesilovač AD620

2kolíkový záhlaví x3

4pinový záhlaví x6

5kolíkový záhlaví x3

Krok 1: Mikrokontrolér Launchpad Texas Instruments F28069M C2000

Tento mikrokontrolér je integrován do vývojové desky, jejíž vlastnosti jsou vhodné pro vývoj aplikací, jako je systém získávání dat a ECU:

- Rozhraní pro ladění a programování USB

- Rozhraní sběrnice CAN s integrovaným transceiverem

- 14 pinů ADC (analogově digitální převodníky)

- 34 GPIO pinů (univerzální vstup/výstup)

- 2 komunikační kanály sériového protokolu (SCI)

- 2 komunikační kanály protokolu I2C

- Programování pomocí bezplatného softwaru Code Composer Studio

Spravuje externí senzory, GPS, ukládání dat uvnitř USB, komunikaci s ECU a komunikaci s obrazovkou palubní desky.

Krok 2: PC se softwarem Matlab

Software Matlab se používá ke zpracování a analýze dat uložených na USB. Polohu a trajektorii kola lze zobrazit společně s hodnotou senzorů současně, jak je vidět na obrázku.

Krok 3: Nextion Vylepšená 5,0 "obrazovka

Slouží k zobrazení nejdůležitějších informací pilotovi a stavu systémů motocyklu. Data přijímá z mikrokontroléru F28069M C2000 prostřednictvím sériové komunikace.

Krok 4: GPS GY-GPS6MV2

GPS získává okamžitou polohu kola, takže jeho trajektorii lze následně vykreslit v softwaru Matlab spolu s hodnotami ostatních senzorů. Odesílá data GPS do mikrokontroléru F28069M C2000 prostřednictvím sériové komunikace.

Krok 5: CÍL Senzor zavěšení

Při instalaci na přední a zadní zavěšení lze změřit zdvihový objem kola.

Krok 6: Akcelerometr VMA204

Používá se k měření zrychlení a sil, kterým kolo odolává v osách x, y a z. Odesílá data zrychlení do mikrokontroléru F28069M C2000 prostřednictvím komunikace po sběrnici I2C.

Krok 7: Klávesnice

Klávesnice slouží k výběru jízdního režimu (ECO, Sport), konfiguraci obrazovky pilota a ovládání časů sběru dat.

Krok 8: USB

Ukládá data ze senzorů, GPS a ECU.

Krok 9: Indukční senzor IME18-08BPSZC0S

Slouží k počítání impulsů magnetické části kola. Čím vyšší je rychlost, tím více otáček kola udělají a tím více impulzů počítá indukční senzor. Tak funguje měření rychlosti.

Schéma připojení je zobrazeno na obrázku.

Krok 10: Snímač teploty Pt100

Senzory pt100 jsou specifickým typem teplotních detektorů. Mění svůj odpor v závislosti na teplotě. Nejdůležitější vlastností je, že je složen z platiny a má elektrický odpor 100 Ohm při 0 ° C.

Krok 11: Regulátory napětí

Systém potřebuje 4 různé regulátory napětí, aby získal úrovně napětí potřebné pro mikrokontrolér a senzory:

LMR23615DRRR

Je schopen převést ze širokého rozsahu napětí na pevné výstupní napětí. Pro tuto aplikaci potřebujeme napájení 3,3 V do mikrokontroléru Texas Instruments F28069M C2000.

LM25085AMY/NOPB

Je schopen převést ze širokého rozsahu napětí na pevné výstupní napětí. Pro tuto aplikaci potřebujeme napájení 5 V do mikrokontroléru Texas Instruments F28069M C2000.

MAX16903 SAE50

Je schopen převést ze širokého rozsahu napětí na pevné výstupní napětí. Pro tuto aplikaci potřebujeme 2 z nich:

Jeden pro napájení 5 V externím senzorům, které vyžadují takové napětí.

Ten druhý dodává 3,3 V externím senzorům, které takové napětí vyžadují.

Krok 12: FDD5614P Mosfet

MOSFET je polovodičové zařízení podobné tranzistoru sloužícímu ke komutaci signálů.

Krok 13: Přepínač napájení TPS2051BDBVR

Tato součást slouží k zabránění zkratu. Když výstupní zátěž překročí prahovou hodnotu proudu nebo dojde ke zkratu, zařízení omezí výstupní proud na bezpečnou úroveň přepnutím do režimu konstantního proudu. Pokud se přetížení nezastaví, přeruší napájecí napětí.

Krok 14: LED diody a diody

LED diody slouží k vizualizaci, zda je systém napájen nebo ne. Také udržují proud tekoucí pouze jedním směrem, čímž zabraňují nesprávné polarizaci obvodu.

Diody fungují jako LED, ale bez světla; udržují proud tekoucí pouze jedním směrem, čímž zabraňují nesprávné polarizaci obvodu.

Krok 15: Konektory, záhlaví pinů a adaptéry

Deska PDB vyžaduje určité množství konektorů, záhlaví pinů a adaptérů různých charakteristik, aby fungovala a integrovala se s různými periferními zařízeními. Použité jednotky jsou následující:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

Krok 16: Rezistory, kondenzátory, induktory

Základy pro jakýkoli elektronický obvod

Krok 17: Schematich Design desky: Externí konektory pro napájení a komunikaci CAN

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

Funkce:

- Připojení senzoru pomocí kolíkových konektorů různých velikostí pro analogové a digitální vstupy

- Úprava signálu pro senzory:

o Nízkoprůchodové filtry zabraňující rušení signálů elektromagnetickým rušením. Mezní frekvence je 15 Hz.

o Wheatstoneův můstek a přístrojový zesilovač pro správné fungování teplotního senzoru pt100

- Komunikační piny pro externí zařízení:

o SCI pro obrazovku a GPS

o I2C pro akcelerometr

Krok 19: Schematich Design desky: Napájení mikrokontroléru

Prostřednictvím regulátorů napětí, které převádějí 24 V (nízké napětí přicházející z baterie) na 3,3 V (LMR23615DRRR) a 5 V (LM25085AMY/NOPB)

Krok 20: Schematich Design desky: USB připojení

Krok 21: Schematich Design desky: Napájení senzorů a externích zařízení

Prostřednictvím regulátorů napětí (MAX16903SAUE50), které

převést 24 V (nízké napětí přicházející z baterie) na 3,3 V a 5 V. Systém je nadbytečný a může také poskytovat energii mikrokontroléru v případě selhání jeho regulátoru napětí.

Krok 22: Navrhněte desku plošných spojů

1) Napájení mikrokontroléru

2) Mikrokontrolér Spouštěcí panel Texas Instruments F28069M C2000

3) Digitální a analogové vstupy a filtrování signálu (3.1)

4) Připojení USB

5) Záhlaví pinů externích zařízení

6) Klimatizace signálu snímače teploty pt100

7) Napájení senzorů a externích zařízení

Krok 23: Objednávka desky plošných spojů

Po dokončení návrhu je čas objednat desku plošných spojů na webu JLCPCB.com. Tento proces je jednoduchý, stačí přejít na web JLCPCB.com, přidat rozměry a vrstvy desky plošných spojů a kliknout na tlačítko CITOVAT NYNÍ.

JLCPCB jsou také sponzorem tohoto projektu. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co. Můžete si objednat minimálně 5 DPS za pouhé 2 dolary.

Musíte vygenerovat gerber soubory vašeho projektu a vložit je do souboru ZIP. Kliknutím na tlačítko „přidat soubor Gerber“se návrh nahraje na web. Rozměry a další funkce lze v této sekci stále měnit.

Po nahrání JLCPCB zkontroluje, zda je vše správné, a zobrazí předchozí vizualizaci obou stran desky.

Poté, co se ujistíme, že PCB vypadá dobře, můžeme nyní zadat objednávku za rozumnou cenu kliknutím na tlačítko „Uložit do košíku“.