Измеритель мощности EBike: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Недавно я переделал горный велосипед в электрический. Преобразование прошло относительно гладко, поэтому, завершив проект, я запрыгнул и отправился в круиз. Я не сводил глаз с индикатора заряда аккумулятора, не зная, как далеко можно ожидать, что байк проработает от аккумулятора. Примерно в то время, когда измеритель мощности показал 80%, и я чувствовал себя довольно хорошо, потому что я прошел долгий путь, я остановился с разряженной батареей. Недовольный звонок производителю привел к таким словам: «О, индикатор заряда батареи действительно не годится - технологии пока нет». Мне нужно было лучше, чем это.

Я хотел знать, какая передача дает мне лучшую эффективность, сколько стоит встречный ветер с точки зрения емкости аккумулятора, какой уровень мощности обеспечивает больше всего миль, действительно ли это помогает крутить педали, если да, то насколько? Короче, я хотел знать, доставит ли меня аккумулятор домой. Довольно критично, понимаешь?

Этот проект - результат моей долгой поездки домой на педалях. По сути, этот небольшой модуль находится между аккумулятором и входом источника питания электронного велосипеда, чтобы контролировать ток и напряжение аккумулятора. Кроме того, датчик скорости колеса предоставляет информацию о скорости. С помощью этого набора данных датчика вычисляются и отображаются следующие значения:

• Мгновенный КПД - измеряется в километрах на Ампер-час потребления батареи.
• Средняя эффективность - с момента начала этой поездки, км / ч.
• Общее количество ампер-часов, использованных с момента последней зарядки
• Ток батареи
• Напряжение батареи

Шаг 1. Важные данные

Мгновенная эффективность отвечает на все мои вопросы о том, как минимизировать расход заряда батареи. Я могу видеть эффект от более сильного нажатия педалей, добавления большего количества электроэнергии, переключения передач или борьбы со встречным ветром. Средняя эффективность за текущую поездку (с момента включения) может помочь мне оценить приблизительную мощность, которая потребуется, чтобы вернуться домой.

Общее количество ампер-часов, использованных с момента последней зарядки, имеет решающее значение для возвращения домой. Я знаю, что моя батарея (должна быть) 10 Ач, поэтому все, что мне нужно сделать, это мысленно вычесть отображаемую цифру из 10, чтобы узнать мою оставшуюся емкость. (Я не делал этого в программном обеспечении, чтобы показать оставшийся АЧ, чтобы система работала с батареей любого размера, и я действительно не верю, что у меня батарея 10 Ач.)

Потребление тока батареи интересно, поскольку оно может показать, насколько сильно работает мотор. Иногда короткий крутой подъем или песчаный участок могут быстро разрядить аккумулятор. Вы обнаружите, что иногда лучше сойти и подтолкнуть байк к крутому склону, чем дотянуться до заманчивого рычага дроссельной заслонки.

Напряжение аккумулятора является резервным индикатором состояния аккумулятора. Моя 14-ячеечная батарея почти полностью разрядится, когда напряжение достигнет 44 вольт. Ниже 42 Вольт я рискую повредить клетки.

Также показано изображение моего дисплея, установленного под стандартным дисплеем Bafang C961, который поставляется с системой двигателей BBSHD. Обратите внимание, что C961 с радостью убеждает меня, что у меня полная батарея, в то время как на самом деле батарея разряжена на 41% (4,1 Ач от батареи 10 Ач).

Шаг 2: блок-схема и схема

Блок-схема системы показывает, что измеритель мощности eBike может использоваться с любой системой питания от аккумулятора / eBike. Требуется добавление стандартного датчика скорости велосипеда.

Более подробная блок-схема иллюстрирует основные блоки схемы, из которых состоит измеритель мощности eBike. К ЖК-дисплею 1602 2x16 символов прикреплена интерфейсная плата PCF8574 I2C.

Схема очень проста. Большинство резисторов и конденсаторов 0805 для простоты использования и пайки. Понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный должен быть выбран таким, чтобы выдерживать выходное напряжение аккумуляторной батареи 60 В. Выходное напряжение 6,5 вольт выбрано таким образом, чтобы оно превышало падение напряжения встроенного регулятора 5 вольт на Arduino Pro Micro. LMV321 имеет выход от шины к железной дороге. Коэффициент усиления цепи датчика тока (16.7) выбирается таким, чтобы 30 А через резистор измерения тока 0,01 Ом давали на выходе 5 Вольт. Токочувствительный резистор должен быть рассчитан на максимальную мощность 9 Вт при 30 А, однако, думая, что я не буду использовать такую большую мощность (1,5 кВт), я выбрал резистор 2 Вт, который рассчитан примерно на 14 А (мощность двигателя 750 Вт).).

Шаг 3: печатная плата

Компоновка печатной платы была сделана так, чтобы минимизировать размер проекта. Импульсный источник питания постоянного и постоянного тока находится на верхней стороне платы. Аналоговый усилитель тока находится внизу. После сборки готовая плата будет подключена к Arduino Pro Micro с помощью пяти жестких выводов (RAW, VCC, GND, A2, A3), вырезанных из резисторов в сквозных отверстиях. Датчик магнитного колеса подключается непосредственно к контакту «7» Arduino (обозначен таким образом) и заземлению. Припаяйте короткую косичку и 2-контактный разъем для подключения к датчику скорости. Добавьте еще одну косичку к 4-контактному разъему для ЖК-дисплея.

Плата интерфейса LCD и I2C смонтирована в пластиковом корпусе и прикреплена к рулю (я использовал термоклей).

Плату можно приобрести на OshPark.com - на самом деле вы получаете 3 доски менее чем за 4 доллара, включая доставку. Эти ребята лучшие!

Краткие примечания - я использовал DipTrace для создания схем и компоновки. Несколько лет назад я попробовал все доступные бесплатные пакеты для захвата схем / разводки печатных плат и остановился на DipTrace. В прошлом году я провел аналогичный опрос и пришел к выводу, что для меня DipTrace, без сомнения, победитель.

Во-вторых, важна ориентация установки датчика колеса. Ось датчика должна быть перпендикулярна пути магнита, когда он проходит мимо датчика, иначе вы получите двойной импульс. В качестве альтернативы можно установить датчик так, чтобы его конец был направлен в сторону магнита.

Наконец, поскольку датчик является механическим переключателем, он звонит более 100 мкс.

Шаг 4: Программное обеспечение

В проекте используется Arduino Pro Micro с процессором ATmega32U4. Этот микроконтроллер имеет немного больше ресурсов, чем более распространенный процессор Arduino ATmega328P. Должна быть установлена Arduino IDE (интегрированная система разработки). Установите IDE для TOOLS | СОВЕТ | ЛЕОНАРДО. Если вы не знакомы со средой Arduino, не позволяйте этому разочаровывать вас. Инженеры Arduino и всемирная семья участников создали действительно простую в использовании систему разработки микроконтроллеров. Доступно огромное количество предварительно протестированного кода для ускорения любого проекта. В этом проекте используется несколько библиотек, написанных участниками; Доступ к EEPROM, связь I2C, управление и печать с помощью ЖК-дисплея.

Вероятно, вам придется отредактировать код, чтобы изменить, например, диаметр колеса. Прыгай!

Код относительно прост, но не прост. Возможно, потребуется некоторое время, чтобы понять мой подход. Датчик колеса управляется прерыванием. Дебаунтер датчика колеса использует другое прерывание от таймера. Третье периодическое прерывание составляет основу планировщика задач.

Стендовое тестирование - это просто. Я использовал источник питания 24 В и генератор сигналов для имитации датчика скорости.

Код включает предупреждение о критическом низком заряде батареи (мигающий дисплей), описательные комментарии и подробные отчеты об отладке.

Шаг 5: Завершение всего

Контактная площадка с надписью «MTR» подключается к плюсовому разъему цепи управления двигателем. Колодка с надписью «BAT» идет к плюсу батареи. Обратные выводы являются общими и находятся на противоположной стороне PWB.

После того, как все будет протестировано, заверните сборку в термоусадочную пленку и установите между батареей и контроллером мотора.

Обратите внимание, что разъем USB на Arduino Pro Micro остается доступным. Этот разъем довольно хрупкий, поэтому я укрепил его с помощью большого количества термоклея.

Если вы решите создать его, свяжитесь с нами, чтобы получить последнюю версию программного обеспечения.

В качестве заключительного комментария, к сожалению, протокол связи между контроллером двигателя Bafang и консолью дисплея недоступен, потому что контроллер «знает» все данные, которые собирает эта аппаратная схема. С учетом протокола проект был бы намного проще и чище.

Шаг 6: Источники

Файлы DipTrace - вам нужно будет загрузить и установить бесплатную версию DipTrace, а затем импортировать схему и макет из файлов.asc. Файлы Gerber находятся в отдельной папке -

Arduino - Загрузите и установите соответствующую версию IDE -

Корпус, Корпус корпуса корпуса DIY Plastic Electronics Project Box 3,34 дюйма x 1,96 дюйма x 0,83 дюйма -

LM5018 -

LMV321 -

Индуктор -

ЖК-дисплей -

Интерфейс I2C -

Arduino Pro Micro -