Система сбора и визуализации данных для электрического гоночного велосипеда MotoStudent: 23 шага

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

Система сбора данных - это совокупность аппаратного и программного обеспечения, работающих вместе, чтобы собирать данные с внешних датчиков, хранить и обрабатывать их впоследствии, чтобы их можно было визуализировать в графическом виде и проанализировать, что позволяет инженерам вносить необходимые корректировки для достижения наилучшей производительности. автомобиля или устройства.

Система сбора данных работает вместе с системой визуализации данных, которая позволяет пилоту видеть актуальные данные о вождении в реальном времени. Он состоит из экрана HMI, который взаимодействует с системой сбора данных для извлечения и отображения данных из нее.

Эта система обменивается данными с ЭБУ мотоцикла (блоком управления двигателем) и получает от него внутреннюю информацию и переменные двигателя по шине CAN. Он использует USB для хранения полученных данных, а также данных, полученных от датчиков, подключенных к системе сбора данных.

Запасы

Микроконтроллер Texas Instruments F28069M C2000

Панель запуска

Экран Nextion Enhanced 5.0’’

ПК с программным обеспечением Matlab

GPS-навигатор GY-GPS6MV2

Датчик подвески AIM

Акселерометр VMA204

Клавиатура

USB

Индуктивный датчик IME18-08BPSZC0S

Регулятор напряжения LMR23615DRRR

Регулятор напряжения LM25085AMY / NOPB

Регулятор напряжения MAX16903SAUE50 x2

Датчик температуры pt100

5-103669-9 разъем x1

5-103639-3 разъем x1

5-103669-1 разъем x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P МОП-транзистор

Выключатель питания TPS2051BDBVR

Адаптер MicroUSB_AB

SBRD10200TR Диод

Резистор 1К Ом х5

Резистор 10К Ом

Резистор 100 Ом x1

Резистор 100кОм x7

Резистор 51кОм

Резистор 22, 1 кОм x2

Резистор 6 кОм x2

Резистор 6К8 Ом x2

Резистор 2.55кОм

Резистор 38,3 кОм x1

Резистор 390 Ом x1

Резистор 20кОм x2

резистор 33кОм x2

Конденсатор 15 мкФ x5

Конденсатор 10 мкФ x3

Конденсатор 4,7 мкФ x4

Конденсатор 47uF x2

Конденсатор 68uF

Конденсатор 0,1 мкФ x1

Конденсатор 1нФ x1

Конденсатор 100nf x1

Конденсатор 470нФ x1

Конденсатор 2.2uF x2

Конденсатор 220 мкФ х1

Конденсатор 100 мкФ x1

Индуктор 22uH x1

Индуктор 4.5uH x1

Индуктор 4.7uH x1

Индуктор 3.3uHx1

Инструментальный усилитель AD620

2-контактный разъем x3

4-контактный разъем x6

5-контактный разъем x3

Шаг 1: Микроконтроллер Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Этот микроконтроллер встроен в отладочную плату, функции которой делают его пригодным для разработки таких приложений, как система сбора данных и ЭБУ:

- USB-интерфейс для отладки и программирования

- Интерфейс CAN-шины со встроенным трансивером

- 14 контактов АЦП (аналого-цифровые преобразователи)

- 34 контакта GPIO (вход / выход общего назначения)

- 2 канала связи по последовательному протоколу (SCI)

- 2 канала связи по протоколу I2C

- Программирование с помощью бесплатного программного обеспечения Code Composer Studio

Он управляет внешними датчиками, GPS, хранением данных внутри USB, связью с ЭБУ и связью с экраном приборной панели.

Шаг 2: ПК с программным обеспечением Matlab

Программное обеспечение Matlab используется для обработки и анализа данных, хранящихся на USB. Положение и траектория велосипеда можно визуализировать вместе со значением датчиков одновременно, как это видно на картинке.

Шаг 3. Экран Nextion Enhanced 5.0 ""

Он используется, чтобы показать пилоту наиболее важную информацию, а также состояние систем велосипеда. Он получает данные от микроконтроллера F28069M C2000 по последовательной связи.

Шаг 4: GPS GY-GPS6MV2

GPS получает мгновенное положение велосипеда, так что его траекторию можно затем построить в программном обеспечении Matlab вместе со значениями других датчиков. Он отправляет данные GPS на микроконтроллер F28069M C2000 по последовательной связи.

Шаг 5: Датчик подвески AIM

Установленный на передней и задней подвеске, можно измерить смещение подвески велосипеда.

Шаг 6: акселерометр VMA204

Он используется для измерения ускорения и сил, которые велосипед выдерживает в осях x, y и z. Он отправляет данные ускорения на микроконтроллер F28069M C2000 по шине I2C.

Шаг 7: клавиатура

Клавиатура используется для выбора режима вождения (ECO, Sport), настройки экрана пилота и управления временем сбора данных.

Шаг 8: USB

В нем хранятся данные от датчиков, GPS и ЭБУ.

Шаг 9: Индуктивный датчик IME18-08BPSZC0S

Он используется для подсчета импульсов магнитной части колеса. Чем выше скорость, тем больше оборотов сделают колеса и тем больше импульсов засчитывает индуктивный датчик. Вот как работает измерение скорости.

Схема подключения представлена на изображении.

Шаг 10: Датчик температуры Pt100

Датчики pt100 - это особый тип датчиков температуры. Он меняет свое сопротивление в зависимости от температуры. Наиболее важной особенностью является то, что он состоит из платины и имеет электрическое сопротивление 100 Ом при 0ºC.

Шаг 11: регуляторы напряжения

Системе требуются 4 различных регулятора напряжения для получения уровней напряжения, необходимых для микроконтроллера и датчиков:

LMR23615DRRR

Он может переходить от источника с широким диапазоном напряжения к фиксированному выходному напряжению. Для этого приложения нам нужно, чтобы он подавал 3,3 В на микроконтроллер Texas Instruments F28069M C2000.

LM25085AMY / NOPB

Он может переходить от источника с широким диапазоном напряжения к фиксированному выходному напряжению. Для этого приложения нам нужно, чтобы он подавал 5 В на микроконтроллер Texas Instruments F28069M C2000.

MAX16903SAUE50

Он может переходить от источника с широким диапазоном напряжения к фиксированному выходному напряжению. Для этого приложения нам понадобится 2 из них:

Один для подачи 5 В на внешние датчики, которым требуется такое напряжение.

Другой - для подачи 3,3 В на внешние датчики, которым требуется такое напряжение.

Шаг 12: FDD5614P Mosfet

МОП-транзистор - это полупроводниковое устройство, подобное транзистору, используемому для коммутации сигналов.

Шаг 13: выключатель питания TPS2051BDBVR

Этот компонент используется для предотвращения коротких замыканий. Когда выходная нагрузка превышает порог ограничения тока или присутствует короткое замыкание, устройство ограничивает выходной ток до безопасного уровня, переключаясь в режим постоянного тока. Если перегрузка не прекращается, отключается напряжение питания.

Шаг 14: светодиоды и диоды

Светодиоды используются для визуализации наличия питания в системе. Они также удерживают ток только в одном направлении, предотвращая неправильную поляризацию цепи.

Диоды работают как светодиоды, но без света; они удерживают ток только в одном направлении, предотвращая неправильную поляризацию цепи.

Шаг 15: разъемы, контактные разъемы и адаптеры

Плата PDB требует определенного количества разъемов, контактных разъемов и адаптеров с различными характеристиками для работы и интеграции с различными периферийными устройствами. Используются следующие единицы:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

Шаг 16: резисторы, конденсаторы, индукторы

Основы любой электронной схемы

Шаг 17: Схема платы: внешние разъемы для питания и связи CAN

Шаг 18: Схема платы: микроконтроллер Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

С участием:

- Подключение датчика через штыревые разъемы разного размера для аналоговых и цифровых входов

- Формирование сигнала для датчиков:

o Фильтры нижних частот для предотвращения электромагнитных помех, нарушающих сигналы. Частота среза - 15 Гц.

o Мост Уитстона и инструментальный усилитель для правильной работы датчика температуры pt100

- Контакты для внешних устройств:

o SCI для экрана и GPS

o I2C для акселерометра

Шаг 19: Схема платы: питание микроконтроллера

Через регуляторы напряжения, которые преобразуют 24 В (низкое напряжение, поступающее от батареи) в 3,3 В (LMR23615DRRR) и 5 В (LM25085AMY / NOPB)

Шаг 20: Схема платы: USB-соединение

Шаг 21: Схема платы: питание датчиков и внешних устройств

Через регуляторы напряжения (MAX16903SAUE50), которые

преобразовать 24 В (низкое напряжение, поступающее от батареи) в 3,3 В и 5 В. Система является резервированной и может также обеспечивать питание микроконтроллера в случае отказа его регулятора напряжения.

Шаг 22: спроектируйте печатную плату

1) Блок питания микроконтроллера

2) Микроконтроллер Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

3) Цифровые и аналоговые входы и фильтрация сигналов (3.1)

4) USB-соединение

5) Заголовки контактов внешних устройств

6) формирование сигнала датчика температуры pt100

7) Питание датчиков и внешних устройств

Шаг 23: Закажите печатную плату

После завершения проектирования пора заказать печатную плату на сайте JLCPCB.com. Процесс прост, вам просто нужно перейти на JLCPCB.com, добавить размеры и слои вашей печатной платы и нажать кнопку ЦИТАТИ СЕЙЧАС.

JLCPCB также спонсирует этот проект. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.) - крупнейшее предприятие по производству прототипов печатных плат в Китае и высокотехнологичный производитель, специализирующийся на быстром производстве прототипов печатных плат и мелкосерийном производстве печатных плат. Вы можете заказать минимум 5 печатных плат всего за 2 доллара.

Вам необходимо сгенерировать файлы gerber вашего проекта и поместить их в ZIP-файл. При нажатии на кнопку «добавить свой файл gerber» дизайн загружается в Интернет. В этом разделе все еще можно изменить размеры и другие характеристики.

При загрузке JLCPCB проверит, что все правильно, и покажет предыдущую визуализацию обеих сторон платы.

Убедившись, что печатная плата хорошо выглядит, мы можем разместить заказ по разумной цене, нажав кнопку «Сохранить в корзину».