Μετρητής ισχύος EBike: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Πρόσφατα μετέτρεψα ένα ποδήλατο βουνού σε ηλεκτρικό. Η μετατροπή πήγε σχετικά ομαλά, οπότε με την ολοκλήρωση του έργου, πήγα και ξεκίνησα για μια κρουαζιέρα shakedown. Κρατούσα το μάτι μου στην ένδειξη φόρτισης της μπαταρίας, χωρίς να ξέρω πόσο μακριά να περιμένω ότι το ποδήλατο θα λειτουργεί με μπαταρία. Περίπου την ώρα που ο μετρητής ισχύος έδειξε το 80% με το να αισθάνομαι αρκετά καλά, επειδή είχα προχωρήσει πολύ, σταμάτησα με μια νεκρή μπαταρία. Μια δυστυχισμένη κλήση προς τον κατασκευαστή οδήγησε σε λέξεις όπως "Ω, ο δείκτης της μπαταρίας δεν είναι πολύ καλός - η τεχνολογία απλώς δεν υπάρχει ακόμα". Χρειαζόμουν καλύτερα από αυτό.

Wantedθελα να μάθω ποια ταχύτητα μου έδωσε την καλύτερη απόδοση, πόσο κοστίζει ο άνεμος της κεφαλής σε χωρητικότητα μπαταρίας, ποιο επίπεδο ισχύος αποδίδει τα περισσότερα μίλια, βοηθά πραγματικά στο πεντάλ, αν ναι, πόσο; Με λίγα λόγια, ήθελα να μάθω αν η μπαταρία μου θα με πάει σπίτι. Κάπως κρίσιμο, νομίζεις;

Αυτό το έργο είναι αποτέλεσμα της πολύωρης διαδρομής μου με το πεντάλ στο σπίτι. Βασικά, αυτή η μικρή μονάδα βρίσκεται μεταξύ της μπαταρίας και της εισόδου τροφοδοσίας e-bike για να παρακολουθεί το ρεύμα και την τάση της μπαταρίας. Επιπλέον, ένας αισθητήρας ταχύτητας τροχού παρέχει πληροφορίες ταχύτητας. Με αυτό το σύνολο δεδομένων αισθητήρα, υπολογίζονται και εμφανίζονται οι ακόλουθες τιμές:

• Στιγμιαία απόδοση - μετριέται σε χιλιόμετρα ανά Amp ourρα κατανάλωσης μπαταρίας
• Μέση απόδοση - από τότε που ξεκίνησε αυτό το ταξίδι, km/AH
• Συνολικός αριθμός AmpHours που χρησιμοποιήθηκε από την τελευταία φόρτιση
• Ρεύμα μπαταρίας
• Τάση μπαταρίας

Βήμα 1: Σημαντικά δεδομένα

Η στιγμιαία απόδοση απαντά σε όλες τις ερωτήσεις μου σχετικά με τον τρόπο ελαχιστοποίησης της κατανάλωσης μπαταρίας. Μπορώ να δω την επίδραση του πεντάλ πιο δυνατά, την προσθήκη περισσότερης ηλεκτρονικής ισχύος, την αλλαγή ταχυτήτων ή την αντιμετώπιση του ανέμου. Η μέση απόδοση για το τρέχον ταξίδι (από την ενεργοποίηση) μπορεί να με βοηθήσει να εκτιμήσω την κατά προσέγγιση ισχύ που θα χρειαστεί για να επιστρέψω στο σπίτι.

Ο συνολικός αριθμός των AmpHours που χρησιμοποιήθηκαν από την τελευταία φόρτιση είναι καθοριστικός για να επιστρέψετε στο σπίτι. Ξέρω ότι η μπαταρία μου είναι (υποτίθεται ότι είναι) 10 AH, οπότε το μόνο που έχω να κάνω είναι να αφαιρέσω νοητικά το εμφανιζόμενο σχήμα από το 10 για να γνωρίζω την υπόλοιπη χωρητικότητά μου. (Δεν το έκανα σε λογισμικό για να δείξω ότι η AH απομένει έτσι ώστε το σύστημα να λειτουργεί με οποιαδήποτε μπαταρία μεγέθους και δεν πιστεύω πραγματικά ότι η μπαταρία μου είναι 10 AH.)

Η κατανάλωση ρεύματος μπαταρίας είναι ενδιαφέρουσα καθώς μπορεί να δείξει πόσο σκληρά λειτουργεί ο κινητήρας. Μερικές φορές μια σύντομη απότομη ανάβαση ή μια αμμουδιά μπορεί να μειώσει γρήγορα την μπαταρία. Θα ανακαλύψετε ότι μερικές φορές είναι καλύτερο να κατεβείτε και να σπρώξετε το ποδήλατό σας σε μια απότομη κλίση παρά να φτάσετε σε αυτόν τον δελεαστικό μοχλό γκαζιού.

Η τάση της μπαταρίας είναι ένας εφεδρικός δείκτης της κατάστασης της μπαταρίας. Η μπαταρία των 14 κυττάρων μου θα εξαντληθεί σχεδόν τελείως όταν η τάση φτάσει τα 44 Volt. Κάτω από 42 Volts, κινδυνεύω να βλάψω τα κελιά.

Επίσης εμφανίζεται μια εικόνα της οθόνης μου τοποθετημένη κάτω από την τυπική οθόνη Bafang C961 που συνοδεύει το σύστημα κινητήρα BBSHD. Σημειώστε ότι το C961 με καθησυχάζει με χαρά ότι έχω μια γεμάτη μπαταρία ενώ, στην πραγματικότητα, η μπαταρία έχει εξαντληθεί κατά 41% (4,1 AH από μια μπαταρία 10 AH).

Βήμα 2: Διάγραμμα μπλοκ και σχηματικό

Ένα μπλοκ διάγραμμα του συστήματος δείχνει ότι ο μετρητής ισχύος eBike μπορεί να χρησιμοποιηθεί με οποιοδήποτε σύστημα ισχύος μπαταρίας / eBike. Απαιτείται η προσθήκη ενός τυπικού αισθητήρα ταχύτητας ποδηλάτου.

Ένα πιο λεπτομερές διάγραμμα μπλοκ απεικονίζει τα βασικά μπλοκ κυκλωμάτων που περιλαμβάνουν τον μετρητή ισχύος eBike. Η LCD 2x16 χαρακτήρα 1602 LCD έχει προσαρτημένη μια πλακέτα διεπαφής PCF8574 I2C.

Το κύκλωμα είναι πολύ απλό. Οι περισσότερες αντιστάσεις και πυκνωτές είναι 0805 για ευκολία χειρισμού και συγκόλλησης. Ο μετατροπέας μπάρας DC-DC πρέπει να επιλεγεί για να αντέχει την έξοδο μπαταρίας 60 Volt. Η έξοδος των 6,5 Volt επιλέγεται για να υπερβεί την τάση εγκατάλειψης του ενσωματωμένου ρυθμιστή 5 Volt στο Arduino Pro Micro. Το LMV321 έχει έξοδο από σιδηρόδρομο σε σιδηρόδρομο. Το κέρδος του κυκλώματος αισθητήρα ρεύματος (16,7) επιλέγεται έτσι ώστε 30 Amps μέσω της αντίστασης αίσθησης ρεύματος 0,01 Ohm να βγάζει 5 Volt. Η τρέχουσα αντίσταση αίσθησης πρέπει να βαθμολογηθεί για μέγιστο 9 Watt στα 30 Amps, ωστόσο, νομίζοντας ότι δεν θα χρησιμοποιήσω τόσο μεγάλη ισχύ (1,5 κιλοβάτ), επέλεξα μια αντίσταση 2 Watt, η οποία έχει ονομαστική ισχύ περίπου 14 Amps (ισχύς κινητήρα 750 Watt)).

Βήμα 3: PCB

Η διάταξη pcb έγινε για να ελαχιστοποιηθεί το μέγεθος του έργου. Η τροφοδοσία μεταγωγής DC-DC βρίσκεται στο πάνω μέρος της πλακέτας. Ο αναλογικός ενισχυτής ρεύματος βρίσκεται στο κάτω μέρος. Μετά τη συναρμολόγηση, η ολοκληρωμένη πλακέτα θα συνδεθεί στο Arduino Pro Micro με πέντε στερεά καλώδια (RAW, VCC, GND, A2, A3) κομμένα από αντιστάσεις οπών. Ο μαγνητικός αισθητήρας τροχού συνδέεται απευθείας στον πείρο Arduino "7" (επισημαίνεται έτσι) και στη γείωση. Συγκολλήστε μια κοντή πλεξίδα και 2 ακίδες για σύνδεση στον αισθητήρα ταχύτητας. Προσθέστε μια άλλη πλεξίδα σε μια υποδοχή 4 ακίδων για την οθόνη LCD.

Η πλακέτα διασύνδεσης LCD και I2C είναι τοποθετημένη στο πλαστικό περίβλημα και προσαρτημένη στο τιμόνι (χρησιμοποίησα κόλλα θερμής τήξης).

Ο πίνακας είναι διαθέσιμος από το OshPark.com - στην πραγματικότητα παίρνετε 3 σανίδες για λιγότερο από $ 4 συμπεριλαμβανομένων των μεταφορικών. Αυτά τα παιδιά είναι τα μεγαλύτερα!

Σύντομες πλευρικές σημειώσεις - χρησιμοποίησα το DipTrace για σχηματική λήψη και διάταξη. Πριν από αρκετά χρόνια δοκίμασα όλα τα διαθέσιμα πακέτα σχηματικής συλλογής δωρεάν διάταξης / PCB και εγκαταστάθηκα στο DipTrace. Πέρυσι έκανα μια παρόμοια έρευνα και κατέληξα στο συμπέρασμα ότι, για μένα, το DipTrace ήταν ο νικητής.

Δεύτερον, ο προσανατολισμός τοποθέτησης του αισθητήρα τροχού είναι σημαντικός. Ο άξονας του αισθητήρα πρέπει να είναι κάθετος στη διαδρομή του μαγνήτη καθώς περνάει από τον αισθητήρα, διαφορετικά θα έχετε διπλό παλμό. Μια εναλλακτική λύση είναι να τοποθετήσετε τον αισθητήρα έτσι ώστε το άκρο να δείχνει προς τον μαγνήτη.

Τέλος, ως μηχανικός διακόπτης, ο αισθητήρας κουδουνίζει για πάνω από 100 uS.

Βήμα 4: Λογισμικό

Το έργο χρησιμοποιεί Arduino Pro Micro με επεξεργαστή ATmega32U4. Αυτός ο μικροελεγκτής έχει λίγους περισσότερους πόρους από τον πιο συνηθισμένο επεξεργαστή Arduino ATmega328P. Πρέπει να εγκατασταθεί το Arduino IDE (Integrated Development System). Ορίστε το IDE για TOOLS | Δ. Σ. | ΛΕΟΝΑΡΔΟ. Εάν δεν είστε εξοικειωμένοι με το περιβάλλον Arduino, μην το αφήσετε να σας αποθαρρύνει. Οι μηχανικοί στο Arduino και η παγκόσμια οικογένεια συνεργατών δημιούργησαν ένα πραγματικά εύκολο στη χρήση σύστημα ανάπτυξης μικροελεγκτών. Ένας τεράστιος αριθμός προ-δοκιμασμένου κώδικα είναι διαθέσιμος για να επιταχύνει οποιοδήποτε έργο. Αυτό το έργο χρησιμοποιεί αρκετές βιβλιοθήκες γραμμένες από συνεργάτες. Πρόσβαση EEPROM, επικοινωνίες I2C και έλεγχος LCD και εκτύπωση.

Πιθανώς θα πρέπει να επεξεργαστείτε τον κώδικα για να αλλάξετε, για παράδειγμα, τη διάμετρο του τροχού. Αλμα!

Ο κώδικας είναι σχετικά απλός, αλλά όχι απλός. Μάλλον θα χρειαστεί λίγος χρόνος για να καταλάβω την προσέγγισή μου. Ο αισθητήρας τροχού λειτουργεί με διακοπή. Ο διακόπτης αισθητήρα τροχού χρησιμοποιεί άλλη διακοπή από χρονοδιακόπτη. Μια τρίτη περιοδική διακοπή αποτελεί τη βάση για έναν προγραμματιστή εργασιών.

Ο έλεγχος πάγκου είναι εύκολος. Χρησιμοποίησα τροφοδοτικό 24 Volt και γεννήτρια σήματος για να προσομοιώσω τον αισθητήρα ταχύτητας.

Ο κωδικός περιλαμβάνει μια κρίσιμη προειδοποίηση για χαμηλή μπαταρία (οθόνη που αναβοσβήνει), περιγραφικά σχόλια και γενναιόδωρες αναφορές εντοπισμού σφαλμάτων.

Βήμα 5: Περιτυλίξτε τα όλα

Το μαξιλάρι με την ένδειξη "MTR" πηγαίνει στη θετική σύνδεση με το κύκλωμα ελέγχου κινητήρα. Το μαξιλάρι με την ένδειξη "BAT" πηγαίνει στη θετική πλευρά της μπαταρίας. Τα καλώδια επιστροφής είναι κοινά και στην αντίθετη πλευρά του PWB.

Αφού όλα έχουν δοκιμαστεί, περικλείστε το συγκρότημα σε συρρικνωμένο περιτύλιγμα και τοποθετήστε το μεταξύ της μπαταρίας και του ελεγκτή κινητήρα σας.

Σημειώστε ότι η υποδοχή USB στο Arduino Pro Micro παραμένει προσβάσιμη. Αυτός ο σύνδεσμος είναι αρκετά εύθραυστος, συνεπώς τον ενίσχυσα με μια γενναιόδωρη εφαρμογή κόλλας θερμής τήξης.

Εάν αποφασίσετε να το δημιουργήσετε, επικοινωνήστε για το πιο πρόσφατο λογισμικό.

Ως τελευταίο σχόλιο, είναι λυπηρό το γεγονός ότι το πρωτόκολλο επικοινωνίας μεταξύ του ελεγκτή κινητήρα Bafang και της κονσόλας οθόνης δεν είναι διαθέσιμο επειδή ο ελεγκτής "γνωρίζει" όλα τα δεδομένα που συλλέγει αυτό το κύκλωμα υλικού. Δεδομένου του πρωτοκόλλου, το έργο θα ήταν πολύ απλούστερο και καθαρότερο.

Βήμα 6: Πηγές

Αρχεία DipTrace - θα πρέπει να κάνετε λήψη και εγκατάσταση της δωρεάν έκδοσης του DipTrace και, στη συνέχεια, να εισαγάγετε το σχηματικό σχήμα και τη διάταξη από τα αρχεία.asc. Τα αρχεία Gerber περιλαμβάνονται σε ξεχωριστό φάκελο -

Arduino - Λήψη και εγκατάσταση της κατάλληλης έκδοσης του IDE -

Περίβλημα, "DIY Plastic Electronics Project Box Enclosure Case 3.34" L x 1.96 "W x 0.83" H " -

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

LMV321 -

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

LCD -

Διεπαφή I2C -

Arduino Pro Micro -