Σύστημα απόκτησης δεδομένων και απεικόνισης δεδομένων για ηλεκτρικό ποδήλατο MotoStudent: 23 βήματα

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

Ένα σύστημα απόκτησης δεδομένων είναι μια συλλογή υλικού και λογισμικού που συνεργάζονται για τη συλλογή δεδομένων από εξωτερικούς αισθητήρες, την αποθήκευση και την επεξεργασία τους στη συνέχεια, έτσι ώστε να μπορούν να απεικονιστούν γραφικά και να αναλυθούν, επιτρέποντας στους μηχανικούς να κάνουν τις απαραίτητες προσαρμογές για να επιτύχουν την καλύτερη απόδοση του οχήματος ή της συσκευής.

Το Σύστημα Απόκτησης Δεδομένων συνεργάζεται με ένα Σύστημα Οπτικοποίησης Δεδομένων που επιτρέπει στον πιλότο να βλέπει τα σχετικά δεδομένα σε πραγματικό χρόνο για την οδήγηση. Αποτελείται από μια οθόνη HMI που επικοινωνεί με το Σύστημα απόκτησης δεδομένων προκειμένου να ανακτήσει και να εμφανίσει δεδομένα από αυτήν.

Αυτό το Σύστημα επικοινωνεί με το ECU της μοτοσυκλέτας (Μονάδα Ελέγχου Κινητήρα) και λαμβάνει εσωτερικές πληροφορίες και μεταβλητές κινητήρα από αυτό μέσω διαύλου CAN. Χρησιμοποιεί USB για την αποθήκευση των ληφθέντων δεδομένων καθώς και τα δεδομένα που λαμβάνονται από τους αισθητήρες που είναι συνδεδεμένοι στο Σύστημα απόκτησης δεδομένων.

Προμήθειες

Μικροελεγκτής Texas Instruments F28069M C2000

Launchpad

Nextion Enhanced 5.0’’ οθόνη

Η / Υ με λογισμικό Matlab

GPS GY-GPS6MV2

Αισθητήρας ανάρτησης AIM

Επιταχυνσιόμετρο VMA204

Πληκτρολόγιο

USB

Επαγωγικός αισθητήρας IME18-08BPSZC0S

Ρυθμιστής τάσης LMR23615DRRR

Ρυθμιστής τάσης LM25085AMY/NOPB

Ρυθμιστής τάσης MAX16903SAUE50 x2

Αισθητήρας θερμοκρασίας pt100

5-103669-9 σύνδεσμος x1

5-103639-3 σύνδεσμος x1

5-103669-1 σύνδεσμος x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P Mosfet

Διακόπτης ισχύος TPS2051BDBVR

Προσαρμογέας MicroUSB_AB

Δίοδος SBRD10200TR

Αντίσταση 1K Ohm x5

Αντίσταση 10K Ohm

Αντίσταση 100 Ohm x1

Αντίσταση 100k Ohm x7

Αντίσταση 51K Ohm

Αντίσταση 22, 1 K Ohm x2

Αντίσταση 6 Kohm x2

Αντίσταση 6K8 Ohm x2

Αντίσταση 2.55K Ohm

Αντίσταση 38,3Κ Ohm x1

Αντίσταση 390 Ohm x1

Αντίσταση 20K Ohm x2

αντίσταση 33K Ohm x2

Πυκνωτής 15 uF x5

Πυκνωτής 10 uF x3

Πυκνωτής 4.7uF x4

Πυκνωτής 47uF x2

Πυκνωτής 68uF

Πυκνωτής 0.1uF x1

Πυκνωτής 1nF x1

Πυκνωτής 100nf x1

Πυκνωτής 470nF x1

Πυκνωτής 2.2uF x2

Πυκνωτής 220 uf x1

Πυκνωτής 100uF x1

Επαγωγέας 22uH x1

Επαγωγέας 4.5uH x1

Επαγωγέας 4.7uH x1

Επαγωγέας 3.3uHx1

Οργανικός ενισχυτής AD620

Κεφαλίδα 2 ακίδων x3

Κεφαλίδα 4 ακίδων x6

Κεφαλίδα 5 ακίδων x3

Βήμα 1: Μικροελεγκτής Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Αυτός ο μικροελεγκτής είναι ενσωματωμένος σε έναν πίνακα ανάπτυξης του οποίου τα χαρακτηριστικά το καθιστούν κατάλληλο για την ανάπτυξη εφαρμογών όπως το Σύστημα απόκτησης δεδομένων και το ECU:

- Διεπαφή εντοπισμού σφαλμάτων USB και προγραμματισμού

- CAN bus interface με ενσωματωμένο πομποδέκτη

- 14 καρφίτσες ADC (Αναλογικοί σε ψηφιακοί μετατροπείς)

- 34 καρφίτσες GPIO (Είσοδος/έξοδος γενικού σκοπού)

- 2 κανάλια επικοινωνίας σειριακού πρωτοκόλλου (SCI)

- 2 κανάλια επικοινωνίας πρωτοκόλλου I2C

- Προγραμματισμός με το δωρεάν λογισμικό Code Composer Studio

Διαχειρίζεται τους εξωτερικούς αισθητήρες, το GPS, την αποθήκευση των δεδομένων μέσα στο USB, την επικοινωνία με το ECU και την επικοινωνία με την οθόνη του ταμπλό.

Βήμα 2: Υπολογιστής με λογισμικό Matlab

Το λογισμικό Matlab χρησιμοποιείται για την επεξεργασία και την ανάλυση των δεδομένων που είναι αποθηκευμένα στο USB. Η θέση και η τροχιά της μοτοσυκλέτας μπορούν να απεικονιστούν μαζί με την αξία των αισθητήρων, ταυτόχρονα, όπως φαίνεται στην εικόνα.

Βήμα 3: Οθόνη Nextion Enhanced 5.0’’

Χρησιμοποιείται για να δείξει τις πιο σχετικές πληροφορίες στον πιλότο, καθώς και την κατάσταση των συστημάτων της μοτοσυκλέτας. Λαμβάνει τα δεδομένα από τον μικροελεγκτή F28069M C2000 μέσω σειριακής επικοινωνίας.

Βήμα 4: GPS GY-GPS6MV2

Το GPS παίρνει τη στιγμιαία θέση του ποδηλάτου, έτσι ώστε η πορεία του να μπορεί να σχεδιαστεί στη συνέχεια στο λογισμικό Matlab μαζί με τις τιμές των άλλων αισθητήρων. Στέλνει τα δεδομένα GPS στον μικροελεγκτή F28069M C2000 μέσω σειριακής επικοινωνίας.

Βήμα 5: Αισθητήρας ανάρτησης AIM

Τοποθετημένο στην εμπρός και πίσω ανάρτηση, μπορεί να μετρηθεί ο κυβισμός της ανάρτησης της μοτοσυκλέτας.

Βήμα 6: Επιταχυνσιόμετρο VMA204

Χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της επιτάχυνσης και αναγκάζει το ποδήλατο να αντέχει στους άξονες x, y και z. Στέλνει τα δεδομένα επιτάχυνσης στον μικροελεγκτή F28069M C2000 μέσω επικοινωνίας διαύλου I2C.

Βήμα 7: Πληκτρολόγιο

Το πληκτρολόγιο χρησιμοποιείται για την επιλογή της λειτουργίας οδήγησης (ECO, Sport), τη διαμόρφωση της οθόνης του πιλότου και τον έλεγχο των χρόνων λήψης δεδομένων.

Βήμα 8: USB

Αποθηκεύει τα δεδομένα από τους αισθητήρες, το GPS και το ECU.

Βήμα 9: Επαγωγικός αισθητήρας IME18-08BPSZC0S

Χρησιμοποιείται για την καταμέτρηση των παλμών ενός μαγνητικού μέρους του τροχού. Όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα, τόσο περισσότερες στροφές θα κάνουν οι τροχοί και τόσο περισσότερους παλμούς θα μετρήσει ο επαγωγικός αισθητήρας. Έτσι λειτουργεί η μέτρηση της ταχύτητας.

Το διάγραμμα σύνδεσης εμφανίζεται στην εικόνα.

Βήμα 10: Αισθητήρας θερμοκρασίας Pt100

Οι αισθητήρες pt100 είναι ένας συγκεκριμένος τύπος ανιχνευτών θερμοκρασίας. Μεταβάλλει την αντίστασή του ανάλογα με τη θερμοκρασία. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό είναι ότι αποτελείται από πλατίνα και έχουν ηλεκτρική αντίσταση 100 Ohm στους 0ºC.

Βήμα 11: Ρυθμιστές τάσης

Το σύστημα χρειάζεται 4 διαφορετικούς ρυθμιστές τάσης για να αποκτήσει τα επίπεδα τάσης που απαιτούνται για τον μικροελεγκτή και τους αισθητήρες:

LMR23615DRRR

Είναι σε θέση να μετατρέψει από μια παροχή ευρείας τάσης σε σταθερή τάση εξόδου. Για αυτήν την εφαρμογή, το χρειαζόμαστε για να τροφοδοτήσει 3,3 V στον μικροελεγκτή Texas Instruments F28069M C2000.

LM25085AMY/NOPB

Είναι σε θέση να μετατρέψει από μια παροχή ευρείας τάσης σε σταθερή τάση εξόδου. Για αυτήν την εφαρμογή, το χρειαζόμαστε για να τροφοδοτήσουμε 5 V στον μικροελεγκτή Texas Instruments F28069M C2000.

MAX16903SAUE50

Είναι σε θέση να μετατρέψει από μια παροχή ευρείας τάσης σε σταθερή τάση εξόδου. Για αυτήν την εφαρμογή, χρειαζόμαστε 2 από αυτά:

Ένα για την παροχή 5 V στους εξωτερικούς αισθητήρες που απαιτούν τέτοια τάση.

Η άλλη τροφοδοτεί 3,3 V στους εξωτερικούς αισθητήρες που απαιτούν τέτοια τάση.

Βήμα 12: FDD5614P Mosfet

Το Mosfet είναι μια συσκευή ημιαγωγών παρόμοια με ένα τρανζίστορ που χρησιμοποιείται για τη μετακίνηση σημάτων.

Βήμα 13: Διακόπτης ισχύος TPS2051BDBVR

Αυτό το στοιχείο χρησιμοποιείται για την πρόληψη βραχυκυκλωμάτων. Όταν το φορτίο εξόδου υπερβεί το όριο ορίου ρεύματος ή υπάρχει βραχυκύκλωμα, η συσκευή περιορίζει το ρεύμα εξόδου σε ασφαλές επίπεδο μεταβαίνοντας σε λειτουργία σταθερού ρεύματος. Εάν η υπερφόρτωση δεν σταματήσει, διακόπτει την τάση τροφοδοσίας.

Βήμα 14: LED και δίοδοι

Οι λυχνίες LED χρησιμοποιούνται για να απεικονίσουν εάν το σύστημα έχει ισχύ ή όχι. Διατηρούν επίσης το ρεύμα να ρέει μόνο προς μία κατεύθυνση, αποτρέποντας τη λανθασμένη πόλωση του κυκλώματος.

Οι δίοδοι λειτουργούν ως LED αλλά χωρίς φως. διατηρούν το ρεύμα να ρέει μόνο προς μία κατεύθυνση, αποτρέποντας τη λανθασμένη πόλωση του κυκλώματος.

Βήμα 15: Συνδέσεις, κεφαλίδες καρφιτσών και προσαρμογείς

Ο πίνακας PDB απαιτεί ορισμένο αριθμό συνδετήρων, κεφαλίδων καρφιτσών και προσαρμογείς διαφορετικών χαρακτηριστικών για να λειτουργήσει και να ενσωματωθεί με τις διάφορες περιφερειακές συσκευές. Οι μονάδες που χρησιμοποιούνται είναι οι ακόλουθες:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

Βήμα 16: Αντιστάσεις, Πυκνωτές, Επαγωγείς

Τα βασικά για κάθε ηλεκτρονικό κύκλωμα

Βήμα 17: Σχεδιασμός Schematich του πίνακα: Εξωτερικοί σύνδεσμοι για τροφοδοσία και επικοινωνία CAN

Βήμα 18: Schematich Design of the Board: Microcontroller Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Διαθέτει:

- Σύνδεση αισθητήρα, μέσω κεφαλίδων καρφιτσών διαφορετικών μεγεθών για αναλογικές και ψηφιακές εισόδους

- Προετοιμασία σήματος για τους αισθητήρες:

o Φίλτρα χαμηλής διέλευσης για την πρόληψη ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών για να διαταράξουν τα σήματα. Η συχνότητα διακοπής είναι 15Hz.

o Γέφυρα Wheatstone και ένας ενισχυτής οργάνων για να λειτουργεί σωστά ο αισθητήρας θερμοκρασίας pt100

- Καρφίτσες επικοινωνίας για εξωτερικές συσκευές:

o SCI για την οθόνη και το GPS

o I2C για το επιταχυνσιόμετρο

Βήμα 19: Schematich Design of the Board: Power Supply to the Microcontroller

Μέσω ρυθμιστών τάσης, οι οποίοι μετατρέπουν 24V (χαμηλή τάση που προέρχεται από την μπαταρία) σε 3.3V (LMR23615DRRR) και 5V (LM25085AMY/NOPB)

Βήμα 20: Σχεδίαση σχεδίασης του πίνακα: Σύνδεση USB

Βήμα 21: Σχέδιο Schematich του πίνακα: Τροφοδοσία στους αισθητήρες και τις εξωτερικές συσκευές

Μέσω ρυθμιστών τάσης (MAX16903SAUE50), η οποία

μετατρέψτε 24V (χαμηλή τάση που προέρχεται από την μπαταρία) σε 3.3V και 5V. Το σύστημα είναι περιττό και μπορεί επίσης να παρέχει ισχύ στον μικροελεγκτή σε περίπτωση βλάβης του ρυθμιστή τάσης του.

Βήμα 22: Σχεδιάστε την πλακέτα PCB

1) Τροφοδοσία για τον μικροελεγκτή

2) Μικροελεγκτής Texas Instruments F28069M C2000 startpad

3) Digitalηφιακές και αναλογικές είσοδοι και φιλτράρισμα σήματος (3.1)

4) Σύνδεση USB

5) Εξωτερικές συσκευές καρφίτσες κεφαλίδες

6) ρύθμιση σήματος αισθητήρα θερμοκρασίας pt100

7) Τροφοδοσία για τους αισθητήρες και τις εξωτερικές συσκευές

Βήμα 23: Παραγγείλετε την πλακέτα PCB

Με την ολοκλήρωση του σχεδιασμού, ήρθε η ώρα να παραγγείλετε το PCB στον ιστό JLCPCB.com. Η διαδικασία είναι απλή, καθώς πρέπει απλώς να μεταβείτε στο JLCPCB.com, να προσθέσετε τις διαστάσεις και τα επίπεδα της πλακέτας PCB και να κάνετε κλικ στο κουμπί QUOTE NOW.

Οι JLCPCB είναι επίσης χορηγοί αυτού του έργου. Η JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.), είναι η μεγαλύτερη επιχείρηση πρωτοτύπων PCB στην Κίνα και κατασκευαστής υψηλής τεχνολογίας που ειδικεύεται στο γρήγορο πρωτότυπο PCB και στην παραγωγή μικρών παρτίδων PCB. Μπορείτε να παραγγείλετε τουλάχιστον 5 PCB για μόλις 2 $.

Πρέπει να δημιουργήσετε τα αρχεία gerber του έργου σας και να τα τοποθετήσετε σε ένα αρχείο ZIP. Κάνοντας κλικ στο κουμπί "προσθήκη του αρχείου gerber", το σχέδιο ανεβαίνει στον ιστό. Οι διαστάσεις και άλλα χαρακτηριστικά μπορούν ακόμη να αλλάξουν σε αυτήν την ενότητα.

Όταν μεταφορτωθεί, το JLCPCB θα ελέγξει ότι όλα είναι σωστά και θα εμφανίσει μια προηγούμενη απεικόνιση και των δύο πλευρών του πίνακα.

Αφού βεβαιωθούμε ότι το PCB φαίνεται καλό, μπορούμε τώρα να κάνουμε την παραγγελία σε λογική τιμή κάνοντας κλικ στο κουμπί "Αποθήκευση στο καλάθι".