Akwizycja i wizualizacja danych dla elektrycznego roweru wyścigowego MotoStudent: 23 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

System akwizycji danych to zbiór sprzętu i oprogramowania współpracujących ze sobą w celu zbierania danych z zewnętrznych czujników, przechowywania i późniejszego ich przetwarzania, aby można je było wizualizować graficznie i analizować, co pozwala inżynierom na dokonanie niezbędnych korekt w celu uzyskania najlepszej wydajności pojazdu lub urządzenia.

System akwizycji danych współpracuje z systemem wizualizacji danych, który pozwala pilotowi zobaczyć w czasie rzeczywistym odpowiednie dane dotyczące jazdy. Składa się z ekranu HMI, który komunikuje się z systemem akwizycji danych w celu pobierania i wyświetlania z niego danych.

System ten komunikuje się z ECU (Engine Control Unit) motocykla i otrzymuje z niego informacje wewnętrzne oraz zmienne silnika za pośrednictwem magistrali CAN. Wykorzystuje USB do przechowywania odebranych danych, a także danych pobranych z czujników podłączonych do systemu akwizycji danych.

Kieszonkowe dzieci

Mikrokontroler Texas Instruments F28069M C2000

Wyrzutnia

Nextion Enhanced 5.0 ''ekran

PC z oprogramowaniem Matlab

GPS GY-GPS6MV2

Czujnik zawieszenia AIM

Akcelerometr VMA204

Klawiatura

USB

Czujnik indukcyjny IME18-08BPSZC0S

Regulator napięcia LMR23615DRRR

Regulator napięcia LM25085AMY/NOPB

Regulator napięcia MAX16903SAUE50 x2

Czujnik temperatury pt100

5-103669-9 złącze x1

5-103639-3 złącze x1

5-103669-1 złącze x1

LEDCHIP-LED0603 x2

Mosfet FDD5614P

Przełącznik zasilania TPS2051BDBVR

Adapter microUSB_AB

Dioda SBRD10200TR

Rezystor 1K Ohm x5

Rezystor 10K Ohm

Rezystor 100 Ohm x1

Rezystor 100k Ohm x7

Rezystor 51K Ohm

Rezystor 22, 1 K Ohm x2

Rezystor 6 Kohm x2

Rezystor 6K8 Ohm x2

Rezystor 2,55K Ohm

Rezystor 38,3K Ohm x1

Rezystor 390 Ohm x1

Rezystor 20K Ohm x2

rezystor 33K Ohm x2

Kondensator 15 uF x5

Kondensator 10 uF x3

Kondensator 4,7 uF x4

Kondensator 47uF x2

Kondensator 68uF

Kondensator 0.1uF x1

Kondensator 1nF x1

Kondensator 100nf x1

Kondensator 470nF x1

Kondensator 2,2 uF x2

Kondensator 220 uf x1

Kondensator 100uF x1

Cewka indukcyjna 22uH x1

Cewka indukcyjna 4,5uH x1

Induktor 4,7uH x1

Cewka 3,3uHx1

Wzmacniacz instrumentalny AD620

Złącze 2-stykowe x3

4-pinowe złącze x6

5-pinowe złącze x3

Krok 1: Mikrokontroler Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Ten mikrokontroler jest wbudowany w płytkę rozwojową, której cechy sprawiają, że nadaje się do tworzenia aplikacji, takich jak Data Acquisition System i ECU:

- Interfejs debugowania i programowania USB

- Interfejs magistrali CAN ze zintegrowanym transceiver

- 14 pinów ADC (przetworniki analogowo-cyfrowe)

- 34 piny GPIO (wejście/wyjście ogólnego przeznaczenia)

- 2 kanały komunikacyjne protokołu szeregowego (SCI)

- 2 kanały komunikacyjne protokołu I2C

- Programowanie za pomocą bezpłatnego oprogramowania Code Composer Studio

Zarządza zewnętrznymi czujnikami, GPS, przechowywaniem danych wewnątrz USB, komunikacją z ECU i komunikacją z ekranem deski rozdzielczej.

Krok 2: Komputer z oprogramowaniem Matlab

Oprogramowanie Matlab służy do przetwarzania i analizy danych zapisanych w pamięci USB. Pozycję i trajektorię roweru można jednocześnie wizualizować wraz z wartością czujników, co widać na zdjęciu.

Krok 3: Nextion Enhanced 5.0 ''Ekran

Służy do pokazywania pilotowi najistotniejszych informacji, a także stanu systemów roweru. Odbiera dane z mikrokontrolera F28069M C2000 za pośrednictwem komunikacji szeregowej.

Krok 4: GPS GY-GPS6MV2

GPS pobiera natychmiastową pozycję roweru, dzięki czemu jego trajektorię można następnie wykreślić w oprogramowaniu Matlab wraz z wartościami innych czujników. Wysyła dane GPS do mikrokontrolera F28069M C2000 za pośrednictwem komunikacji szeregowej.

Krok 5: Czujnik zawieszenia AIM

Zainstalowany na przednim i tylnym zawieszeniu, umożliwia pomiar przemieszczenia zawieszenia roweru.

Krok 6: Akcelerometr VMA204

Służy do pomiaru przyspieszenia i sił, jakie rower wytrzymuje w osiach x, y i z. Wysyła dane przyspieszenia do mikrokontrolera F28069M C2000 za pośrednictwem magistrali I2C.

Krok 7: Klawiatura

Klawiatura służy do wyboru trybu jazdy (ECO, Sport), konfiguracji ekranu pilota oraz kontroli czasów akwizycji danych.

Krok 8: USB

Przechowuje dane z czujników, GPS i ECU.

Krok 9: Czujnik indukcyjny IME18-08BPSZC0S

Służy do zliczania impulsów magnetycznej części koła. Im wyższa prędkość, tym więcej obrotów zrobią koła i tym więcej impulsów zliczy czujnik indukcyjny. Tak działa pomiar prędkości.

Schemat połączeń pokazano na obrazku.

Krok 10: Czujnik temperatury Pt100

Czujniki pt100 to specyficzny rodzaj czujników temperatury. Zmienia swoją odporność w zależności od temperatury. Najważniejszą cechą jest to, że składa się z platyny i ma rezystancję elektryczną 100 Ohm przy 0ºC.

Krok 11: Regulatory napięcia

System potrzebuje 4 różnych regulatorów napięcia w celu uzyskania poziomów napięcia potrzebnych dla mikrokontrolera i czujników:

LMR23615DRRR

Jest w stanie konwertować z szerokiego zakresu napięcia zasilania na stałe napięcie wyjściowe. Do tej aplikacji potrzebujemy go do zasilania 3,3 V mikrokontrolera Texas Instruments F28069M C2000.

LM25085AMY/NOPB

Jest w stanie konwertować z szerokiego zakresu napięcia zasilania na stałe napięcie wyjściowe. W tej aplikacji potrzebujemy go do zasilania 5 V mikrokontrolera Texas Instruments F28069M C2000.

MAX16903SAUE50

Jest w stanie konwertować z szerokiego zakresu napięcia zasilania na stałe napięcie wyjściowe. Do tej aplikacji potrzebujemy 2 z nich:

Jeden do zasilania 5 V czujników zewnętrznych, które wymagają takiego napięcia.

Drugi do zasilania 3,3 V do czujników zewnętrznych, które wymagają takiego napięcia.

Krok 12: Mosfet FDD5614P

Mosfet to urządzenie półprzewodnikowe podobne do tranzystora używanego do komutacji sygnałów.

Krok 13: Przełącznik zasilania TPS2051BDBVR

Ten komponent służy do zapobiegania zwarciom. Gdy obciążenie wyjściowe przekracza próg ograniczenia prądu lub występuje zwarcie, urządzenie ogranicza prąd wyjściowy do bezpiecznego poziomu, przełączając się w tryb prądu stałego. Jeśli przeciążenie nie ustanie, odcina napięcie zasilania.

Krok 14: Diody i diody

Diody LED służą do wizualizacji, czy system jest zasilany, czy nie. Utrzymują również przepływ prądu tylko w jednym kierunku, zapobiegając nieprawidłowej polaryzacji obwodu.

Diody działają jak diody LED, ale bez światła; utrzymują prąd płynący tylko w jednym kierunku, zapobiegając niewłaściwej polaryzacji obwodu.

Krok 15: Złącza, nagłówki i adaptery

Płytka PDB wymaga określonej liczby złączy, nagłówków pinów i adapterów o różnych charakterystykach, aby mogła współpracować i integrować się z różnymi urządzeniami peryferyjnymi. Stosowane jednostki są następujące:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

Krok 16: Rezystory, kondensatory, cewki

Podstawy każdego obwodu elektronicznego

Krok 17: Schemat projektu płyty: zewnętrzne złącza zasilania i komunikacji CAN

Krok 18: Schemat projektu płytki: Mikrokontroler Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Wyposażony w:

- Podłączenie czujnika za pomocą listew pinowych o różnych rozmiarach dla wejść analogowych i cyfrowych

- Kondycjonowanie sygnału dla czujników:

o Filtry dolnoprzepustowe zapobiegające zakłóceniom elektromagnetycznym zakłócającym sygnały. Częstotliwość odcięcia wynosi 15 Hz.

o Mostek Wheatstone'a i wzmacniacz instrumentalny dla poprawnego działania czujnika temperatury pt100

- Piny komunikacyjne dla urządzeń zewnętrznych:

o SCI dla ekranu i GPS

o I2C dla akcelerometru

Krok 19: Schematyczny projekt płytki: Zasilanie mikrokontrolera

Poprzez regulatory napięcia, które konwertują 24V (niskie napięcie pochodzące z akumulatora) na 3,3V (LMR23615DRRR) i 5V (LM25085AMY/NOPB)

Krok 20: Schemat projektu płytki: połączenie USB

Krok 21: Schematyczny projekt płytki: Zasilanie czujników i urządzeń zewnętrznych

Poprzez regulatory napięcia (MAX16903SAUE50), które

zamienić 24V (niskie napięcie z akumulatora) na 3,3V i 5V. System jest nadmiarowy i może również zasilać mikrokontroler w przypadku awarii jego regulatora napięcia.

Krok 22: Zaprojektuj płytkę PCB

1) Zasilanie mikrokontrolera

2) Wyrzutnia mikrokontrolera Texas Instruments F28069M C2000

3) Wejścia cyfrowe i analogowe oraz filtrowanie sygnału (3.1)

4) połączenie USB

5) Nagłówki pinów urządzeń zewnętrznych

6) kondycjonowanie sygnału czujnika temperatury pt100;

7) Zasilanie czujników i urządzeń zewnętrznych

Krok 23: Zamów płytkę PCB

Po zakończeniu projektu nadszedł czas na zamówienie PCB w sieci JLCPCB.com. Proces jest prosty, wystarczy wejść na JLCPCB.com, dodać wymiary i warstwy swojej płytki PCB i kliknąć przycisk WYCENIAJ TERAZ.

JLCPCB jest również sponsorem tego projektu. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.) jest największym przedsiębiorstwem produkującym prototypy PCB w Chinach i producentem high-tech specjalizującym się w szybkim prototypie PCB i produkcji małych partii PCB. Możesz zamówić minimum 5 płytek za jedyne 2 USD.

Musisz wygenerować pliki gerber swojego projektu i umieścić je w pliku ZIP. Po kliknięciu przycisku „dodaj swój plik gerber” projekt zostanie przesłany do sieci. W tej sekcji nadal można zmienić wymiary i inne cechy.

Po przesłaniu JLCPCB sprawdzi, czy wszystko jest w porządku i pokaże poprzednią wizualizację obu stron płytki.

Po upewnieniu się, że PCB wygląda dobrze, możemy teraz złożyć zamówienie w rozsądnej cenie, klikając przycisk „Zapisz do koszyka”.