Adquisició de dades i sistema de visualització de dades per a una moto de carreres elèctrica MotoStudent: 23 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Un sistema d’adquisició de dades és una col·lecció de maquinari i programari que treballa conjuntament per tal de recopilar dades de sensors externs, emmagatzemar-les i processar-les posteriorment perquè es puguin visualitzar gràficament i analitzar, cosa que permet als enginyers realitzar els ajustos necessaris per obtenir el millor rendiment del vehicle o dispositiu.

El sistema d’adquisició de dades funciona conjuntament amb un sistema de visualització de dades que permet al pilot veure les dades rellevants en temps real per a la conducció. Consisteix en una pantalla HMI que es comunica amb el sistema d’adquisició de dades per recuperar-ne i mostrar-ne les dades.

Aquest sistema es comunica amb l’ECU (unitat de control del motor) de la moto i en rep informació interna i variables del motor mitjançant el bus CAN. Utilitza un USB per emmagatzemar les dades rebudes, així com les dades recuperades dels sensors connectats al sistema d’adquisició de dades.

Subministraments

Microcontrolador Texas Instruments F28069M C2000

Plataforma de llançament

Pantalla Nextion Enhanced 5.0”

PC amb programari Matlab

GPS GY-GPS6MV2

Sensor de suspensió AIM

Acceleròmetre VMA204

Teclat

USB

Sensor inductiu IME18-08BPSZC0S

Regulador de tensió LMR23615DRRR

Regulador de tensió LM25085AMY / NOPB

Regulador de tensió MAX16903SAUE50 x2

Sensor de temperatura pt100

5-103669-9 connector x1

5-103639-3 connector x1

5-103669-1 connector x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P Mosfet

TPS2051BDBVR interruptor d’alimentació

Adaptador MicroUSB_AB

SBRD10200TR díode

Resistència 1K Ohm x5

Resistència 10K Ohm

Resistència 100 Ohm x1

Resistència 100k Ohm x7

Resistència 51K Ohm

Resistència 22, 1 K Ohm x2

Resistència 6 Kohm x2

Resistència 6K8 Ohm x2

Resistència 2,55K Ohm

Resistència 38,3K Ohm x1

Resistència 390 Ohm x1

Resistència 20K Ohm x2

resistència 33K Ohm x2

Condensador 15 uF x5

Condensador 10 uF x3

Condensador 4.7uF x4

Condensador 47uF x2

Condensador 68uF

Condensador 0.1uF x1

Condensador 1nF x1

Condensador 100nf x1

Condensador 470nF x1

Condensador 2.2uF x2

Condensador 220 uf x1

Condensador 100uF x1

Inductor 22uH x1

Inductor 4.5uH x1

Inductor 4.7uH x1

Inductor 3.3uHx1

Amplificador instrumental AD620

Capçalera de 2 pins x3

Capçalera de 4 pins x6

Capçalera de 5 pins x3

Pas 1: Microcontrolador Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Aquest microcontrolador està incrustat en una placa de desenvolupament les característiques del qual el fa adequat per al desenvolupament d'aplicacions com el sistema d'adquisició de dades i l'ECU:

- Interfície de depuració i programació USB

- Interfície de bus CAN amb transceptor integrat

- 14 pins ADC (convertidors analògics a digitals)

- 34 pins GPIO (entrada / sortida d'ús general)

- 2 canals de comunicació de protocol sèrie (SCI)

- 2 canals de comunicació del protocol I2C

- Programació amb el programari lliure Code Composer Studio

Gestiona els sensors externs, el GPS, l’emmagatzematge de dades a l’interior de l’USB, la comunicació amb l’ECU i la comunicació amb la pantalla del tauler.

Pas 2: PC amb el programari Matlab

El programari Matlab s’utilitza per processar i analitzar les dades emmagatzemades a l’USB. La posició i la trajectòria de la moto es poden visualitzar juntament amb el valor dels sensors, simultàniament, tal com es pot veure a la imatge.

Pas 3: pantalla de 5,0”millorada de Nextion

S’utilitza per mostrar la informació més rellevant al pilot, així com l’estat dels sistemes de la moto. Rep les dades del microcontrolador F28069M C2000 mitjançant comunicació serial.

Pas 4: GPS GY-GPS6MV2

El GPS obté la posició instantània de la moto, de manera que la seva trajectòria es pot dibuixar després al programari Matlab juntament amb els valors dels altres sensors. Envia les dades GPS al microcontrolador F28069M C2000 mitjançant comunicació serial.

Pas 5: sensor de suspensió AIM

Instal·lat a la suspensió davantera i posterior, es pot mesurar el desplaçament de la suspensió de la moto.

Pas 6: acceleròmetre VMA204

S’utilitza per mesurar l’acceleració i força la resistència de la bicicleta als eixos x, y i z. Envia les dades d’acceleració al microcontrolador F28069M C2000 mitjançant la comunicació de bus I2C.

Pas 7: teclat

El teclat s’utilitza per seleccionar el mode de conducció (ECO, Sport), configurar la pantalla del pilot i controlar els temps d’adquisició de dades.

Pas 8: USB

Emmagatzema les dades dels sensors, el GPS i l’ECU.

Pas 9: sensor inductiu IME18-08BPSZC0S

S’utilitza per comptar els polsos d’una part magnètica de la roda. Com més gran sigui la velocitat, més rodes faran les rodes i més impulsos comptarà el sensor inductiu. Així funciona la mesura de la velocitat.

El diagrama de connexió es mostra a la imatge.

Pas 10: sensor de temperatura Pt100

Els sensors pt100 són un tipus específic de detectors de temperatura. Varia la seva resistència en funció de la temperatura. La característica més important és que està compost de platí i té una resistència elèctrica de 100 Ohm a 0ºC.

Pas 11: reguladors de tensió

El sistema necessita 4 reguladors de tensió diferents per obtenir els nivells de tensió necessaris per al microcontrolador i els sensors:

LMR23615DRRR

És capaç de convertir d'un ampli rang de tensió a una tensió de sortida fixa. Per a aquesta aplicació, la necessitem per subministrar 3,3 V al microcontrolador Texas Instruments F28069M C2000.

LM25085AMY / NOPB

És capaç de convertir d'un ampli rang de tensió a una tensió de sortida fixa. Per a aquesta aplicació, la necessitem per subministrar 5 V al microcontrolador Texas Instruments F28069M C2000.

MAX16903SAUE50

És capaç de convertir d'un ampli rang de tensió a una tensió de sortida fixa. Per a aquesta aplicació, en necessitem 2:

Un per subministrar 5 V als sensors externs que requereixen aquesta tensió.

L'altre subministra 3,3 V als sensors externs que requereixen aquesta tensió.

Pas 12: FDD5614P Mosfet

Un mosfet és un dispositiu semiconductor similar a un transistor utilitzat per commutar senyals.

Pas 13: interruptor d’alimentació TPS2051BDBVR

Aquest component s’utilitza per evitar curtcircuits. Quan la càrrega de sortida supera el llindar de límit de corrent o hi ha un curt, el dispositiu limita el corrent de sortida a un nivell segur canviant a un mode de corrent constant. Si la sobrecàrrega no s’atura, talla la tensió d’alimentació.

Pas 14: LEDs i díodes

Els LED s’utilitzen per visualitzar si el sistema té potència o no. També mantenen el corrent que flueix en una sola direcció, evitant la polarització incorrecta del circuit.

Els díodes funcionen com un LED però sense llum; mantenen el corrent que flueix en una sola direcció, evitant la polarització incorrecta del circuit.

Pas 15: connectors, capçaleres de pin i adaptadors

La placa PDB requereix una certa quantitat de connectors, capçaleres de pin i adaptadors de diferents característiques per funcionar i integrar-se amb els diferents dispositius perifèrics. Les unitats utilitzades són les següents:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

Pas 16: resistències, condensadors, inductors

Els conceptes bàsics per a qualsevol circuit electrònic

Pas 17: Disseny esquemàtic de la placa: Connectors externs per a alimentació i comunicació CAN

Pas 18: Disseny esquemàtic de la placa: Microcontrolador Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Amb:

- Connexió del sensor mitjançant capçaleres de diferents mides per a entrades analògiques i digitals

- Condicionament del senyal dels sensors:

o Filtres de pas baix per evitar interferències electromagnètiques per molestar els senyals. La freqüència de tall és de 15Hz.

o Pont de Wheatstone i un amplificador instrumental perquè el sensor de temperatura pt100 funcioni correctament

- Pins de comunicació per a dispositius externs:

o SCI per a la pantalla i el GPS

o I2C per a l’acceleròmetre

Pas 19: Disseny de la placa Schematich: font d'alimentació del microcontrolador

Mitjançant reguladors de tensió, que converteixen 24V (baixa tensió provinent de la bateria) a 3,3V (LMR23615DRRR) i 5V (LM25085AMY / NOPB)

Pas 20: Disseny esquemàtic de la placa: connexió USB

Pas 21: Disseny esquemàtic de la placa: font d'alimentació als sensors i dispositius externs

Mitjançant reguladors de tensió (MAX16903SAUE50), que

converteix 24V (baixa tensió provinent de la bateria) a 3,3V i 5V. El sistema és redundant i també pot proporcionar energia al microcontrolador en cas que falla el seu regulador de voltatge.

Pas 22: Dissenyeu la placa PCB

1) Font d'alimentació per al microcontrolador

2) Microcontrolador Texas Instruments F28069M C2000 launchpad

3) Entrades digitals i analògiques i filtratge de senyals (3.1)

4) Connexió USB

5) Capçaleres de pin de dispositius externs

6) condicionament del senyal del sensor de temperatura pt100

7) Font d'alimentació per als sensors i dispositius externs

Pas 23: demaneu la placa PCB

Un cop acabat el disseny, és hora de demanar el PCB al web JLCPCB.com. El procés és senzill, ja que només heu d’anar a JLCPCB.com, afegir les dimensions i capes de la vostra placa PCB i fer clic al botó CITA ARA.

JLCPCB també patrocina aquest projecte. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.), és l’empresa més gran de prototips de PCB a la Xina i un fabricant d’alta tecnologia especialitzat en prototips de PCB ràpids i producció de PCB de lots petits. Podeu demanar un mínim de 5 PCB per només 2 $.

Heu de generar els fitxers gerber del vostre projecte i posar-los en un fitxer ZIP. En fer clic al botó "Afegeix el fitxer gerber", el disseny es carrega al web. Les dimensions i altres característiques encara es poden canviar en aquesta secció.

Quan es penja, JLCPCB comprovarà que tot és correcte i mostrarà una visualització prèvia dels dos costats del tauler.

Després d'assegurar-nos que el PCB té bon aspecte, ara podem fer la comanda a un preu raonable fent clic al botó "Desa al carret".