MotoStudent Elektrikli Yarış Bisikleti için Veri Toplama ve Veri Görselleştirme Sistemi: 23 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Bir veri toplama sistemi, harici sensörlerden veri toplamak, daha sonra depolamak ve işlemek için birlikte çalışan bir donanım ve yazılım topluluğudur, böylece grafiksel olarak görselleştirilebilir ve analiz edilebilir, böylece mühendislerin en iyi performansı elde etmek için gerekli ayarlamaları yapmasına olanak tanır. aracın veya cihazın

Veri Toplama Sistemi, pilotun sürüş için ilgili gerçek zamanlı verileri görmesini sağlayan bir Veri Görselleştirme Sistemi ile birlikte çalışır. Verileri almak ve göstermek için Veri Toplama Sistemi ile iletişim kuran bir HMI ekranından oluşur.

Bu Sistem, bisikletin ECU'su (Motor Kontrol Ünitesi) ile iletişim kurar ve CAN bus aracılığıyla dahili bilgileri ve motor değişkenlerini ondan alır. Veri Toplama Sistemine bağlı sensörlerden alınan verilerin yanı sıra alınan verilerin depolanması için bir USB kullanır.

Gereçler

Mikrodenetleyici Texas Instruments F28069M C2000

Başlatma paneli

Nextion Enhanced 5.0” ekran

Matlab yazılımlı bilgisayar

GPS GY-GPS6MV2

AIM süspansiyon Sensörü

İvmeölçer VMA204

Klavye

USB

Endüktif sensör IME18-08BPSZC0S

Voltaj regülatörü LMR23615DRRR

Voltaj regülatörü LM25085AMY/NOPB

Voltaj regülatörü MAX16903SAUE50 x2

Sıcaklık Sensörü pt100

5-103669-9 konektör x1

5-103639-3 konektör x1

5-103669-1 konektör x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P Mosfet

TPS2051BDBVR Güç Anahtarı

MicroUSB_AB adaptörü

SBRD10200TR Diyot

Direnç 1K Ohm x5

Direnç 10K Ohm

Direnç 100 Ohm x1

Direnç 100k Ohm x7

Direnç 51K Ohm

Direnç 22, 1 K Ohm x2

Direnç 6 Kohm x2

Direnç 6K8 Ohm x2

Direnç 2.55K Ohm

Direnç 38.3K Ohm x1

Direnç 390 Ohm x1

Direnç 20K Ohm x2

direnç 33K Ohm x2

Kapasitör 15 uF x5

Kapasitör 10 uF x3

Kapasitör 4.7uF x4

Kapasitör 47uF x2

Kapasitör 68uF

Kapasitör 0.1uF x1

Kapasitör 1nF x1

Kapasitör 100nf x1

Kondansatör 470nF x1

Kapasitör 2.2uF x2

Kapasitör 220 uf x1

Kapasitör 100uF x1

İndüktör 22uH x1

İndüktör 4.5uH x1

İndüktör 4.7uH x1

İndüktör 3.3uHx1

Enstrümantal Amplifikatör AD620

2 pimli Başlık x3

4 pinli Başlık x6

5-pin Başlık x3

Adım 1: Mikrodenetleyici Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Bu mikro denetleyici, özellikleri onu Veri Toplama Sistemi ve ECU gibi uygulamaların geliştirilmesi için uygun kılan bir geliştirme kartına yerleştirilmiştir:

- USB hata ayıklama ve programlama arayüzü

- Entegre alıcı-vericili CAN bus arayüzü

- 14 ADC pini (Analogdan Dijitale Dönüştürücüler)

- 34 GPIO pini (Genel Amaçlı Giriş/Çıkış)

- 2 seri protokol (SCI) iletişim kanalı

- 2 I2C protokolü iletişim kanalı

- Ücretsiz yazılım Code Composer Studio ile programlama

Harici sensörleri, GPS'i, USB içindeki verilerin depolanmasını, ECU ile iletişimi ve gösterge paneli ekranı ile iletişimi yönetir.

Adım 2: Matlab Yazılımlı PC

Matlab yazılımı, USB'de depolanan verileri işlemek ve analiz etmek için kullanılır. Bisikletin konumu ve yörüngesi, resimde görüldüğü gibi aynı anda sensörlerin değeri ile birlikte görselleştirilebilir.

3. Adım: Nextion Enhanced 5.0'' Ekranı

Pilota en alakalı bilgileri ve ayrıca bisiklet sistemlerinin durumunu göstermek için kullanılır. F28069M C2000 mikrodenetleyiciden seri iletişim yoluyla verileri alır.

Adım 4: GPS GY-GPS6MV2

GPS, bisikletin anlık konumunu alır, böylece yörüngesi daha sonra diğer sensörlerin değerleriyle birlikte Matlab yazılımında çizilebilir. GPS verilerini seri iletişim yoluyla F28069M C2000 mikrodenetleyicisine gönderir.

Adım 5: AIM Süspansiyon Sensörü

Ön ve arka süspansiyona takılan bisikletin süspansiyon yer değiştirmesi ölçülebilir.

Adım 6: İvmeölçer VMA204

Bisikletin x, y ve z eksenlerinde dayandığı ivmeyi ve kuvvetleri ölçmek için kullanılır. Hızlanma verilerini I2C veri yolu iletişimi yoluyla F28069M C2000 mikro denetleyicisine gönderir.

7. Adım: Tuş Takımı

Tuş takımı, sürüş modunu (ECO, Sport) seçmek, pilot ekranını yapılandırmak ve veri toplama sürelerini kontrol etmek için kullanılır.

Adım 8: USB

Sensörlerden, GPS'ten ve ECU'dan gelen verileri depolar.

Adım 9: Endüktif Sensör IME18-08BPSZC0S

Tekerleğin manyetik bir parçasının darbelerini saymak için kullanılır. Hız ne kadar yüksek olursa, tekerlekler o kadar fazla dönüş yapacak ve endüktif sensör o kadar fazla darbe sayacaktır. Hız ölçümü böyle çalışır.

Bağlantı şeması resimde gösterilmiştir.

Adım 10: Sıcaklık Sensörü Pt100

pt100 sensörleri, belirli bir sıcaklık dedektörü türüdür. Direnci sıcaklığa bağlı olarak değişir. En önemli özelliği platinden oluşması ve 0ºC'de 100 Ohm elektrik direncine sahip olmasıdır.

Adım 11: Voltaj Regülatörleri

Mikrodenetleyici ve sensörler için ihtiyaç duyulan voltaj seviyelerini elde etmek için sistem 4 farklı voltaj regülatörüne ihtiyaç duyar:

LMR23615DRRR

Geniş bir voltaj aralığı beslemesinden sabit bir çıkış voltajına dönüştürebilir. Bu uygulama için Texas Instruments F28069M C2000 mikrodenetleyicisine 3.3 V beslemesi gerekiyor.

LM25085AMY/NOPB

Geniş bir voltaj aralığı beslemesinden sabit bir çıkış voltajına dönüştürebilir. Bu uygulama için Texas Instruments F28069M C2000 mikrodenetleyicisine 5 V beslemesi gerekiyor.

MAX16903SAUE50

Geniş bir voltaj aralığı beslemesinden sabit bir çıkış voltajına dönüştürebilir. Bu uygulama için 2 tanesine ihtiyacımız var:

Biri, bu tür voltaj gerektiren harici sensörlere 5 V beslemek için.

Diğeri ise bu tür voltaj gerektiren harici sensörlere 3,3 V beslemek için.

Adım 12: FDD5614P Mosfet

Bir mosfet, sinyalleri değiştirmek için kullanılan bir transistöre benzer bir yarı iletken cihazdır.

Adım 13: TPS2051BDBVR Güç Anahtarı

Bu bileşen kısa devreleri önlemek için kullanılır. Çıkış yükü akım sınırı eşiğini aştığında veya kısa devre olduğunda cihaz sabit akım moduna geçerek çıkış akımını güvenli bir seviyeye sınırlar. Aşırı yük durmazsa besleme gerilimini keser.

Adım 14: LED'ler ve Diyotlar

LED'ler sistemin gücünün olup olmadığını görselleştirmek için kullanılır. Ayrıca akımın sadece bir yönde akmasını sağlayarak devrenin yanlış polarizasyonunu önlerler.

Diyotlar LED olarak çalışır ancak ışıksız çalışır; akımın sadece bir yönde akmasını sağlayarak devrenin yanlış polarizasyonunu önlerler.

Adım 15: Konektörler, Pin Başlıkları ve Adaptörler

PDB kartı, farklı çevresel aygıtlarla çalışmak ve entegre olmak için belirli sayıda konektör, pin başlığı ve farklı özelliklere sahip adaptörler gerektirir. Kullanılan birimler aşağıdaki gibidir:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MikroUSB_AB

Adım 16: Dirençler, Kapasitörler, İndüktörler

Herhangi bir elektronik devre için temel bilgiler

Adım 17: Kartın Şematik Tasarımı: Güç Kaynağı ve CAN İletişimi için Harici Konnektörler

Adım 18: Kartın Şematik Tasarımı: Mikrodenetleyici Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Şunları içerir:

- Analog ve dijital girişler için farklı boyutlardaki pin başlıkları aracılığıyla sensör bağlantısı

- Sensörler için sinyal koşullandırma:

o Elektromanyetik parazitlerin sinyalleri bozmasını önlemek için alçak geçiren filtreler. Kesme frekansı 15Hz'dir.

o pt100 sıcaklık sensörünün doğru çalışması için Wheatstone köprüsü ve enstrümantal amplifikatör

- Harici cihazlar için iletişim pinleri:

o Ekran ve GPS için SCI

o İvmeölçer için I2C

Adım 19: Kartın Şematik Tasarımı: Mikrodenetleyiciye Güç Kaynağı

24V'u (aküden gelen düşük voltaj) 3.3V'a (LMR23615DRRR) ve 5V'a (LM25085AMY/NOPB) çeviren Voltaj regülatörleri ile

Adım 20: Kartın Şematik Tasarımı: USB Bağlantısı

Adım 21: Kartın Şematik Tasarımı: Sensörlere ve Harici Cihazlara Güç Kaynağı

Voltaj regülatörleri (MAX16903SAUE50) aracılığıyla

24V'u (aküden gelen düşük voltaj) 3,3V ve 5V'a dönüştürün. Sistem yedeklidir ve voltaj regülatörünün arızalanması durumunda mikrodenetleyiciye de güç sağlayabilir.

Adım 22: PCB Kartını Tasarlayın

1) Mikrodenetleyici için güç kaynağı

2) Mikrodenetleyici Texas Instruments F28069M C2000 fırlatma paneli

3) Dijital ve analog girişler ve sinyal filtreleme (3.1)

4) USB bağlantısı

5) Harici cihazlar pin başlıkları

6) pt100 sıcaklık sensörü sinyal koşullandırma

7) Sensörler ve harici cihazlar için güç kaynağı

Adım 23: PCB Kartını Sipariş Edin

Tasarım tamamlandıktan sonra, PCB'yi JLCPCB.com web sitesinde sipariş etme zamanı. İşlem basittir, sadece JLCPCB.com'a gitmeniz, PCB kartınızın boyutlarını ve katmanlarını eklemeniz ve ŞİMDİ QUOTE butonuna tıklamanız yeterlidir.

JLCPCB de bu projenin sponsorudur. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.), Çin'deki en büyük PCB prototip işletmesi ve hızlı PCB prototipi ve küçük parti PCB üretiminde uzmanlaşmış bir yüksek teknoloji üreticisidir. Sadece 2 $ karşılığında en az 5 PCB sipariş edebilirsiniz.

Projenizin gerber dosyalarını oluşturmanız ve bir ZIP dosyasına koymanız gerekir. “Gerber dosyanızı ekleyin” butonuna tıklanarak tasarım web'e yüklenir. Boyutlar ve diğer özellikler yine bu bölümde değiştirilebilir.

Yüklendiğinde, JLCPCB her şeyin doğru olduğunu kontrol edecek ve tahtanın her iki tarafının önceki bir görselleştirmesini gösterecektir.

PCB'nin iyi göründüğünden emin olduktan sonra, "Sepete kaydet" butonuna tıklayarak artık makul bir fiyata sipariş verebiliriz.