Система за събиране и визуализиране на данни за електрически състезателен мотор MotoStudent: 23 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Системата за събиране на данни е съвкупност от хардуер и софтуер, които работят заедно, за да събират данни от външни сензори, да ги съхраняват и обработват след това, така че да могат да се визуализират графично и да се анализират, което позволява на инженерите да направят необходимите корекции, за да постигнат най -добрата производителност на превозното средство или устройството.

Системата за събиране на данни работи заедно със система за визуализация на данни, която позволява на пилота да види съответните данни в реално време за шофиране. Състои се от HMI екран, който комуникира със Системата за събиране на данни, за да извлича и показва данни от нея.

Тази система комуникира с ECU на мотора (блока за управление на двигателя) и получава вътрешна информация и променливи на двигателя от CAN шина. Той използва USB за съхранение на получените данни, както и данните, извлечени от сензорите, свързани към Системата за събиране на данни.

Консумативи

Микроконтролер Texas Instruments F28069M C2000

Стартов панел

Nextion Enhanced 5.0 '' екран

Компютър със софтуер Matlab

GPS GY-GPS6MV2

AIM сензор за окачване

Акселерометър VMA204

Клавиатура

USB

Индуктивен сензор IME18-08BPSZC0S

Регулатор на напрежение LMR23615DRRR

Регулатор на напрежение LM25085AMY/NOPB

Регулатор на напрежение MAX16903SAUE50 x2

Температурен сензор pt100

5-103669-9 конектор x1

5-103639-3 конектор x1

5-103669-1 конектор x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P Mosfet

TPS2051BDBVR превключвател на захранването

Адаптер MicroUSB_AB

SBRD10200TR диод

Резистор 1K Ohm x5

Резистор 10K Ohm

Резистор 100 Ohm x1

Резистор 100k Ohm x7

Резистор 51K Ohm

Резистор 22, 1 K Ohm x2

Резистор 6 Kohm x2

Резистор 6K8 Ohm x2

Резистор 2.55K Ohm

Резистор 38.3K Ohm x1

Резистор 390 Ohm x1

Резистор 20K Ohm x2

резистор 33K Ohm x2

Кондензатор 15 uF x5

Кондензатор 10 uF x3

Кондензатор 4.7uF x4

Кондензатор 47uF x2

Кондензатор 68uF

Кондензатор 0.1uF x1

Кондензатор 1nF x1

Кондензатор 100nf x1

Кондензатор 470nF x1

Кондензатор 2.2uF x2

Кондензатор 220 uf x1

Кондензатор 100uF x1

Индуктор 22uH x1

Индуктор 4.5uH x1

Индуктор 4.7uH x1

Индуктор 3.3uHx1

Инструментален усилвател AD620

2-пинов хедър x3

4-пинов хедър x6

5-пинов хедър x3

Стъпка 1: Стартова панел за микроконтролер Texas Instruments F28069M C2000

Този микроконтролер е вграден в дъска за разработка, чиито характеристики го правят подходящ за разработване на приложения като Системата за събиране на данни и ECU:

- USB отстраняване на грешки и интерфейс за програмиране

- Интерфейс на CAN шината с интегриран трансивър

- 14 ADC пина (аналогово -цифрови преобразуватели)

- 34 GPIO пина (общо предназначение вход/изход)

- 2 комуникационни канала със сериен протокол (SCI)

- 2 канала за комуникация на протокол I2C

- Програмиране с безплатния софтуер Code Composer Studio

Той управлява външните сензори, GPS, съхранението на данните вътре в USB, комуникацията с ECU и комуникацията с екрана на таблото.

Стъпка 2: Компютър със софтуер Matlab

Софтуерът Matlab се използва за обработка и анализ на данните, съхранявани в USB. Положението и траекторията на мотора могат да се визуализират заедно със стойността на сензорите едновременно, както може да се види на снимката.

Стъпка 3: Екран Nextion Enhanced 5.0’’

Използва се за показване на най -подходящата информация на пилота, както и за състоянието на системите на мотора. Той получава данните от микроконтролера F28069M C2000 чрез серийна комуникация.

Стъпка 4: GPS GY-GPS6MV2

GPS получава моменталната позиция на мотора, така че след това траекторията му може да бъде начертана в софтуера Matlab заедно със стойностите на другите сензори. Той изпраща GPS данните към микроконтролера F28069M C2000 чрез серийна комуникация.

Стъпка 5: AIM сензор за окачване

Инсталиран на предното и задното окачване, може да се измери изместването на окачването на мотора.

Стъпка 6: Акселерометър VMA204

Използва се за измерване на ускорението и силите, които моторът издържа по осите x, y и z. Той изпраща данните за ускорението до микроконтролера F28069M C2000 чрез комуникация по I2C шина.

Стъпка 7: Клавиатура

Клавиатурата се използва за избор на режим на шофиране (ECO, Sport), конфигуриране на екрана на пилота и контрол на времето за събиране на данни.

Стъпка 8: USB

Той съхранява данните от сензорите, GPS и ECU.

Стъпка 9: Индуктивен сензор IME18-08BPSZC0S

Използва се за преброяване на импулсите на магнитна част на колелото. Колкото по -висока е скоростта, толкова повече обороти ще направят колелата и толкова повече импулси ще брои индуктивният сензор. Така работи измерването на скоростта.

Схемата за свързване е показана на изображението.

Стъпка 10: Температурен сензор Pt100

Сензорите pt100 са специфичен тип температурни детектори. Променя устойчивостта си в зависимост от температурата. Най -важната характеристика е, че е съставен от платина и има електрическо съпротивление 100 Ohm при 0ºC.

Стъпка 11: Регулатори на напрежение

Системата се нуждае от 4 различни регулатора на напрежението, за да получи необходимите нива на напрежение за микроконтролера и сензорите:

LMR23615DRRR

Той може да преобразува от захранване от широк диапазон на напрежение във фиксирано изходно напрежение. За това приложение се нуждаем от него, за да захранваме 3.3 V към микроконтролера Texas Instruments F28069M C2000.

LM25085AMY/NOPB

Той може да преобразува от захранване от широк диапазон на напрежение във фиксирано изходно напрежение. За това приложение се нуждаем от него за захранване на 5 V към микроконтролера Texas Instruments F28069M C2000.

MAX16903SAUE50

Той е в състояние да преобразува от захранване от широк диапазон на напрежение във фиксирано изходно напрежение. За това приложение имаме нужда от 2 от тях:

Един за захранване на 5 V към външните сензори, които изискват такова напрежение.

Другият захранва 3.3 V към външните сензори, които изискват такова напрежение.

Стъпка 12: FDD5614P Mosfet

MOSFET е полупроводниково устройство, подобно на транзистор, използван за комутиране на сигнали.

Стъпка 13: Превключвател за захранване TPS2051BDBVR

Този компонент се използва за предотвратяване на късо съединение. Когато изходното натоварване надвишава прага на ограничението на тока или има късо съединение, устройството ограничава изходния ток до безопасно ниво, като превключва в режим на постоянен ток. Ако претоварването не спре, то прекъсва захранващото напрежение.

Стъпка 14: Светодиоди и диоди

Светодиодите се използват за визуализация дали системата има захранване или не. Те също така поддържат тока да тече само в една посока, предотвратявайки грешната поляризация на веригата.

Диодите работят като LED, но без светлината; те поддържат тока да тече само в една посока, предотвратявайки грешната поляризация на веригата.

Стъпка 15: Съединители, Pin заглавки и адаптери

Платката PDB изисква определено количество конектори, щифтове и адаптери с различни характеристики, за да работи и да се интегрира с различните периферни устройства. Използваните единици са следните:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

Стъпка 16: Резистори, кондензатори, индуктори

Основите на всяка електронна схема

Стъпка 17: Схематичен дизайн на платката: Външни конектори за захранване и CAN комуникация

Стъпка 18: Схематичен дизайн на платката: Микроконтролер Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

С участието на:

- Свързване на сензора, чрез щифтове с различни размери за аналогови и цифрови входове

- Кондициониране на сигнала за сензорите:

o Нискочестотни филтри за предотвратяване на електромагнитни смущения, които да нарушават сигналите. Прекъснатата честота е 15Hz.

o Уистонов мост и инструментален усилвател, за да работи правилно температурния сензор pt100

- Комуникационни щифтове за външни устройства:

o SCI за екрана и GPS

o I2C за акселерометъра

Стъпка 19: Схематичен дизайн на платката: Захранване на микроконтролера

Чрез регулатори на напрежение, които преобразуват 24V (ниско напрежение, идващо от батерията) в 3.3V (LMR23615DRRR) и 5V (LM25085AMY/NOPB)

Стъпка 20: Схематичен дизайн на платката: USB връзка

Стъпка 21: Схематичен дизайн на платката: Захранване на сензорите и външните устройства

Чрез регулатори на напрежение (MAX16903SAUE50), които

преобразувайте 24V (ниско напрежение, идващо от батерията) в 3.3V и 5V. Системата е излишна и може също да осигури захранване на микроконтролера в случай на повреда на регулатора на напрежението.

Стъпка 22: Проектирайте платката за печатни платки

1) Захранване на микроконтролера

2) Стартова панел за микроконтролер Texas Instruments F28069M C2000

3) Цифрови и аналогови входове и филтриране на сигнали (3.1)

4) USB връзка

5) Пин заглавия на външни устройства

6) кондициониране на сигнала на температурен датчик pt100

7) Захранване на сензорите и външните устройства

Стъпка 23: Поръчайте печатната платка

С завършения дизайн е време да поръчате печатната платка в мрежата JLCPCB.com. Процесът е прост, тъй като просто трябва да отидете на JLCPCB.com, да добавите размерите и слоевете на вашата платка и да щракнете върху бутона QUOTE NOW.

JLCPCB също са спонсори на този проект. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.), е най-голямото предприятие за прототип на печатни платки в Китай и високотехнологичен производител, специализиран в производството на прототипи за бързи печатни платки и производството на малки партиди. Можете да поръчате минимум 5 печатни платки само за 2 долара.

Трябва да генерирате гербер файлове на вашия проект и да ги поставите в ZIP файл. Като щракнете върху бутона „добавете вашия гербер файл“, дизайнът се качва в мрежата. Размерите и другите функции все още могат да се променят в този раздел.

При качване JLCPCB ще провери дали всичко е правилно и ще покаже предишна визуализация от двете страни на дъската.

След като се уверим, че печатната платка изглежда добре, вече можем да направим поръчката на разумна цена, като кликнете върху бутона „Запазване в кошницата“.