EBike Power Meter: 6 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Jeg har for nylig konverteret en mountainbike til en elektrisk cykel. Konverteringen forløb relativt gnidningsløst, så da jeg gennemførte projektet, hoppede jeg videre og tog ud på et shakedown -krydstogt. Jeg holdt øje med batteriopladningsindikatoren og vidste ikke, hvor langt man kunne forvente, at cyklen kørte på batteristrøm. Omtrent på det tidspunkt, hvor effektmåleren viste 80%, da jeg følte mig ret godt, fordi jeg var gået langt, gik jeg i stå med et dødt batteri. Et ulykkeligt opkald til producenten resulterede i ord som "Åh, batteriindikatoren er virkelig ikke god for meget - teknologien er der bare ikke endnu". Jeg havde brug for bedre end det.

Jeg ville vide, hvilket gear der gav mig den bedste effektivitet, hvor meget kostede modvinden i batterikapacitet, hvilket effektniveau leverer flest miles, hjælper det virkelig at pedalere, i så fald hvor meget? Kort sagt, jeg ville vide, om mit batteri ville få mig hjem. Lidt afgørende, tror du ikke?

Dette projekt er et resultat af min lange pedal-drevne tur hjem. Grundlæggende sidder dette lille modul mellem batteriet og e-bike strømforsyningen til at overvåge batteriets strøm og spænding. Derudover giver en hjulhastighedsføler hastighedsinformation. Med dette sæt sensordata beregnes og vises følgende værdier:

• Øjeblikkelig effektivitet - målt i kilometer pr. Ampere batteriforbrug
• Gennemsnitlig effektivitet - siden denne tur startede, km/AH
• Samlet antal anvendte AmpHours siden sidste opladning
• Batteristrøm
• Batterispænding

Trin 1: Vigtige data

Den øjeblikkelige effektivitet løser alle mine spørgsmål om, hvordan jeg minimerer mit batteriforbrug. Jeg kan se effekten af at træde hårdere, tilføje mere e-power, skifte gear eller kæmpe modvind. Den gennemsnitlige effektivitet for den aktuelle tur (siden opstart) kan hjælpe mig med at måle den omtrentlige effekt, det vil tage at vende hjem.

Det samlede antal AmpHours, der er brugt siden sidste ladningstal, er afgørende for at komme hjem. Jeg ved, at mit batteri er (formodes at være) 10 AH, så alt hvad jeg skal gøre er mentalt at trække det viste tal fra 10 for at kende min resterende kapacitet. (Jeg gjorde ikke dette i software for at vise, at AH var tilbage, så systemet fungerer med alle batterier, og jeg tror ikke rigtigt, at mit batteri er 10 AH.)

Batteriforbruget er interessant, da det kan vise, hvor hårdt motoren arbejder. Nogle gange kan en kort stejl stigning eller sandstrækning hurtigt reducere batteriet. Du vil opdage, at det nogle gange er bedre at stå af og skubbe din cykel op ad en stejl stigning end at nå efter det fristende gashåndtag.

Batterispændingen er en backupindikator for batteristatus. Mit 14 cellers batteri vil næsten være helt opbrugt, når spændingen når 44 volt. Under 42 volt risikerer jeg skader på cellerne.

Der er også vist et billede af mit display monteret under standard Bafang C961 display, der følger med BBSHD motorsystemet. Bemærk, at C961 glædeligt forsikrer mig om, at jeg har et fuldt batteri, mens batteriet faktisk er opbrugt med 41% (4,1 AH fra et 10 AH batteri).

Trin 2: Blokdiagram og skematisk

Et blokdiagram over systemet viser, at eBike Power Meter kan bruges med ethvert batteri / eBike power system. Tilføjelse af en standard cykelhastighedsføler er påkrævet.

Et mere detaljeret blokdiagram illustrerer de centrale kredsløbsblokke, der omfatter eBike Power Meter. 1602 LCD med 2x16 tegn har et PCF8574 I2C -interfacekort tilsluttet.

Kredsløbet er meget ligetil. De fleste modstande og kondensatorer er 0805 for nem håndtering og lodning. DC-DC buck-omformeren skal vælges for at modstå 60 Volt batteriudgang. Udgangen på 6,5 Volt vælges til at overstige frafaldsspændingen fra den indbyggede 5 Volt -regulator på Arduino Pro Micro. LMV321 har rail to rail output. Forstærkningen af det aktuelle sensorkredsløb (16.7) vælges således, at 30 ampere gennem.01 Ohm strømfølermodstanden udsender 5 volt. Den nuværende sansemodstand bør vurderes til maksimalt 9 watt ved 30 ampere, men troede ikke, at jeg ville bruge så meget strøm (1,5 kilowatt), jeg valgte en 2 watt modstand, der er klassificeret til omkring 14 ampere (750 watt motoreffekt)).

Trin 3: PCB

PCB -layoutet blev udført for at minimere projektets størrelse. DC-DC-switchforsyningen er på oversiden af kortet. Den analoge strømforstærker er nederst. Efter montering tilsluttes det færdige bord til Arduino Pro Micro med fem (RAW, VCC, GND, A2, A3) faste ledninger, der er klippet fra gennemgående hullemodstande. Magnethjulsensoren er forbundet direkte til Arduino -stiften "7" (mærket således) og jordet. Lod en kort pigtail og 2 -pins stik for at forbinde til hastighedssensoren. Tilføj en anden pigtail til et 4 -polet stik til LCD'et.

LCD- og I2C -interfacekortet er monteret i plastikhuset og fastgjort til styret (jeg brugte smeltelim).

Tavlen er tilgængelig fra OshPark.com - faktisk får du 3 tavler for mindre end $ 4 inklusive forsendelse. Disse fyre er de største!

Kort sidenotes - Jeg brugte DipTrace til skematisk optagelse og layout. For flere år siden prøvede jeg alle de gratis freeware -skematiske opsamlings- / PCB -layoutpakker, der var tilgængelige og afviklede på DipTrace. Sidste år lavede jeg en lignende undersøgelse og konkluderede, at DipTrace for mig var helt klart vinderen.

For det andet er hjulsensorens monteringsretning vigtig. Sensorens akse skal være vinkelret på magnetens vej, når den passerer sensoren, ellers får du en dobbeltpuls. Et alternativ er at montere sensoren, så enden peger mod magneten.

Endelig, som en mekanisk kontakt, ringer sensoren i over 100 uS.

Trin 4: Software

Projektet anvender en Arduino Pro Micro med en ATmega32U4 -processor. Denne mikrokontroller har et par flere ressourcer end den mere almindelige Arduino ATmega328P -processor. Arduino IDE (Integrated Development System) skal installeres. Indstil IDE for TOOLS | Tavle | LEONARDO. Hvis du ikke er bekendt med Arduino -miljøet, skal du ikke lade det afskrække dig. Ingeniørerne på Arduino og den verdensomspændende familie af bidragydere har skabt et virkelig let at bruge mikrokontroller udviklingssystem. En enorm mængde forhåndstestet kode er tilgængelig for at fremskynde ethvert projekt. Dette projekt bruger flere biblioteker skrevet af bidragydere; EEPROM -adgang, I2C -kommunikation og LCD -kontrol og udskrivning.

Du bliver sandsynligvis nødt til at redigere koden for at ændre f.eks. Hjuldiameteren. Hop ind!

Koden er relativt ligetil, men ikke enkel. Det vil sandsynligvis tage et stykke tid at forstå min tilgang. Hjulsensoren er interruptdrevet. Hjulsensor debouncer bruger en anden afbrydelse fra en timer. En tredje periodisk afbrydelse danner grundlag for en opgaveplanlægger.

Bænkprøvning er let. Jeg brugte en 24 Volt strømforsyning og en signalgenerator til at simulere hastighedsføleren.

Koden indeholder en kritisk advarsel om lavt batteriniveau (blinkende display), beskrivende kommentarer og generøse fejlfindingsrapporter.

Trin 5: Indpakning af det hele

Puden mærket "MTR" går til den positive forbindelse til motorstyringskredsløbet. Puden mærket "BAT" går til den positive side af batteriet. Returledninger er almindelige og på den modsatte side af PWB.

Når alt er blevet testet, skal du vedlægge enheden i krympeform og installere mellem batteriet og din motorstyring.

Bemærk, at USB -stikket på Arduino Pro Micro stadig er tilgængeligt. Det stik er ret skrøbeligt, derfor forstærkede jeg det med en generøs påføring af smeltelim.

Hvis du beslutter dig for at bygge det, skal du kontakte den nyeste software.

Som en sidste kommentar er det ærgerligt, at kommunikationsprotokollen mellem Bafang -motorstyringen og displaykonsollen ikke er tilgængelig, fordi controlleren "kender" alle de data, som dette hardwarekredsløb indsamler. I betragtning af protokollen ville projektet være meget enklere og renere.

Trin 6: Kilder

DipTrace -filer - du bliver nødt til at downloade og installere freeware -versionen af DipTrace og derefter importere skematikken og layoutet fra.asc -filerne. Gerber -filerne er inkluderet i en separat mappe -

Arduino - Download og installer den relevante version af IDE -

Kabinet, "DIY plastelektronik projektboks kabinet kabinet 3,34" L x 1,96 "B x 0,83" H " -

LM5018-https://www.digikey.com/product-detail/en/texas-in…

LMV321 -

Induktor-https://www.digikey.com/product-detail/en/wurth-el…

LCD -

I2C interface -

Arduino Pro Micro -