Dataindsamling og datavisualiseringssystem til en MotoStudent elektrisk racercykel: 23 trin

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

Et dataindsamlingssystem er en samling hardware og software, der arbejder sammen for at indsamle data fra eksterne sensorer, lagre og behandle det bagefter, så det kan visualiseres grafisk og analyseres, så ingeniører kan foretage de nødvendige justeringer for at opnå den bedste ydeevne af køretøjet eller enheden.

Dataopsamlingssystemet fungerer sammen med et datavisualiseringssystem, som gør det muligt for piloten at se de relevante realtidsdata for kørslen. Den består af en HMI -skærm, der kommunikerer med Data Acquisition System for at hente og vise data fra den.

Dette system kommunikerer med cyklens ECU (motorstyringsenhed) og modtager interne oplysninger og motorvariabler fra det via CAN -bus. Den bruger en USB til lagring af de modtagne data samt data hentet fra sensorerne, der er forbundet til Data Acquisition System.

Forbrugsvarer

Mikrocontroller Texas Instruments F28069M C2000

Affyringsrampe

Nextion Forbedret 5.0 '' skærm

PC med Matlab software

GPS GY-GPS6MV2

AIM affjedringssensor

Accelerometer VMA204

Tastatur

USB

Induktiv sensor IME18-08BPSZC0S

Spændingsregulator LMR23615DRRR

Spændingsregulator LM25085AMY/NOPB

Spændingsregulator MAX16903SAUE50 x2

Temperatursensor pt100

5-103669-9 stik x1

5-103639-3 stik x1

5-103669-1 stik x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P Mosfet

TPS2051BDBVR afbryder

MicroUSB_AB adapter

SBRD10200TR Diode

Modstand 1K Ohm x5

Modstand 10K Ohm

Modstand 100 Ohm x1

Modstand 100k Ohm x7

Modstand 51K Ohm

Modstand 22, 1 K Ohm x2

Modstand 6 Kohm x2

Modstand 6K8 Ohm x2

Modstand 2.55K Ohm

Modstand 38.3K Ohm x1

Modstand 390 Ohm x1

Modstand 20K Ohm x2

modstand 33K Ohm x2

Kondensator 15 uF x5

Kondensator 10 uF x3

Kondensator 4.7uF x4

Kondensator 47uF x2

Kondensator 68uF

Kondensator 0.1uF x1

Kondensator 1nF x1

Kondensator 100nf x1

Kondensator 470nF x1

Kondensator 2.2uF x2

Kondensator 220 uf x1

Kondensator 100uF x1

Induktor 22uH x1

Induktor 4,5uH x1

Induktor 4.7uH x1

Induktor 3.3uHx1

Instrumentforstærker AD620

2-benet overskrift x3

4-benet overskrift x6

5-benet overskrift x3

Trin 1: Mikrokontroller Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Denne mikrokontroller er indlejret i et udviklingskort, hvis funktioner gør den velegnet til udvikling af applikationer som f.eks. Dataindsamlingssystemet og ECU'en:

- USB -fejlfinding og programmeringsinterface

- CAN bus interface med integreret transceiver

- 14 ADC -ben (analoge til digitale konvertere)

- 34 GPIO ben (generel input/output)

- 2 serielle protokol (SCI) kommunikationskanaler

- 2 I2C protokol kommunikationskanaler

- Programmering med gratis software Code Composer Studio

Det styrer de eksterne sensorer, GPS’en, opbevaring af data inde i USB’en, kommunikationen med ECU’en og kommunikationen med instrumentbrættets skærm.

Trin 2: PC med Matlab -software

Matlab software bruges til at behandle og analysere de data, der er gemt i USB. Cyklens position og bane kan visualiseres sammen med sensorernes værdi samtidigt, som det kan ses på billedet.

Trin 3: Nextion Enhanced 5.0 '' skærm

Det bruges til at vise piloten de mest relevante oplysninger samt status for cyklens systemer. Den modtager data fra F28069M C2000 mikrokontroller via seriel kommunikation.

Trin 4: GPS GY-GPS6MV2

GPS'en får cyklens øjeblikkelige position, så dens bane bagefter kan plottes i Matlab -software sammen med værdierne for de andre sensorer. Det sender GPS -data til F28069M C2000 mikrokontroller via seriel kommunikation.

Trin 5: AIM Suspension Sensor

Monteret på for- og baghjulsophænget kan cyklens affjedringsforskydning måles.

Trin 6: Accelerometer VMA204

Den bruges til at måle accelerationen og tvinger cyklen til at stå i akserne x, y og z. Det sender accelerationsdata til F28069M C2000 mikrokontroller via I2C buskommunikation.

Trin 7: Tastatur

Tastaturet bruges til at vælge køremåde (ECO, Sport), konfigurere pilotens skærm og styre dataindsamlingstiderne.

Trin 8: USB

Det gemmer data fra sensorerne, GPS'en og ECU'en.

Trin 9: Induktiv sensor IME18-08BPSZC0S

Det bruges til at tælle pulserne af en magnetisk del af hjulet. Jo højere hastighed, jo flere sving vil hjulene gøre, og jo flere impulser tæller den induktive sensor. Sådan fungerer målingen af hastigheden.

Forbindelsesdiagrammet er vist på billedet.

Trin 10: Temperatursensor Pt100

PT100 -sensorerne er en bestemt type temperaturdetektorer. Det varierer sin modstand afhængigt af temperaturen. Den vigtigste egenskab er, at den består af platin og har en elektrisk modstand på 100 Ohm ved 0ºC.

Trin 11: Spændingsregulatorer

Systemet har brug for 4 forskellige spændingsregulatorer for at opnå de spændingsniveauer, der er nødvendige for mikrokontrolleren og sensorerne:

LMR23615DRRR

Det er i stand til at konvertere fra et bredt spændingsområde til en fast udgangsspænding. Til denne applikation har vi brug for den til at levere 3,3 V til Texas Instruments F28069M C2000 mikrokontroller.

LM25085AMY/NOPB

Det er i stand til at konvertere fra et bredt spændingsområde til en fast udgangsspænding. Til denne applikation har vi brug for den til at levere 5 V til Texas Instruments F28069M C2000 mikrokontroller.

MAX16903SAUE50

Det er i stand til at konvertere fra et bredt spændingsområde til en fast udgangsspænding. Til denne applikation har vi brug for 2 af dem:

En til at levere 5 V til de eksterne sensorer, der kræver en sådan spænding.

Den anden til at levere 3,3 V til de eksterne sensorer, der kræver en sådan spænding.

Trin 12: FDD5614P Mosfet

En mosfet er en halvlederanordning, der ligner en transistor, der bruges til at pendle signaler.

Trin 13: TPS2051BDBVR -afbryder

Denne komponent bruges til at forhindre kortslutninger. Når udgangsbelastningen overstiger tærskelgrænsetærsklen, eller der er en kortslutning, begrænser enheden udgangsstrømmen til et sikkert niveau ved at skifte til en konstant strømtilstand. Hvis overbelastningen ikke stopper, afbryder den forsyningsspændingen.

Trin 14: Lysdioder og dioder

Lysdioder bruges til at visualisere, om systemet har strøm eller ej. De holder også strømmen flydende i kun en retning, hvilket forhindrer den forkerte polarisering af kredsløbet.

Dioder fungerer som en LED, men uden lys; de holder strømmen flydende i kun en retning, hvilket forhindrer den forkerte polarisering af kredsløbet.

Trin 15: Stik, pinhoveder og adaptere

PDB -kortet kræver en vis mængde stik, pinhoveder og adaptere med forskellige egenskaber for at fungere og integreres med de forskellige perifere enheder. De anvendte enheder er følgende:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

Trin 16: Modstande, kondensatorer, induktorer

Det grundlæggende for ethvert elektronisk kredsløb

Trin 17: Schematich Design af tavlen: Eksterne stik til strømforsyning og CAN -kommunikation

Trin 18: Schematich Design of the Board: Microcontroller Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Med:

- Sensors tilslutning, via pinhoveder i forskellige størrelser til analoge og digitale indgange

- Signalkonditionering af sensorerne:

o Lavpasfiltre til at forhindre elektromagnetisk interferens i at forstyrre signalerne. Afbrydelsesfrekvensen er 15Hz.

o Wheatstone bridge og en instrumentforstærker, så temperatursensoren pt100 fungerer korrekt

- Kommunikationsnåle til eksterne enheder:

o SCI for skærmen og GPS'en

o I2C til accelerometeret

Trin 19: Schematich Design af tavlen: Strømforsyning til mikrokontrolleren

Via spændingsregulatorer, der konverterer 24V (lav spænding fra batteriet) til 3,3V (LMR23615DRRR) og 5V (LM25085AMY/NOPB)

Trin 20: Schematich Design af kortet: USB -forbindelse

Trin 21: Schematich Design af tavlen: Strømforsyning til sensorer og eksterne enheder

Via spændingsregulatorer (MAX16903SAUE50), som

konvertere 24V (lav spænding fra batteriet) til 3,3V og 5V. Systemet er overflødigt og kan også levere strøm til mikrokontrolleren, hvis dens spændingsregulator fejler.

Trin 22: Design printkortet

1) Strømforsyning til mikrokontrolleren

2) Mikrokontroller Texas Instruments F28069M C2000 launchpad

3) Digitale og analoge indgange og signalfiltrering (3.1)

4) USB -forbindelse

5) Eksterne enheder pinhoveder

6) pt100 temperatursensorsignalkonditionering

7) Strømforsyning til sensorerne og eksterne enheder

Trin 23: Bestil printkortet

Når designet er afsluttet, er det tid til at bestille printkortet på internettet JLCPCB.com. Processen er enkel, da du bare skal gå til JLCPCB.com, tilføje dimensioner og lag på dit printkort og klikke på knappen CITER NU.

JLCPCB er også sponsor af dette projekt. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.), er den største PCB-prototypevirksomhed i Kina og en højteknologisk producent med speciale i hurtig PCB-prototype og PCB-produktion i små partier. Du kan bestille mindst 5 printkort for kun $ 2.

Du skal generere gerber -filer i dit projekt og lægge dem i en ZIP -fil. Ved at klikke på knappen "tilføj din gerber -fil", uploades designet til internettet. Dimensionerne og andre funktioner kan stadig ændres i dette afsnit.

Når den uploades, vil JLCPCB kontrollere, at alt er korrekt og vise en tidligere visualisering af begge sider af brættet.

Efter at have kontrolleret, at printkortet ser godt ud, kan vi nu placere ordren til en rimelig pris ved at klikke på knappen "Gem i kurv".