Datainnsamling og datavisualiseringssystem for en MotoStudent elektrisk racersykkel: 23 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Et datainnsamlingssystem er en samling av maskinvare og programvare som jobber sammen for å samle data fra eksterne sensorer, lagre og behandle dem etterpå slik at de kan visualiseres grafisk og analyseres, slik at ingeniørene kan foreta de nødvendige justeringene for å oppnå best ytelse av kjøretøyet eller enheten.

Datainnsamlingssystemet fungerer sammen med et datavisualiseringssystem som lar piloten se relevante sanntidsdata for kjøringen. Den består av en HMI -skjerm som kommuniserer med datainnsamlingssystemet for å hente og vise data fra den.

Dette systemet kommuniserer med sykkelens ECU (Engine Control Unit) og mottar intern informasjon og motorvariabler fra den via CAN -buss. Den bruker en USB for lagring av mottatte data, så vel som data hentet fra sensorene koblet til Data Acquisition System.

Rekvisita

Mikrokontroller Texas Instruments F28069M C2000

Launchpad

Nextion Enhanced 5.0 '' skjerm

PC med Matlab -programvare

GPS GY-GPS6MV2

AIM fjæring sensor

Akselerometer VMA204

Tastatur

USB

Induktiv sensor IME18-08BPSZC0S

Spenningsregulator LMR23615DRRR

Spenningsregulator LM25085AMY/NOPB

Spenningsregulator MAX16903SAUE50 x2

Temperatursensor pt100

5-103669-9 kontakt x1

5-103639-3 kontakt x1

5-103669-1 kontakt x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P Mosfet

TPS2051BDBVR Strømbryter

MicroUSB_AB -adapter

SBRD10200TR Diode

Motstand 1K Ohm x5

Motstand 10K Ohm

Motstand 100 Ohm x1

Motstand 100k Ohm x7

Motstand 51K Ohm

Motstand 22, 1 K Ohm x2

Motstand 6 Kohm x2

Motstand 6K8 Ohm x2

Motstand 2.55K Ohm

Motstand 38.3K Ohm x1

Motstand 390 Ohm x1

Motstand 20K Ohm x2

motstand 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

Instrumental forsterker AD620

2-pinners topptekst x3

4-pinners topptekst x6

5-pinners topptekst x3

Trinn 1: Mikrokontroller Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Denne mikrokontrolleren er innebygd i et utviklingstavle hvis funksjoner gjør den egnet for utvikling av applikasjoner som Data Acquisition System og ECU:

- USB -feilsøkings- og programmeringsgrensesnitt

- CAN -bussgrensesnitt med integrert transceiver

- 14 ADC -pinner (analoge til digitale omformere)

- 34 GPIO -pinner (generell inngang/utgang)

- 2 serielle protokoller (SCI) kommunikasjonskanaler

- 2 I2C protokoll kommunikasjonskanaler

- Programmering med gratis programvare Code Composer Studio

Den administrerer de eksterne sensorene, GPS -en, lagringen av dataene inne i USB -en, kommunikasjonen med ECU -en og kommunikasjonen med dashbordets skjerm.

Trinn 2: PC med Matlab -programvare

Matlab -programvare brukes til å behandle og analysere dataene som er lagret på USB -en. Sykkelens posisjon og bane kan visualiseres sammen med verdien av sensorene, samtidig som det kan sees på bildet.

Trinn 3: Nextion Enhanced 5.0 '' skjerm

Den brukes til å vise piloten den mest relevante informasjonen, så vel som statusen til sykkelens systemer. Den mottar dataene fra F28069M C2000 mikrokontroller via seriell kommunikasjon.

Trinn 4: GPS GY-GPS6MV2

GPS -en får øyeblikkelig posisjon på sykkelen, slik at banen senere kan plottes i Matlab -programvaren sammen med verdiene til de andre sensorene. Den sender GPS -dataene til F28069M C2000 mikrokontroller via seriell kommunikasjon.

Trinn 5: AIM Suspension Sensor

Montert på fjæringen foran og bak, kan sykkelens fjæringsforskyvning måles.

Trinn 6: Akselerometer VMA204

Den brukes til å måle akselerasjonen og tvinger sykkelen i aksene x, y og z. Den sender akselerasjonsdataene til F28069M C2000 mikrokontroller via I2C busskommunikasjon.

Trinn 7: Tastatur

Tastaturet brukes til å velge kjøremodus (ECO, Sport), konfigurere pilots skjerm og kontrollere datainnsamlingstidene.

Trinn 8: USB

Den lagrer dataene fra sensorene, GPS -en og ECU.

Trinn 9: Induktiv sensor IME18-08BPSZC0S

Det brukes til å telle pulser av en magnetisk del av hjulet. Jo høyere hastighet, jo flere svinger vil hjulene gjøre, og jo flere pulser vil den induktive sensoren telle. Slik fungerer målingen av hastigheten.

Tilkoblingsdiagrammet er vist på bildet.

Trinn 10: Temperatursensor Pt100

PT100 -sensorene er en spesifikk type temperaturdetektorer. Det varierer motstanden avhengig av temperaturen. Den viktigste egenskapen er at den består av platina og har en elektrisk motstand på 100 Ohm ved 0ºC.

Trinn 11: Spenningsregulatorer

Systemet trenger 4 forskjellige spenningsregulatorer for å oppnå spenningsnivåene som trengs for mikrokontrolleren og sensorene:

LMR23615DRRR

Den er i stand til å konvertere fra et bredt spenningsområde til en fast utgangsspenning. For denne applikasjonen trenger vi den for å levere 3,3 V til Texas Instruments F28069M C2000 mikrokontroller.

LM25085AMY/NOPB

Den er i stand til å konvertere fra et bredt spenningsområde til en fast utgangsspenning. For denne applikasjonen trenger vi den for å levere 5 V til Texas Instruments F28069M C2000 mikrokontroller.

MAX16903SAUE50

Den er i stand til å konvertere fra et bredt spenningsområde til en fast utgangsspenning. For denne applikasjonen trenger vi 2 av dem:

En for å levere 5 V til de eksterne sensorene som krever slik spenning.

Den andre som leverer 3,3 V til de eksterne sensorene som krever slik spenning.

Trinn 12: FDD5614P Mosfet

En mosfet er en halvleder som ligner en transistor som brukes til å pendle signaler.

Trinn 13: TPS2051BDBVR Strømbryter

Denne komponenten brukes til å forhindre kortslutning. Når utgangsbelastningen overskrider terskelgrensen eller en kortslutning er tilstede, begrenser enheten utgangsstrømmen til et sikkert nivå ved å bytte til en konstantstrømsmodus. Hvis overbelastningen ikke stopper, kutter den forsyningsspenningen.

Trinn 14: Lysdioder og dioder

Lysdioder brukes til å visualisere om systemet har strøm eller ikke. De holder også strømmen i bare en retning, og forhindrer feil polarisering av kretsen.

Dioder fungerer som en LED, men uten lys; de holder strømmen i bare en retning, og forhindrer feil polarisering av kretsen.

Trinn 15: kontakter, pinhoder og adaptere

PDB -kortet krever en viss mengde kontakter, pinhoder og adaptere med forskjellige egenskaper for å fungere og integreres med de forskjellige eksterne enhetene. Enhetene som brukes er følgende:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

Trinn 16: Motstander, kondensatorer, induktorer

Det grunnleggende for enhver elektronisk krets

Trinn 17: Schematich Design of the Board: Eksterne kontakter for strømforsyning og CAN -kommunikasjon

Trinn 18: Schematich Design of the Board: Mikrokontroller Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Med:

- Sensortilkobling, via pinhoder i forskjellige størrelser for analoge og digitale innganger

- Signalkondisjonering for sensorene:

o Lavpassfiltre for å forhindre at elektromagnetisk interferens forstyrrer signalene. Avbruddsfrekvensen er 15Hz.

o Wheatstone bridge og en instrumental forsterker for at temperatursensoren pt100 skal fungere korrekt

- Kommunikasjonsnål for eksterne enheter:

o SCI for skjermen og GPS -en

o I2C for akselerometeret

Trinn 19: Schematich Design of the Board: Strømforsyning til mikrokontrolleren

Via spenningsregulatorer, som konverterer 24V (lav spenning fra batteriet) til 3,3V (LMR23615DRRR) og 5V (LM25085AMY/NOPB)

Trinn 20: Schematich Design of the Board: USB -tilkobling

Trinn 21: Schematich Design of the Board: Strømforsyning til sensorene og eksterne enheter

Via spenningsregulatorer (MAX16903SAUE50), som

konvertere 24V (lav spenning fra batteriet) til 3,3V og 5V. Systemet er overflødig og kan også gi strøm til mikrokontrolleren i tilfelle spenningsregulatoren svikter.

Trinn 22: Utform kretskortet

1) Strømforsyning til mikrokontrolleren

2) Mikrokontroller Texas Instruments F28069M C2000 lanseringsplate

3) Digitale og analoge innganger og signalfiltrering (3.1)

4) USB -tilkobling

5) Eksterne enheter pinnehoder

6) pt100 temperatursensorsignalkondisjonering

7) Strømforsyning for sensorene og eksterne enheter

Trinn 23: Bestill kretskortet

Etter at designet er fullført, er det på tide å bestille kretskortet på nettet JLCPCB.com. Prosessen er enkel, ettersom du bare må gå til JLCPCB.com, legge til dimensjoner og lag på kretskortet og klikke på SITAT NÅ -knappen.

JLCPCB er også sponsor av dette prosjektet. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.), er det største PCB-prototypefirmaet i Kina og en høyteknologisk produsent som spesialiserer seg på rask PCB-prototype og produksjon av små partier. Du kan bestille minst 5 PCB for bare $ 2.

Du må generere gerberfilene til prosjektet ditt og legge dem i en ZIP -fil. Ved å klikke på knappen "legg til din gerber -fil", lastes designet opp til nettet. Dimensjonene og andre funksjoner kan fortsatt endres på denne delen.

Når den lastes opp, vil JLCPCB sjekke at alt er riktig og vise en tidligere visualisering av begge sider av brettet.

Etter å ha kontrollert at kretskortet ser bra ut, kan vi nå legge inn ordren til en rimelig pris ved å klikke på "Lagre i handlekurv" -knappen.