EBike Power Meter: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Jag har nyligen konverterat en mountainbike till en elcykel. Konverteringen gick relativt smidigt, så när jag slutförde projektet hoppade jag på och gav mig ut på en kryssning med skakning. Jag höll ögonen på batteriladdningsindikatorn och visste inte hur långt jag skulle förvänta mig att cykeln skulle gå på batteri. Ungefär när effektmätaren visade 80% med att jag mådde ganska bra, eftersom jag hade gått en lång väg, stannade jag till med ett dött batteri. Ett olyckligt samtal till tillverkaren resulterade i ord som "Åh, batteriindikatorn är verkligen inte bra för mycket - tekniken är bara inte där ännu". Jag behövde bättre än så.

Jag ville veta vilken växel som gav mig den bästa effektiviteten, hur mycket kostade motvinden i batterikapacitet, vilken effektnivå ger flest mil, hjälper det verkligen att trampa, i så fall hur mycket? Kort sagt, jag ville veta om mitt batteri skulle få mig hem. Lite avgörande, tror du?

Detta projekt är ett resultat av min långa pedaldrivna resa hem. I grund och botten sitter denna lilla modul mellan batteriet och elcykelns strömförsörjning för att övervaka batteriets ström och spänning. Dessutom ger en hjulhastighetssensor hastighetsinformation. Med denna uppsättning sensordata beräknas och visas följande värden:

• Omedelbar effektivitet - mätt i kilometer per AmpTimme batteriförbrukning
• Genomsnittlig effektivitet - sedan denna resa började, km/AH
• Totalt antal AmpHours som använts sedan senaste laddningen
• Batteriström
• Batterivolt

Steg 1: Viktiga data

Den omedelbara effektiviteten tar upp alla mina frågor om hur man minimerar min batteriförbrukning. Jag kan se effekten av att trampa hårdare, lägga till mer e-power, växla eller kämpa motvind. Den genomsnittliga effektiviteten för den aktuella resan (sedan start) kan hjälpa mig att mäta ungefärlig effekt som krävs för att återvända hem.

Det totala antalet AmpHours som använts sedan senaste laddningssiffran är avgörande för att komma hem. Jag vet att mitt batteri är (tänkt att vara) 10 AH, så allt jag behöver göra är att mentalt subtrahera den visade siffran från 10 för att veta min återstående kapacitet. (Jag gjorde inte detta i programvara för att visa AH kvar så att systemet fungerar med valfritt batteri och jag tror inte riktigt att mitt batteri är 10 AH.)

Batteriets strömförbrukning är intressant eftersom det kan visa hur hårt motorn arbetar. Ibland kan en kort brant stigning eller sandsträcka snabbt minska batteriet. Du kommer att upptäcka att det ibland är bättre att kliva av och skjuta upp din cykel en brant nivå än att nå den frestande gasreglaget.

Batterispänningen är en indikator på batteriets tillstånd. Mitt 14 -cellars batteri kommer nästan att tömmas när spänningen når 44 volt. Under 42 volt riskerar jag att skada cellerna.

Visas också en bild på min skärm monterad under Bafang C961 -standardskärmen som levereras med BBSHD -motorsystemet. Observera att C961 glatt försäkrar mig om att jag har ett fullt batteri medan batteriet faktiskt har tömts med 41% (4,1 AH från ett 10 AH -batteri).

Steg 2: Block Diagram och schematisk

Ett blockschema över systemet visar att eBike Power Meter kan användas med valfritt batteri / eBike power system. Tillägg av en vanlig cykelhastighetssensor krävs.

Ett mer detaljerat blockschema illustrerar nyckelkretsblocken som består av eBike Power Meter. 1602 LCD -skärmen med 2x16 tecken har ett PCF8574 I2C -gränssnittskort fäst.

Kretsen är mycket enkel. De flesta motstånd och kondensatorer är 0805 för enkel hantering och lödning. DC-DC buck-omvandlaren måste väljas för att klara 60 Volt batteri. Utgången på 6,5 volt väljs för att överskrida utfallsspänningen för den inbyggda 5 volt -regulatorn på Arduino Pro Micro. LMV321 har skena till järnvägseffekt. Förstärkningen för strömgivarkretsen (16.7) väljs så att 30 ampere genom.01 Ohm strömavkänningsmotstånd ger 5 volt. Det nuvarande avkänningsmotståndet bör vara högst 9 watt vid 30 ampere, men jag tänkte att jag inte skulle använda så mycket effekt (1,5 kilowatt), jag valde ett 2 Watt motstånd som är märkt för cirka 14 ampere (750 watt motoreffekt)).

Steg 3: PCB

PCB -layouten gjordes för att minimera projektets storlek. DC-DC-kopplingsförsörjningen finns på ovansidan av kortet. Den analoga strömförstärkaren finns på undersidan. Efter montering kommer det färdiga kortet att anslutas till Arduino Pro Micro med fem (RAW, VCC, GND, A2, A3) fasta ledningar som klippts från genomgående hålmotstånd. Magnethjulsensorn är ansluten direkt till Arduino -stiftet "7" (märkt på detta sätt) och jordat. Löd en kort pigtail och 2 -stifts kontakt för att ansluta till hastighetssensorn. Lägg till ytterligare en pigtail till en 4 -polig kontakt för LCD -skärmen.

LCD- och I2C -gränssnittskortet monteras i plasthöljet och fästs på styret (jag använde smältlim).

Brädan är tillgänglig från OshPark.com - faktiskt får du 3 brädor för mindre än $ 4 inklusive frakt. Dessa killar är störst!

Korta sidotermer - Jag använde DipTrace för schematisk fångst och layout. För flera år sedan försökte jag alla gratisprogram för schematisk capture / PCB -layout som var tillgängliga och bestämde mig på DipTrace. Förra året gjorde jag en liknande undersökning och drog slutsatsen att för mig var DipTrace i själva verket vinnaren.

För det andra är hjulsensorns monteringsorientering viktig. Sensorns axel måste vara vinkelrät mot magnetens väg när den passerar sensorn, annars får du en dubbel puls. Ett alternativ är att montera sensorn så att änden pekar mot magneten.

Slutligen, som en mekanisk omkopplare, ringer sensorn i över 100 uS.

Steg 4: Programvara

Projektet använder en Arduino Pro Micro med en ATmega32U4 -processor. Denna mikrokontroller har några fler resurser än den vanligare Arduino ATmega328P -processorn. Arduino IDE (Integrated Development System) måste installeras. Ställ in IDE för VERKTYG | STYRELSE | LEONARDO. Om du inte är bekant med Arduino -miljön, låt det inte avskräcka dig. Ingenjörerna på Arduino och den globala bidragsfamiljen har skapat ett verkligt lättanvänt utvecklingssystem för mikrokontroller. En stor mängd förtestade koder är tillgängliga för att påskynda alla projekt. Detta projekt använder flera bibliotek skrivna av bidragsgivare; EEPROM -åtkomst, I2C -kommunikation och LCD -kontroll och utskrift.

Du kommer förmodligen att behöva redigera koden för att ändra till exempel hjuldiametern. Hoppa in!

Koden är relativt enkel, men inte enkel. Det kommer förmodligen att ta ett tag att förstå mitt tillvägagångssätt. Hjulsensorn är avbrottsdriven. Hjulsensorns avstängare använder ett annat avbrott från en timer. Ett tredje periodiskt avbrott utgör grunden för en uppgiftsplanerare.

Bänkprovning är lätt. Jag använde en 24 Volt strömförsörjning och en signalgenerator för att simulera hastighetssensorn.

Koden innehåller en kritisk varning om låg batterinivå (blinkande display), beskrivande kommentarer och generösa felsökningsrapporter.

Steg 5: Slå in allt

Kudden märkt "MTR" går till den positiva anslutningen till motorstyrkretsen. Kudden märkt "BAT" går till den positiva sidan av batteriet. Returledningar är vanliga och på motsatt sida av PWB.

När allt har testats ska du omsluta enheten i krympförpackning och installera mellan batteriet och din motorstyrenhet.

Observera att USB -kontakten på Arduino Pro Micro är tillgänglig. Den kontakten är ganska ömtålig, därför förstärkte jag den med en generös applicering av smältlim.

Om du bestämmer dig för att bygga den, hör av dig för den senaste programvaran.

Som en sista kommentar är det olyckligt att kommunikationsprotokollet mellan Bafang -motorstyrenheten och displaykonsolen inte är tillgängligt eftersom regulatorn "känner till" all data som denna hårdvarukrets samlar in. Med tanke på protokollet skulle projektet bli mycket enklare och renare.

Steg 6: Källor

DipTrace -filer - du måste ladda ner och installera freeware -versionen av DipTrace och sedan importera schemat och layouten från.asc -filerna. Gerber -filerna ingår i en separat mapp -

Arduino - Ladda ner och installera lämplig version av IDE -

Kapsling, "DIY plastelektronikprojektlådfodral 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 -gränssnitt -

Arduino Pro Micro -