Datainsamling och datavisualiseringssystem för en MotoStudent elektrisk racercykel: 23 steg

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

Ett datainsamlingssystem är en samling hårdvara och mjukvara som samarbetar för att samla in data från externa sensorer, lagra och bearbeta den efteråt så att den kan visualiseras grafiskt och analyseras, så att ingenjörerna kan göra nödvändiga justeringar för att få bästa prestanda fordonet eller anordningen.

Datainsamlingssystemet fungerar tillsammans med ett datavisualiseringssystem som gör att piloten kan se relevanta realtidsdata för körningen. Den består av en HMI -skärm som kommunicerar med datainsamlingssystemet för att hämta och visa data från den.

Detta system kommunicerar med cykelns ECU (motorstyrenhet) och tar emot intern information och motorvariabler från den via CAN -buss. Den använder en USB för lagring av mottagen data samt data som hämtas från sensorerna som är anslutna till datainsamlingssystemet.

Tillbehör

Mikrokontroller Texas Instruments F28069M C2000

Startplatta

Nextion Enhanced 5.0 '' skärm

PC med Matlab -programvara

GPS GY-GPS6MV2

AIM upphängningssensor

Accelerometer VMA204

Knappsats

USB

Induktiv sensor IME18-08BPSZC0S

Spänningsregulator LMR23615DRRR

Spänningsregulator LM25085AMY/NOPB

Spänningsregulator MAX16903SAUE50 x2

Temperaturgivare pt100

5-103669-9 kontakt x1

5-103639-3 kontakt x1

5-103669-1 kontakt x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P Mosfet

TPS2051BDBVR Strömbrytare

MicroUSB_AB -adapter

SBRD10200TR -diod

Motstånd 1K Ohm x5

Motstånd 10K Ohm

Motstånd 100 Ohm x1

Motstånd 100k Ohm x7

Motstånd 51K Ohm

Motstånd 22, 1 K Ohm x2

Motstånd 6 Kohm x2

Motstånd 6K8 Ohm x2

Motstånd 2.55K Ohm

Motstånd 38,3K Ohm x1

Motstånd 390 Ohm x1

Motstånd 20K Ohm x2

motstånd 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

Instrumentförstärkare AD620

2-stifts rubrik x3

4-stifts rubrik x6

5-stifts rubrik x3

Steg 1: Mikrokontroller Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Denna mikrokontroller är inbäddad i en utvecklingskort vars funktioner gör den lämplig för utveckling av applikationer som Data Acquisition System och ECU:

- USB -felsökning och programmeringsgränssnitt

- CAN -bussgränssnitt med integrerad sändtagare

- 14 ADC -stift (analoga till digitala omvandlare)

- 34 GPIO -stift (ingång/utgång för allmänt ändamål)

- 2 seriella protokoll (SCI) kommunikationskanaler

- 2 I2C protokoll kommunikationskanaler

- Programmering med fri programvara Code Composer Studio

Den hanterar de externa sensorerna, GPS: en, lagring av data inuti USB, kommunikationen med ECU och kommunikationen med instrumentbrädans skärm.

Steg 2: PC med Matlab -programvara

Matlab -programvara används för att bearbeta och analysera data som lagras på USB -enheten. Cykelns position och bana kan visualiseras tillsammans med sensornas värde samtidigt, vilket kan ses på bilden.

Steg 3: Nextion Enhanced 5.0 '' skärm

Den används för att visa den mest relevanta informationen för piloten, liksom status för cykelns system. Den tar emot data från F28069M C2000 mikrokontroller via seriell kommunikation.

Steg 4: GPS GY-GPS6MV2

GPS: n får cykelns omedelbara position, så att dess bana kan plottas i Matlab -mjukvaran tillsammans med värdena för de andra sensorerna. Den skickar GPS -data till F28069M C2000 mikrokontroller via seriell kommunikation.

Steg 5: AIM Suspension Sensor

Monterad på den främre och bakre fjädringen kan cykelns upphängningsförskjutning mätas.

Steg 6: Accelerometer VMA204

Den används för att mäta accelerationen och tvingar cykeln att stå i axlarna x, y och z. Den skickar accelerationsdata till F28069M C2000 mikrokontroller via I2C -busskommunikation.

Steg 7: Knappsats

Knappsatsen används för att välja körläge (ECO, Sport), konfigurera pilots skärm och styra datainsamlingstiderna.

Steg 8: USB

Den lagrar data från sensorerna, GPS: n och ECU.

Steg 9: Induktiv sensor IME18-08BPSZC0S

Det används för att räkna pulserna på en magnetisk del av hjulet. Ju högre hastighet, desto fler varv kommer hjulen att göra och ju fler pulser kommer den induktiva sensorn att räkna. Det är så mätningen av hastigheten fungerar.

Anslutningsdiagrammet visas på bilden.

Steg 10: Temperatursensor Pt100

Pt100 -sensorerna är en specifik typ av temperaturdetektorer. Det varierar dess motstånd beroende på temperaturen. Den viktigaste egenskapen är att den består av platina och har ett elektriskt motstånd på 100 Ohm vid 0ºC.

Steg 11: Spänningsregulatorer

Systemet behöver 4 olika spänningsregulatorer för att få de spänningsnivåer som behövs för mikrokontrollern och sensorerna:

LMR23615DRRR

Den kan konvertera från ett brett spänningsintervall till en fast utspänning. För den här applikationen behöver vi den för att leverera 3,3 V till Texas Instruments F28069M C2000 mikrokontroller.

LM25085AMY/NOPB

Den kan konvertera från ett brett spänningsintervall till en fast utspänning. För denna applikation behöver vi den för att leverera 5 V till Texas Instruments F28069M C2000 mikrokontroller.

MAX16903SAUE50

Den kan konvertera från ett brett spänningsintervall till en fast utspänning. För denna applikation behöver vi 2 av dem:

En för att leverera 5 V till de externa sensorerna som kräver sådan spänning.

Den andra levererar 3,3 V till de externa sensorerna som kräver sådan spänning.

Steg 12: FDD5614P Mosfet

En mosfet är en halvledaranordning som liknar en transistor som används för att pendla signaler.

Steg 13: TPS2051BDBVR -strömbrytare

Denna komponent används för att förhindra kortslutning. När utmatningsbelastningen överskrider strömgränsgränsen eller en kort är närvarande, begränsar enheten utströmmen till en säker nivå genom att växla till ett konstantströmläge. Om överbelastningen inte stannar avbryter den matningsspänningen.

Steg 14: Lysdioder och dioder

Lysdioder används för att visualisera om systemet har ström eller inte. De håller också strömmen i bara en riktning, vilket förhindrar fel polarisering av kretsen.

Dioder fungerar som en LED men utan ljus; de håller strömmen i bara en riktning, vilket förhindrar fel polarisering av kretsen.

Steg 15: Kontaktdon, stifthuvuden och adaptrar

PDB -kortet kräver en viss mängd kontakter, stifthuvuden och adaptrar med olika egenskaper för att fungera och integreras med de olika kringutrustningen. De enheter som används är följande:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

Steg 16: Resistorer, kondensatorer, induktorer

Grunderna för alla elektroniska kretsar

Steg 17: Schematich Design of the Board: Externa kontakter för strömförsörjning och CAN -kommunikation

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

Med:

- Sensors anslutning, via stifthuvuden i olika storlekar för analoga och digitala ingångar

- Signalkonditionering för sensorerna:

o Lågpassfilter för att förhindra att elektromagnetisk störning stör signalerna. Avbrottsfrekvensen är 15 Hz.

o Wheatstone bridge och en instrumentförstärkare för att temperatursensorn pt100 ska fungera korrekt

- Kommunikationsstift för externa enheter:

o SCI för skärmen och GPS

o I2C för accelerometern

Steg 19: Schematich Design of the board: Power Supply to the Microcontroller

Via spänningsregulatorer, som omvandlar 24V (låg spänning från batteriet) till 3,3V (LMR23615DRRR) och 5V (LM25085AMY/NOPB)

Steg 20: Schematich Design of the Board: USB -anslutning

Steg 21: Schematich Design of the board: Power Supply to the Sensors and External Devices

Via spänningsregulatorer (MAX16903SAUE50), som

konvertera 24V (låg spänning från batteriet) till 3,3V och 5V. Systemet är överflödigt och kan också ge ström till mikrokontrollern om dess spänningsregulator misslyckas.

Steg 22: Utforma kretskortet

1) Strömförsörjning för mikrokontrollern

2) Mikrokontroller Texas Instruments F28069M C2000 startplatta

3) Digitala och analoga ingångar och signalfiltrering (3.1)

4) USB -anslutning

5) Externa enheter stifthuvuden

6) pt100 temperaturgivarsignalkonditionering

7) Strömförsörjning för sensorer och externa enheter

Steg 23: Beställ kretskortet

När designen är klar är det dags att beställa kretskortet på webben JLCPCB.com. Processen är enkel, eftersom du bara måste gå till JLCPCB.com, lägga till mått och lager på ditt kretskort och klicka på knappen CITERA NU.

JLCPCB är också sponsor av detta projekt. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.), är det största PCB-prototypföretaget i Kina och en högteknologisk tillverkare som specialiserat sig på snabb PCB-prototyp och produktion av små partier. Du kan beställa minst 5 kretskort för bara $ 2.

Du måste generera gerberfilerna för ditt projekt och lägga dem i en ZIP -fil. Genom att klicka på knappen "lägg till din gerberfil" laddas designen upp på webben. Måtten och andra funktioner kan fortfarande ändras i detta avsnitt.

När den laddas upp kommer JLCPCB att kontrollera att allt är korrekt och visa en tidigare visualisering av båda sidor av brädet.

Efter att ha kontrollerat att kretskortet ser bra ut kan vi nu lägga beställningen till ett rimligt pris genom att klicka på knappen "Spara i kundvagn".