רכישת נתונים ומערכת ויזואליזציית נתונים לאופנוע מירוץ חשמלי של MotoStudent: 23 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

מערכת רכישת נתונים היא אוסף של חומרה ותוכנה העובדים יחד על מנת לאסוף נתונים מחיישנים חיצוניים, לאחסן ולעבד אותם לאחר מכן כך שניתן יהיה לדמיין אותם בצורה גרפית ולנתח אותם, ומאפשרים למהנדסים לבצע את ההתאמות הנדרשות כדי להשיג את הביצועים הטובים ביותר. של הרכב או המכשיר.

מערכת רכישת הנתונים פועלת יחד עם מערכת ויזואליזציית נתונים המאפשרת לטייס לראות את הנתונים הרלוונטיים בזמן אמת לנהיגה. הוא מורכב על מסך HMI המתקשר עם מערכת רכישת הנתונים על מנת לאחזר ולהציג נתונים ממנה.

מערכת זו מתקשרת עם ה- ECU (יחידת בקרת המנוע) של האופניים ומקבלת ממנה מידע פנימי ומשתני מנוע באמצעות אוטובוס CAN. הוא משתמש ב- USB לאחסון הנתונים שהתקבלו, כמו גם הנתונים שאוחזרו מהחיישנים המחוברים למערכת רכישת הנתונים.

אספקה

מיקרו -בקר טקסס אינסטרומנטס F28069M C2000

שיגור

מסך Nextion משופר 5.0”

מחשב עם תוכנת Matlab

GPS GY-GPS6MV2

חיישן השעיה AIM

מד תאוצה VMA204

לוח מקשים

יו אס בי

חיישן אינדוקטיבי IME18-08BPSZC0S

ווסת מתח LMR23615DRRR

ווסת מתח LM25085AMY/NOPB

ווסת מתח MAX16903SAUE50 x2

חיישן טמפרטורה pt100

מחבר 5-103669-9 x1

5-103639-3 מחבר x1

5-103669-1 מחבר x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P מוספת

מתג מתח TPS2051BDBVR

מתאם MicroUSB_AB

דיודה SBRD10200TR

התנגדות 1K אוהם x5

התנגדות 10K אוהם

התנגדות 100 אוהם x1

התנגדות 100k אוהם x7

התנגדות 51K אוהם

הנגד 22, 1 K אוהם x2

הנגד 6 קוהם x2

הנגד 6K8 אוהם x2

התנגדות 2.55K אוהם

התנגדות 38.3K אוהם x1

הנגד 390 אוהם x1

התנגדות 20K אוהם x2

הנגד 33K אוהם x2

קבלים 15 uF x5

קבלים 10 uF x3

קבלים 4.7uF x4

קבלים 47uF x2

קבלים 68uF

קבלים 0.1uF x1

קבלים 1nF x1

קבלים 100nf x1

קבלים 470nF x1

קבלים 2.2uF x2

קבלים 220 uf x1

קבלים 100uF x1

משרן 22uH x1

משרן 4.5uH x1

משרן 4.7uH x1

משרן 3.3uHx1

מגבר אינסטרומנטלי AD620

כותרת 2 פינים x3

כותרת 4 פינים x6

כותרת 5 פינים x3

שלב 1: מיקרו -בקר טקסס אינסטרומנטס F28069M C2000 Launchpad

מיקרו -בקר זה מוטמע בלוח פיתוח שתכונותיו הופכות אותו מתאים לפיתוח יישומים כגון מערכת רכישת הנתונים ו- ECU:

- ממשק באגים ותכנות USB

- ממשק אוטובוס CAN עם משדר משולב

- 14 סיכות ADC (ממירים אנלוגיים לדיגיטליים)

- 34 סיכות GPIO (קלט/פלט למטרה כללית)

- 2 ערוצי תקשורת טוריים (SCI)

- 2 ערוצי תקשורת I2C פרוטוקול

- תכנות בעזרת תוכנת Code Composer Studio בחינם

הוא מנהל את החיישנים החיצוניים, את ה- GPS, את אחסון הנתונים בתוך ה- USB, את התקשורת עם ה- ECU ואת התקשורת עם מסך לוח המחוונים.

שלב 2: מחשב עם תוכנת Matlab

תוכנת Matlab משמשת לעיבוד וניתוח הנתונים המאוחסנים ב- USB. ניתן לדמיין את המיקום ואת מסלול האופניים יחד עם ערך החיישנים, בו זמנית, כפי שניתן לראות בתמונה.

שלב 3: מסך Nextion משופר 5.0 אינץ '

הוא משמש להצגת הטייס את המידע הרלוונטי ביותר, כמו גם את מצב מערכות האופניים. הוא מקבל את הנתונים מהמיקרו -בקר F28069M C2000 באמצעות תקשורת טורית.

שלב 4: GPS GY-GPS6MV2

ה- GPS מקבל את המיקום המיידי של האופניים, כך שניתן יהיה לשרטט אחר כך את מסלולו בתוכנת Matlab יחד עם ערכי החיישנים האחרים. הוא שולח את נתוני ה- GPS לבקר המיקרו F28069M C2000 באמצעות תקשורת טורית.

שלב 5: חיישן השעיה של AIM

מותקן על המתלים הקדמיים והאחוריים, ניתן למדוד את עקירת המתלים של האופניים.

שלב 6: מד תאוצה VMA204

הוא משמש למדידת התאוצה ומאלץ את אופני העמידות בצירים x, y ו- z. הוא שולח את נתוני ההאצה אל המיקרו -בקר F28069M C2000 באמצעות תקשורת אוטובוס I2C.

שלב 7: לוח מקשים

לוח המקשים משמש לבחירת מצב הנהיגה (ECO, ספורט), הגדרת מסך הטייס ובקרה על זמני רכישת הנתונים.

שלב 8: USB

הוא מאחסן את הנתונים מהחיישנים, ה- GPS וה- ECU.

שלב 9: חיישן אינדוקטיבי IME18-08BPSZC0S

הוא משמש לספירת הפולסים של חלק מגנטי בגלגל. ככל שהמהירות גבוהה יותר, כך הגלגלים יעשו יותר סיבובים ויגדלו יותר פעימות החיישן האינדוקטיבי. כך עובדת מדידת המהירות.

תרשים החיבור מוצג בתמונה.

שלב 10: חיישן טמפרטורה Pt100

חיישני pt100 הם סוג ספציפי של גלאי טמפרטורה. זה משנה את ההתנגדות שלו בהתאם לטמפרטורה. המאפיין החשוב ביותר הוא שהוא מורכב מפלטינה ובעל התנגדות חשמלית של 100 אוהם ב 0ºC.

שלב 11: וויסות מתח

המערכת זקוקה ל -4 ווסתות מתח שונות על מנת להשיג את רמות המתח הדרושות למיקרו -בקר ולחיישנים:

LMR23615DRRR

הוא מסוגל להמיר מאספקת טווח מתח רחב למתח יציאה קבוע. עבור יישום זה, אנו זקוקים לו כדי לספק 3.3 וולט למיקרו -בקר F28069M C2000 של טקסס אינסטרומנטס.

LM25085AMY/NOPB

הוא מסוגל להמיר מאספקת טווח מתח רחב למתח יציאה קבוע. עבור יישום זה, אנו זקוקים לו כדי לספק 5 וולט למיקרו -בקר F28069M C2000 של טקסס אינסטרומנטס.

MAX16903SAUE50

הוא מסוגל להמיר מאספקת טווח מתח רחב למתח יציאה קבוע. ליישום זה, אנו זקוקים לשניים מהם:

אחד לספק 5 V לחיישנים החיצוניים הדורשים מתח כזה.

השני שמספק 3.3 V לחיישנים החיצוניים הדורשים מתח כזה.

שלב 12: FDD5614P מוספת

מוספת הוא מכשיר מוליך למחצה הדומה לטרנזיסטור המשמש להנעה של אותות.

שלב 13: מתג הפעלה TPS2051BDBVR

רכיב זה משמש למניעת קצר חשמלי. כאשר עומס הפלט חורג מסף הגבול הנוכחי או קיים קצר, המכשיר מגביל את זרם הפלט לרמה בטוחה על ידי מעבר למצב זרם קבוע. אם העומס לא מפסיק, הוא מנתק את מתח האספקה.

שלב 14: נוריות דיודות

נוריות LED משמשות לדמיין אם יש למערכת כוח או לא. הם גם משאירים את הזרם לזרום בכיוון אחד בלבד, ומונע את הקיטוב הלא נכון של המעגל.

דיודות פועלות כמנורות LED אך ללא האור; הם משאירים את הזרם לזרום בכיוון אחד בלבד, ומונע את הקיטוב הלא נכון של המעגל.

שלב 15: מחברים, כותרות סיכות ומתאמים

לוח ה- PDB דורש כמות מסוימת של מחברים, כותרות סיכות ומתאמים בעלי מאפיינים שונים על מנת לעבוד ולהשתלב עם מכשירים היקפיים שונים. היחידות המשמשות הן כדלקמן:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

שלב 16: נגדים, קבלים, משרנים

היסודות לכל מעגל אלקטרוני

שלב 17: עיצוב לוח הלוח: מחברים חיצוניים לאספקת חשמל ותקשורת CAN

שלב 18: עיצוב לוח הלוח: מיקרו -בקר טקסס אינסטרומנטס F28069M C2000 Launchpad

כולל:

- חיבור חיישן, באמצעות כותרות סיכות בגדלים שונים לכניסות אנלוגיות ודיגיטליות

- מיזוג אותות לחיישנים:

o מסנני מעבר נמוך למניעת הפרעות אלקטרומגנטיות להפריע לאותות. תדר הקיצוץ הוא 15 הרץ.

o גשר ויטסטון ומגבר אינסטרומנטאלי לחיישן הטמפרטורה pt100 לעבודה תקינה

- סיכות תקשורת למכשירים חיצוניים:

o SCI למסך ול- GPS

o I2C עבור מד התאוצה

שלב 19: עיצוב סכמטי של הלוח: אספקת חשמל לבקר המיקרו

דרך וסת מתח, הממיר 24V (מתח נמוך שמגיע מהסוללה) ל- 3.3V (LMR23615DRRR) ו- 5V (LM25085AMY/NOPB)

שלב 20: עיצוב לוח הלוח: חיבור USB

שלב 21: עיצוב לוח המודעות: אספקת חשמל לחיישנים ולמכשירים חיצוניים

באמצעות וסת מתח (MAX16903SAUE50), אשר

להמיר 24V (מתח נמוך שמגיע מהסוללה) ל- 3.3V ו- 5V. המערכת מיותרת ויכולה לספק חשמל גם לבקר המיקרו במקרה שמווסת המתח שלו נכשל.

שלב 22: תכנן את לוח ה- PCB

1) ספק כוח למיקרו -בקר

2) מיקרו -בקר טקסס אינסטרומנטס F28069M C2000 לוח ההשקה

3) כניסות דיגיטליות ואנלוגיות וסינון אותות (3.1)

4) חיבור USB

5) כותרות סיכה להתקנים חיצוניים

6) מיזוג אותות חיישן טמפרטורה pt100

7) אספקת חשמל לחיישנים והתקנים חיצוניים

שלב 23: הזמינו את לוח ה- PCB

עם סיום העיצוב, הגיע הזמן להזמין את הלוח PCB באינטרנט JLCPCB.com. התהליך פשוט, מכיוון שאתה רק צריך להיכנס ל- JLCPCB.com, להוסיף את הממדים והשכבות של לוח הלוח ולחץ על הלחצן QUOTE NOW.

JLCPCB גם נותנים חסות לפרויקט זה. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.), הוא מפעל האב-טיפוס הגדול ביותר בסין ויצרנית היי-טק המתמחה באב טיפוס מהיר של PCB וייצור PCB בקבוצות קטנות. אתה יכול להזמין מינימום של 5 PCB ב -2 $ בלבד.

עליך ליצור את קבצי הגרבר של הפרויקט שלך ולשים אותם בקובץ ZIP. על ידי לחיצה על כפתור "הוסף קובץ גרבר שלך", העיצוב יעלה לרשת. ניתן עדיין לשנות את המידות ותכונות אחרות בחלק זה.

כאשר יעלה, JLCPCB יבדוק שהכל תקין ויציג הדמיה קודמת של שני צידי הלוח.

לאחר שוודא שה- PCB נראה טוב, כעת נוכל לבצע את ההזמנה במחיר סביר על ידי לחיצה על כפתור "שמור לעגלה".