การได้มาซึ่งข้อมูลและระบบการแสดงข้อมูลสำหรับ MotoStudent Electric Racing Bike: 23 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

ระบบเก็บข้อมูลคือชุดของฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่ทำงานร่วมกันเพื่อรวบรวมข้อมูลจากเซ็นเซอร์ภายนอก จัดเก็บและประมวลผลในภายหลังเพื่อให้สามารถแสดงผลเป็นภาพกราฟิกและวิเคราะห์ได้ ช่วยให้วิศวกรทำการปรับเปลี่ยนที่จำเป็นเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุด ของรถหรืออุปกรณ์

Data Acquisition System ทำงานร่วมกับ Data Visualization System ซึ่งช่วยให้นักบินเห็นข้อมูลแบบเรียลไทม์ที่เกี่ยวข้องสำหรับการขับขี่ ประกอบด้วยหน้าจอ HMI ที่สื่อสารกับ Data Acquisition System เพื่อเรียกค้นและแสดงข้อมูล

ระบบนี้จะสื่อสารกับ ECU (Engine Control Unit) ของจักรยานยนต์ และรับข้อมูลภายในและตัวแปรเครื่องยนต์จากมันผ่าน CAN บัส ใช้ USB สำหรับการจัดเก็บข้อมูลที่ได้รับรวมทั้งข้อมูลที่ดึงมาจากเซ็นเซอร์ที่เชื่อมต่อกับระบบ Data Acquisition

เสบียง

ไมโครคอนโทรลเลอร์ Texas Instruments F28069M C2000

ยิงจรวดขีปนาวุธ

หน้าจอ Nextion Enhanced 5.0 นิ้ว

พีซีพร้อมซอฟต์แวร์ Matlab

GPS GY-GPS6MV2

เซ็นเซอร์กันกระเทือน AIM

มาตรความเร่ง VMA204

ปุ่มกด

ยูเอสบี

เซ็นเซอร์อุปนัย IME18-08BPSZC0S

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า LMR23615DRRR

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า LM25085AMY/NOPB

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า MAX16903SAUE50 x2

เซ็นเซอร์อุณหภูมิ pt100

ขั้วต่อ 5-103669-9 x1

ขั้วต่อ 5-103639-3 x1

ขั้วต่อ 5-103669-1 x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P มอสเฟต

สวิตช์ไฟ TPS2051BDBVR

อะแดปเตอร์ MicroUSB_AB

ไดโอด SBRD10200TR

ตัวต้านทาน 1K โอห์ม x5

ตัวต้านทาน 10K โอห์ม

ตัวต้านทาน 100 โอห์ม x1

ตัวต้านทาน 100k โอห์ม x7

ตัวต้านทาน 51K โอห์ม

ตัวต้านทาน 22, 1 K โอห์ม x2

ตัวต้านทาน 6 โอห์ม x2

ตัวต้านทาน 6K8 โอห์ม x2

ตัวต้านทาน 2.55K โอห์ม

ตัวต้านทาน 38.3K โอห์ม x1

ตัวต้านทาน 390 โอห์ม x1

ตัวต้านทาน 20K โอห์ม x2

ตัวต้านทาน 33K โอห์ม x2

ตัวเก็บประจุ 15 ยูเอฟ x5

ตัวเก็บประจุ 10 ยูเอฟ x3

ตัวเก็บประจุ 4.7uF x4

ตัวเก็บประจุ 47uF x2

ตัวเก็บประจุ 68uF

ตัวเก็บประจุ 0.1uF x1

ตัวเก็บประจุ 1nF x1

ตัวเก็บประจุ 100nf x1

ตัวเก็บประจุ 470nF x1

ตัวเก็บประจุ 2.2uF x2

ตัวเก็บประจุ 220 ยูเอฟ x1

ตัวเก็บประจุ 100uF x1

ตัวเหนี่ยวนำ 22uH x1

ตัวเหนี่ยวนำ 4.5uH x1

ตัวเหนี่ยวนำ 4.7uH x1

ตัวเหนี่ยวนำ 3.3uHx1

เครื่องขยายเสียงเครื่องมือ AD620

หัวต่อ 2 ขา x3

หัวต่อ 4 พิน x6

หัวต่อ 5 พิน x3

ขั้นตอนที่ 1: ไมโครคอนโทรลเลอร์ Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

ไมโครคอนโทรลเลอร์นี้ฝังอยู่ในบอร์ดพัฒนาที่มีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับการพัฒนาแอพพลิเคชั่น เช่น Data Acquisition System และ ECU:

- การดีบัก USB และอินเทอร์เฟซการเขียนโปรแกรม

- อินเตอร์เฟสบัส CAN พร้อมตัวรับส่งสัญญาณในตัว

- 14 พิน ADC (ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล)

- 34 พิน GPIO (อินพุต/เอาต์พุตวัตถุประสงค์ทั่วไป)

- 2 ช่องทางการสื่อสารโปรโตคอลอนุกรม (SCI)

- 2 ช่องทางการสื่อสารโปรโตคอล I2C

- การเขียนโปรแกรมด้วยซอฟต์แวร์ฟรี Code Composer Studio

มันจัดการเซ็นเซอร์ภายนอก, GPS, การจัดเก็บข้อมูลภายใน USB, การสื่อสารกับ ECU และการสื่อสารกับหน้าจอแดชบอร์ด

ขั้นตอนที่ 2: พีซีด้วยซอฟต์แวร์ Matlab

ซอฟต์แวร์ Matlab ใช้ในการประมวลผลและวิเคราะห์ข้อมูลที่จัดเก็บไว้ใน USB ตำแหน่งและวิถีของจักรยานสามารถมองเห็นได้พร้อมกับค่าของเซ็นเซอร์พร้อมๆ กัน ดังที่เห็นในภาพ

ขั้นตอนที่ 3: หน้าจอ Nextion Enhanced 5.0 นิ้ว

ใช้เพื่อแสดงข้อมูลที่เกี่ยวข้องมากที่สุดแก่นักบิน ตลอดจนสถานะของระบบจักรยาน รับข้อมูลจากไมโครคอนโทรลเลอร์ F28069M C2000 ผ่านการสื่อสารแบบอนุกรม

ขั้นตอนที่ 4: GPS GY-GPS6MV2

GPS ได้รับตำแหน่งทันทีของจักรยาน เพื่อให้สามารถวางแผนเส้นทางในซอฟต์แวร์ Matlab ในภายหลังพร้อมกับค่าของเซ็นเซอร์อื่นๆ ได้ จะส่งข้อมูล GPS ไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ F28069M C2000 ผ่านการสื่อสารแบบอนุกรม

ขั้นตอนที่ 5: AIM Suspension Sensor

ติดตั้งบนระบบกันสะเทือนด้านหน้าและด้านหลัง สามารถวัดระยะกระจัดกระจายของจักรยานยนต์ได้

ขั้นตอนที่ 6: มาตรความเร่ง VMA204

ใช้สำหรับวัดอัตราเร่งและแรงที่จักรยานยนต์ทนต่อในแกน x, y และ z จะส่งข้อมูลการเร่งความเร็วไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ F28069M C2000 ผ่านการสื่อสารบัส I2C

ขั้นตอนที่ 7: ปุ่มกด

แป้นกดใช้สำหรับเลือกโหมดการขับขี่ (ECO, Sport) กำหนดค่าหน้าจอนักบินและควบคุมเวลาในการรับข้อมูล

ขั้นตอนที่ 8: USB

มันเก็บข้อมูลจากเซ็นเซอร์ GPS และ ECU

ขั้นตอนที่ 9: เซ็นเซอร์อุปนัย IME18-08BPSZC0S

ใช้สำหรับนับพัลส์ของส่วนแม่เหล็กของวงล้อ ยิ่งความเร็วสูงขึ้น ล้อจะยิ่งหมุนมากขึ้น และเซ็นเซอร์อุปนัยจะนับพัลส์มากขึ้น นั่นคือวิธีการวัดความเร็ว

แผนภาพการเชื่อมต่อจะแสดงบนภาพ

ขั้นตอนที่ 10: เซ็นเซอร์อุณหภูมิ Pt100

เซ็นเซอร์ pt100 เป็นเครื่องตรวจจับอุณหภูมิประเภทหนึ่ง มันแปรผันความต้านทานขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดคือประกอบด้วยแพลตตินัมและมีความต้านทานไฟฟ้า 100 โอห์ม ที่0ºC

ขั้นตอนที่ 11: ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า

ระบบต้องการตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน 4 ตัว เพื่อให้ได้ระดับแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์และเซ็นเซอร์:

LMR23615DRRR

สามารถแปลงจากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากว้างไปเป็นแรงดันเอาต์พุตคงที่ สำหรับแอปพลิเคชันนี้ เราต้องการให้มันจ่าย 3.3 V ให้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ Texas Instruments F28069M C2000

LM25085AMY/นพพร

สามารถแปลงจากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากว้างไปเป็นแรงดันเอาต์พุตคงที่ สำหรับแอปพลิเคชันนี้ เราจำเป็นต้องจ่ายไฟ 5 V ให้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ Texas Instruments F28069M C2000

MAX16903SAUE50

สามารถแปลงจากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากว้างไปเป็นแรงดันเอาต์พุตคงที่ สำหรับแอปพลิเคชันนี้ เราต้องการ 2 รายการ:

หนึ่งสำหรับจ่าย 5 V ให้กับเซ็นเซอร์ภายนอกที่ต้องการแรงดันไฟฟ้าดังกล่าว

อีกอันหนึ่งจ่าย 3.3 V ให้กับเซ็นเซอร์ภายนอกที่ต้องการแรงดันไฟฟ้าดังกล่าว

ขั้นตอนที่ 12: FDD5614P Mosfet

มอสเฟตเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่คล้ายกับทรานซิสเตอร์ที่ใช้ในการส่งสัญญาณ

ขั้นตอนที่ 13: สวิตช์ไฟ TPS2051BDBVR

ส่วนประกอบนี้ใช้เพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร เมื่อโหลดเอาต์พุตเกินขีดจำกัดกระแสไฟหรือกระแสไฟลัดวงจร อุปกรณ์จะจำกัดกระแสไฟขาออกไว้ที่ระดับที่ปลอดภัยโดยเปลี่ยนเป็นโหมดกระแสไฟคงที่ หากการโอเวอร์โหลดไม่หยุด มันจะตัดแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายออก

ขั้นตอนที่ 14: ไฟ LED และไดโอด

ไฟ LED ใช้สำหรับดูว่าระบบมีไฟหรือไม่ พวกเขายังให้กระแสไหลในทิศทางเดียว ป้องกันการโพลาไรซ์ที่ไม่ถูกต้องของวงจร

ไดโอดทำงานเป็น LED แต่ไม่มีแสง พวกเขาให้กระแสไหลในทิศทางเดียวเท่านั้นป้องกันโพลาไรเซชันที่ไม่ถูกต้องของวงจร

ขั้นตอนที่ 15: ตัวเชื่อมต่อ หัวเข็มหมุด และอะแดปเตอร์

บอร์ด PDB ต้องใช้คอนเน็กเตอร์ ส่วนหัวของพิน และอะแดปเตอร์จำนวนหนึ่งซึ่งมีลักษณะแตกต่างกันเพื่อทำงานและรวมเข้ากับอุปกรณ์ต่อพ่วงต่างๆ หน่วยที่ใช้มีดังนี้

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

ขั้นตอนที่ 16: ตัวต้านทาน, ตัวเก็บประจุ, ตัวเหนี่ยวนำ

พื้นฐานสำหรับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ใดๆ

ขั้นตอนที่ 17: การออกแบบแผนผังของบอร์ด: ตัวเชื่อมต่อภายนอกสำหรับพาวเวอร์ซัพพลายและการสื่อสาร CAN

ขั้นตอนที่ 18: การออกแบบ Schematich ของบอร์ด: ไมโครคอนโทรลเลอร์ Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

เนื้อเรื่อง:

- การเชื่อมต่อของเซนเซอร์ผ่านส่วนหัวของพินที่มีขนาดต่างกันสำหรับอินพุตแบบอนาล็อกและดิจิตอล

- การปรับสัญญาณสำหรับเซ็นเซอร์:

o ตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำเพื่อป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อรบกวนสัญญาณ ความถี่ตัดคือ 15Hz

o วีตสโตนบริดจ์และแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือสำหรับเซ็นเซอร์อุณหภูมิ pt100 ทำงานอย่างถูกต้อง

- หมุดสื่อสารสำหรับอุปกรณ์ภายนอก:

o SCI สำหรับหน้าจอและ GPS

o I2C สำหรับมาตรความเร่ง

ขั้นตอนที่ 19: การออกแบบ Schematich ของบอร์ด: แหล่งจ่ายไฟไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์

ผ่านตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า ซึ่งแปลง 24V (แรงดันไฟต่ำที่มาจากแบตเตอรี่) เป็น 3.3V (LMR23615DRRR) และ 5V (LM25085AMY/NOPB)

ขั้นตอนที่ 20: การออกแบบ Schematich ของบอร์ด: การเชื่อมต่อ USB

ขั้นตอนที่ 21: การออกแบบแผนผังของบอร์ด: การจ่ายไฟให้กับเซนเซอร์และอุปกรณ์ภายนอก

ผ่านตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า (MAX16903SAUE50) ซึ่ง

แปลง 24V (แรงดันไฟต่ำที่มาจากแบตเตอรี่) เป็น 3.3V และ 5V ระบบมีความซ้ำซ้อนและยังสามารถให้พลังงานแก่ไมโครคอนโทรลเลอร์ในกรณีที่ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าล้มเหลว

ขั้นตอนที่ 22: ออกแบบบอร์ด PCB

1) แหล่งจ่ายไฟสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์

2) ไมโครคอนโทรลเลอร์ Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

3) อินพุตดิจิตอลและอนาล็อกและการกรองสัญญาณ (3.1)

4) การเชื่อมต่อ USB

5) ส่วนหัวพินอุปกรณ์ภายนอก

6) pt100 เซ็นเซอร์อุณหภูมิปรับสภาพสัญญาณ

7) แหล่งจ่ายไฟสำหรับเซ็นเซอร์และอุปกรณ์ภายนอก

ขั้นตอนที่ 23: สั่งซื้อบอร์ด PCB

เมื่อออกแบบเสร็จแล้วก็ถึงเวลาสั่ง PCB บนเว็บ JLCPCB.com ขั้นตอนนั้นง่ายมาก เพียงไปที่ JLCPCB.com เพิ่มขนาดและเลเยอร์ของบอร์ด PCB ของคุณ แล้วคลิกปุ่ม QUOTE NOW

JLCPCB เป็นผู้สนับสนุนโครงการนี้ด้วย JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.) เป็นองค์กรต้นแบบ PCB ที่ใหญ่ที่สุดในประเทศจีนและเป็นผู้ผลิตเทคโนโลยีชั้นสูงที่เชี่ยวชาญด้าน PCB ต้นแบบอย่างรวดเร็วและการผลิต PCB ชุดเล็ก คุณสามารถสั่งซื้อ PCB ขั้นต่ำ 5 ชิ้นในราคาเพียง $2

คุณต้องสร้างไฟล์ gerber ของโครงการของคุณและใส่ไว้ในไฟล์ ZIP เมื่อคลิกที่ปุ่ม "เพิ่มไฟล์ gerber ของคุณ" การออกแบบจะถูกอัปโหลดไปยังเว็บ ขนาดและคุณสมบัติอื่นๆ ยังคงสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในส่วนนี้

เมื่ออัปโหลด JLCPCB จะตรวจสอบทุกอย่างถูกต้องและแสดงภาพก่อนหน้าของทั้งสองด้านของบอร์ด

หลังจากตรวจดูให้แน่ใจว่า PCB ดูดีแล้ว ตอนนี้เราสามารถสั่งซื้อได้ในราคาที่เหมาะสมโดยคลิกที่ปุ่ม "บันทึกลงตะกร้า"