Hệ thống thu thập dữ liệu và trực quan hóa dữ liệu cho xe đạp đua điện MotoStudent: 23 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Hệ thống thu thập dữ liệu là một tập hợp phần cứng và phần mềm làm việc cùng nhau để thu thập dữ liệu từ các cảm biến bên ngoài, lưu trữ và xử lý sau đó để nó có thể được trực quan hóa bằng đồ họa và phân tích, cho phép các kỹ sư thực hiện các điều chỉnh cần thiết để đạt được hiệu suất tốt nhất của phương tiện hoặc thiết bị.

Hệ thống thu thập dữ liệu hoạt động cùng với Hệ thống trực quan hóa dữ liệu cho phép người lái xem dữ liệu thời gian thực có liên quan cho việc lái xe. Nó bao gồm màn hình HMI giao tiếp với Hệ thống thu thập dữ liệu để truy xuất và hiển thị dữ liệu từ đó.

Hệ thống này giao tiếp với ECU (Bộ điều khiển động cơ) của xe đạp và nhận thông tin nội bộ và các biến động cơ từ nó thông qua CAN bus. Nó sử dụng một USB để lưu trữ dữ liệu đã nhận cũng như dữ liệu được truy xuất từ các cảm biến được kết nối với Hệ thống thu thập dữ liệu.

Quân nhu

Bộ vi điều khiển Texas Instruments F28069M C2000

Bệ phóng

Màn hình Nextion Enhanced 5.0 ''

PC với phần mềm Matlab

GPS GY-GPS6MV2

Cảm biến treo AIM

Gia tốc kế VMA204

Bàn phím

USB

Cảm biến cảm ứng IME18-08BPSZC0S

Bộ điều chỉnh điện áp LMR23615DRRR

Bộ điều chỉnh điện áp LM25085AMY / NOPB

Bộ điều chỉnh điện áp MAX16903SAUE50 x2

Cảm biến nhiệt độ pt100

5-103669-9 đầu nối x1

5-103639-3 đầu nối x1

5-103669-1 đầu nối x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P Mosfet

Công tắc nguồn TPS2051BDBVR

Bộ điều hợp MicroUSB_AB

Diode SBRD10200TR

Điện trở 1K Ohm x5

Điện trở 10K Ohm

Điện trở 100 Ohm x1

Điện trở 100k Ohm x7

Điện trở 51K Ohm

Điện trở 22, 1 K Ohm x2

Điện trở 6 Kohm x2

Điện trở 6K8 Ohm x2

Điện trở 2,55K Ohm

Điện trở 38,3K Ohm x1

Điện trở 390 Ohm x1

Điện trở 20K Ohm x2

điện trở 33K Ohm x2

Tụ điện 15 uF x5

Tụ điện 10 uF x3

Tụ điện 4,7uF x4

Tụ điện 47uF x2

Tụ điện 68uF

Tụ điện 0,1uF x1

Tụ điện 1nF x1

Tụ điện 100nf x1

Tụ điện 470nF x1

Tụ điện 2.2uF x2

Tụ điện 220 uf x1

Tụ điện 100uF x1

Cuộn cảm 22uH x1

Cuộn cảm 4,5uH x1

Cuộn cảm 4,7uH x1

Cuộn cảm 3.3uHx1

Bộ khuếch đại nhạc cụ AD620

Đầu 2 chân x3

Đầu 4 chân x6

Đầu 5 chân x3

Bước 1: Bàn di chuột của bộ vi điều khiển Texas Instruments F28069M C2000

Bộ vi điều khiển này được nhúng trong bảng phát triển có các tính năng phù hợp để phát triển các ứng dụng như Hệ thống thu thập dữ liệu và ECU:

- Giao diện lập trình và gỡ lỗi USB

- Giao diện bus CAN với bộ thu phát tích hợp

- 14 chân ADC (Bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số)

- 34 chân GPIO (Đầu vào / Đầu ra Mục đích Chung)

- 2 kênh giao tiếp giao thức nối tiếp (SCI)

- 2 kênh giao tiếp giao thức I2C

- Lập trình với phần mềm miễn phí Code Composer Studio

Nó quản lý các cảm biến bên ngoài, GPS, lưu trữ dữ liệu bên trong USB, giao tiếp với ECU và giao tiếp với màn hình của bảng điều khiển.

Bước 2: PC với phần mềm Matlab

Phần mềm Matlab được sử dụng để xử lý và phân tích dữ liệu được lưu trữ trong USB. Vị trí và quỹ đạo của chiếc xe đạp có thể được hình dung đồng thời với giá trị của các cảm biến, như có thể thấy trên hình.

Bước 3: Màn hình Nextion Enhanced 5.0’’

Nó được sử dụng để hiển thị thông tin liên quan nhất cho phi công, cũng như trạng thái của hệ thống của xe đạp. Nó nhận dữ liệu từ vi điều khiển F28069M C2000 thông qua giao tiếp nối tiếp.

Bước 4: GPS GY-GPS6MV2

GPS xác định vị trí tức thì của chiếc xe đạp, để sau đó quỹ đạo của nó có thể được vẽ trong phần mềm Matlab cùng với các giá trị của các cảm biến khác. Nó gửi dữ liệu GPS đến vi điều khiển F28069M C2000 thông qua giao tiếp nối tiếp.

Bước 5: Cảm biến treo AIM

Được lắp đặt trên hệ thống treo trước và sau, có thể đo độ dịch chuyển của hệ thống treo của xe đạp.

Bước 6: Gia tốc kế VMA204

Nó được sử dụng để đo gia tốc và lực mà xe đạp chịu được theo các trục x, y và z. Nó gửi dữ liệu gia tốc đến vi điều khiển F28069M C2000 thông qua giao tiếp bus I2C.

Bước 7: Bàn phím

Bàn phím được sử dụng để chọn chế độ lái (ECO, Sport), định cấu hình màn hình của người lái và kiểm soát thời gian thu thập dữ liệu.

Bước 8: USB

Nó lưu trữ dữ liệu từ các cảm biến, GPS và ECU.

Bước 9: Cảm biến cảm ứng IME18-08BPSZC0S

Nó được sử dụng để đếm xung của một phần từ tính của bánh xe. Tốc độ càng cao, bánh xe sẽ quay càng nhiều và càng có nhiều xung. Đó là cách hoạt động của phép đo tốc độ.

Sơ đồ kết nối được hiển thị trên hình ảnh.

Bước 10: Cảm biến nhiệt độ Pt100

Cảm biến pt100 là một loại máy dò nhiệt độ cụ thể. Nó thay đổi điện trở của nó tùy thuộc vào nhiệt độ. Đặc điểm quan trọng nhất là nó được làm bằng bạch kim và có điện trở 100 Ohm ở 0ºC.

Bước 11: Bộ điều chỉnh điện áp

Hệ thống cần 4 bộ điều chỉnh điện áp khác nhau để có được mức điện áp cần thiết cho bộ vi điều khiển và các cảm biến:

LMR23615DRRR

Nó có thể chuyển đổi từ nguồn cung cấp dải điện áp rộng sang điện áp đầu ra cố định. Đối với ứng dụng này, chúng tôi cần nó cung cấp 3,3 V cho bộ vi điều khiển Texas Instruments F28069M C2000.

LM25085AMY / NOPB

Nó có thể chuyển đổi từ nguồn cung cấp dải điện áp rộng sang điện áp đầu ra cố định. Đối với ứng dụng này, chúng tôi cần nó cung cấp 5 V cho bộ vi điều khiển Texas Instruments F28069M C2000.

MAX16903SAUE50

Nó có thể chuyển đổi từ nguồn cung cấp dải điện áp rộng sang điện áp đầu ra cố định. Đối với ứng dụng này, chúng tôi cần 2 trong số chúng:

Một để cung cấp 5 V cho các cảm biến bên ngoài yêu cầu điện áp như vậy.

Cái còn lại để cung cấp 3,3 V cho các cảm biến bên ngoài yêu cầu điện áp như vậy.

Bước 12: FDD5614P Mosfet

MOSFET là một thiết bị bán dẫn tương tự như bóng bán dẫn được sử dụng để chuyển tín hiệu đi làm.

Bước 13: Công tắc nguồn TPS2051BDBVR

Thành phần này được sử dụng để ngăn ngừa ngắn mạch. Khi tải đầu ra vượt quá ngưỡng giới hạn dòng điện hoặc có dòng điện ngắn, thiết bị giới hạn dòng điện đầu ra ở mức an toàn bằng cách chuyển sang chế độ dòng điện không đổi. Nếu quá tải không dừng lại, nó sẽ cắt điện áp cung cấp.

Bước 14: Đèn LED và Điốt

Đèn LED được sử dụng để hình dung hệ thống có điện hay không. Chúng cũng giữ cho dòng điện chỉ chạy theo một chiều, ngăn chặn sự phân cực sai của mạch.

Điốt hoạt động như một đèn LED nhưng không có ánh sáng; chúng giữ cho dòng điện chỉ chạy theo một chiều, ngăn chặn sự phân cực sai của mạch.

Bước 15: Đầu nối, đầu ghim và bộ điều hợp

Bo mạch PDB yêu cầu một số lượng nhất định các đầu nối, đầu cắm chân và bộ điều hợp có các đặc điểm khác nhau để hoạt động và tích hợp với các thiết bị ngoại vi khác nhau. Các đơn vị được sử dụng như sau:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

Bước 16: Điện trở, tụ điện, cuộn cảm

Những điều cơ bản cho bất kỳ mạch điện tử nào

Bước 17: Thiết kế Schematich của Bo mạch: Các đầu nối bên ngoài để cung cấp điện và giao tiếp CAN

Bước 18: Thiết kế Schematich của Bo mạch: Bàn di chuột của Bộ vi điều khiển Texas Instruments F28069M C2000

Có:

- Kết nối của cảm biến, thông qua các đầu ghim có kích thước khác nhau cho đầu vào tương tự và kỹ thuật số

- Điều hòa tín hiệu cho các cảm biến:

o Bộ lọc thông thấp để ngăn chặn nhiễu điện từ làm nhiễu tín hiệu. Tần số cắt là 15Hz.

o Cầu Wheatstone và bộ khuếch đại công cụ để cảm biến nhiệt độ pt100 hoạt động chính xác

- Chân giao tiếp cho các thiết bị bên ngoài:

o SCI cho màn hình và GPS

o I2C cho gia tốc kế

Bước 19: Thiết kế bảng điều khiển: Cấp nguồn cho bộ vi điều khiển

Thông qua bộ điều chỉnh điện áp, chuyển đổi 24V (điện áp thấp đến từ pin) thành 3,3V (LMR23615DRRR) và 5V (LM25085AMY / NOPB)

Bước 20: Thiết kế bảng điều khiển: Kết nối USB

Bước 21: Thiết kế bảng điều khiển: Cung cấp điện cho các cảm biến và thiết bị bên ngoài

Qua bộ điều chỉnh điện áp (MAX16903SAUE50), chuyển đổi 24V (điện áp thấp đến từ pin) thành 3,3V và 5V. Hệ thống dự phòng và cũng có thể cung cấp điện cho bộ vi điều khiển trong trường hợp bộ điều chỉnh điện áp của nó bị lỗi.

Bước 22: Thiết kế bảng mạch PCB

1) Nguồn cung cấp cho bộ vi điều khiển

2) Bàn khởi động của Bộ vi điều khiển Texas Instruments F28069M C2000

3) Đầu vào kỹ thuật số và tương tự và lọc tín hiệu (3.1)

4) Kết nối USB

5) Đầu cắm chân thiết bị bên ngoài

6) điều hòa tín hiệu cảm biến nhiệt độ pt100

7) Nguồn cung cấp cho các cảm biến và các thiết bị bên ngoài

Bước 23: Đặt hàng Bảng mạch PCB

Với thiết kế đã hoàn thành, đã đến lúc đặt mua PCB trên web JLCPCB.com. Quá trình này rất đơn giản, vì bạn chỉ cần truy cập JLCPCB.com, thêm kích thước và các lớp của bảng mạch PCB của bạn và nhấp vào nút BÁO GIÁ NGAY BÂY GIỜ.

JLCPCB cũng là nhà tài trợ cho dự án này. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.), là doanh nghiệp nguyên mẫu PCB lớn nhất ở Trung Quốc và là nhà sản xuất công nghệ cao chuyên sản xuất nguyên mẫu PCB nhanh và sản xuất PCB hàng loạt nhỏ. Bạn có thể đặt tối thiểu 5 PCB chỉ với $ 2.

Bạn cần tạo các tệp mầm trong dự án của mình và đưa chúng vào tệp ZIP. Bằng cách nhấp vào nút “thêm tệp mầm của bạn”, thiết kế sẽ được tải lên web. Kích thước và các tính năng khác vẫn có thể được thay đổi trên phần này.

Khi được tải lên, JLCPCB sẽ kiểm tra mọi thứ đã chính xác chưa và hiển thị hình ảnh trước đó về cả hai mặt của bảng.

Sau khi đảm bảo PCB trông đẹp, bây giờ chúng ta có thể đặt hàng với giá hợp lý bằng cách nhấp vào nút “Lưu vào giỏ hàng”.