მონაცემთა მოპოვებისა და მონაცემთა ვიზუალიზაციის სისტემა MotoStudent Electric Racing Bike– ისთვის: 23 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:17

მონაცემთა მოპოვების სისტემა არის აპარატურისა და პროგრამული უზრუნველყოფის ერთობლიობა, რომელიც ერთობლივად მუშაობს გარე სენსორების მონაცემების შეგროვების, შემდგომი შენახვისა და დამუშავების მიზნით, რათა მოხდეს მისი გრაფიკული ვიზუალიზაცია და გაანალიზება, რაც ინჟინრებს საშუალებას აძლევს განახორციელონ საჭირო კორექტირება საუკეთესო შედეგის მისაღწევად. ავტომობილის ან მოწყობილობის.

მონაცემთა მოპოვების სისტემა მუშაობს მონაცემთა ვიზუალიზაციის სისტემასთან ერთად, რაც პილოტს საშუალებას აძლევს ნახოს მართვის შესაბამისი მონაცემები რეალურ დროში. იგი შედგება HMI ეკრანზე, რომელიც დაუკავშირდება მონაცემთა მოპოვების სისტემას, რათა მიიღოს და აჩვენოს მონაცემები მისგან.

ეს სისტემა აკავშირებს ველოსიპედის ECU- ს (ძრავის კონტროლის განყოფილებას) და იღებს მისგან შიდა ინფორმაციას და ძრავის ცვლადებს CAN ავტობუსის საშუალებით. ის იყენებს USB- ს მიღებული მონაცემების შესანახად, ასევე მონაცემთა მოპოვების სისტემასთან დაკავშირებული სენსორებიდან ამოღებულ მონაცემებს.

მარაგები

მიკროკონტროლი Texas Instruments F28069M C2000

Launchpad

Nextion გაძლიერებული 5.0’’ ეკრანი

კომპიუტერი Matlab პროგრამული უზრუნველყოფით

GPS GY-GPS6MV2

AIM შეჩერების სენსორი

ამაჩქარებელი VMA204

კლავიატურა

USB

ინდუქციური სენსორი IME18-08BPSZC0S

ძაბვის რეგულატორი LMR23615DRRR

ძაბვის რეგულატორი LM25085AMY/NOPB

ძაბვის რეგულატორი MAX16903SAUE50 x2

ტემპერატურის სენსორი pt100

5-103669-9 კონექტორი x1

5-103639-3 კონექტორი x1

5-103669-1 კონექტორი x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P მოსფეტი

TPS2051BDBVR დენის გადამრთველი

MicroUSB_AB ადაპტერი

SBRD10200TR დიოდი

რეზისტორი 1K Ohm x5

რეზისტორი 10K Ohm

რეზისტორი 100 Ohm x1

რეზისტორი 100k Ohm x7

რეზისტორი 51K Ohm

რეზისტორი 22, 1 K Ohm x2

რეზისტორი 6 Kohm x2

რეზისტორი 6K8 Ohm x2

რეზისტორი 2.55K Ohm

რეზისტორი 38.3K Ohm x1

რეზისტორი 390 Ohm x1

რეზისტორი 20K Ohm x2

რეზისტორი 33K Ohm x2

კონდენსატორი 15 uF x5

კონდენსატორი 10 uF x3

კონდენსატორი 4.7uF x4

კონდენსატორი 47uF x2

კონდენსატორი 68uF

კონდენსატორი 0.1uF x1

კონდენსატორი 1nF x1

კონდენსატორი 100nf x1

კონდენსატორი 470nF x1

კონდენსატორი 2.2uF x2

კონდენსატორი 220 uf x1

კონდენსატორი 100uF x1

ინდუქტორი 22uH x1

ინდუქტორი 4.5uH x1

ინდუქტორი 4.7uH x1

ინდუქტორი 3.3uHx1

ინსტრუმენტული გამაძლიერებელი AD620

2 პინიანი სათაური x3

4 პინიანი სათაური x6

5 პინიანი სათაური x3

ნაბიჯი 1: მიკროკონტროლი Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

ეს მიკროკონტროლი ჩართულია დეველოპერულ დაფაზე, რომლის მახასიათებლებითაც იგი შესაფერისია ისეთი პროგრამების შემუშავებისთვის, როგორიცაა მონაცემთა მოპოვების სისტემა და ECU:

- USB გამართვისა და პროგრამირების ინტერფეისი

- CAN ავტობუსის ინტერფეისი ინტეგრირებული გადამცემით

- 14 ADC ქინძისთავები (ანალოგური ციფრული კონვერტორები)

- 34 GPIO ქინძისთავები (ზოგადი დანიშნულების შეყვანა/გამომავალი)

- 2 სერიული პროტოკოლის (SCI) საკომუნიკაციო არხი

- 2 I2C პროტოკოლის საკომუნიკაციო არხი

- პროგრამირება უფასო პროგრამული უზრუნველყოფის Code Composer Studio– ით

ის მართავს გარე სენსორებს, GPS– ს, მონაცემების შენახვას USB– ში, ECU– სთან კომუნიკაციას და კომუნიკაციას დაფის ეკრანთან.

ნაბიჯი 2: კომპიუტერი Matlab პროგრამული უზრუნველყოფით

Matlab პროგრამული უზრუნველყოფა გამოიყენება USB– ში შენახული მონაცემების დასამუშავებლად და გასაანალიზებლად. ველოსიპედის პოზიცია და ტრაექტორია შეიძლება ვიზუალიზდეს სენსორების ღირებულებასთან ერთად, ერთდროულად, როგორც ჩანს სურათზე.

ნაბიჯი 3: Nextion გაძლიერებული 5.0’’ ეკრანი

იგი გამოიყენება პილოტისთვის ყველაზე აქტუალური ინფორმაციის, ასევე ველოსიპედის სისტემების სტატუსის საჩვენებლად. იგი იღებს მონაცემებს F28069M C2000 მიკროკონტროლიდან სერიული კომუნიკაციის საშუალებით.

ნაბიჯი 4: GPS GY-GPS6MV2

GPS იღებს ველოსიპედის მყისიერ პოზიციას, ისე რომ მისი ტრაექტორია შემდგომში შეიძლება იყოს გამოსახული Matlab პროგრამულ უზრუნველყოფაში სხვა სენსორების მნიშვნელობებთან ერთად. ის GPS მონაცემებს უგზავნის F28069M C2000 მიკროკონტროლერს სერიული კომუნიკაციის საშუალებით.

ნაბიჯი 5: AIM შეჩერების სენსორი

დამონტაჟებულია წინა და უკანა სავალი ნაწილზე, ველოსიპედის შეჩერების გადაადგილების გაზომვა შესაძლებელია.

ნაბიჯი 6: აქსელერომეტრი VMA204

იგი გამოიყენება აჩქარების გასაზომად და აიძულებს ველოსიპედს გაუძლოს ღერძი x, y და z. ის აჩქარების მონაცემებს უგზავნის F28069M C2000 მიკროკონტროლერს I2C ავტობუსის კომუნიკაციის საშუალებით.

ნაბიჯი 7: კლავიატურა

კლავიატურა გამოიყენება მართვის რეჟიმის შესარჩევად (ECO, სპორტი), პილოტის ეკრანის კონფიგურაციისთვის და მონაცემთა მოპოვების დროის გასაკონტროლებლად.

ნაბიჯი 8: USB

იგი ინახავს მონაცემებს სენსორებისგან, GPS და ECU.

ნაბიჯი 9: ინდუქციური სენსორი IME18-08BPSZC0S

იგი გამოიყენება საჭის მაგნიტური ნაწილის იმპულსების დასათვლელად. რაც უფრო მაღალია სიჩქარე, მით უფრო მეტად ბრუნავს ბორბლები და უფრო მეტი იმპულსი დაითვლება ინდუქციური სენსორი. ასე მუშაობს სიჩქარის გაზომვა.

კავშირის დიაგრამა ნაჩვენებია სურათზე.

ნაბიჯი 10: ტემპერატურის სენსორი Pt100

Pt100 სენსორები არის ტემპერატურის დეტექტორების კონკრეტული ტიპი. ის ცვლის მის წინააღმდეგობას ტემპერატურის მიხედვით. ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია ის, რომ იგი შედგება პლატინისგან და აქვს ელექტრული წინააღმდეგობა 100 Ohm 0 ° C ტემპერატურაზე.

ნაბიჯი 11: ძაბვის რეგულატორები

სისტემას სჭირდება 4 განსხვავებული ძაბვის რეგულატორი მიკროკონტროლერისა და სენსორებისთვის საჭირო ძაბვის დონის მისაღებად:

LMR23615DRRR

მას შეუძლია გარდაქმნას ფართო ძაბვის დიაპაზონის წყაროდან ფიქსირებულ გამომავალ ძაბვაზე. ამ პროგრამისთვის ჩვენ გვჭირდება ის 3.3 V მიწოდებას Texas Instruments F28069M C2000 მიკროკონტროლერისთვის.

LM25085AMY/NOPB

მას შეუძლია გარდაქმნას ფართო ძაბვის დიაპაზონის წყაროდან ფიქსირებულ გამომავალ ძაბვაზე. ამ პროგრამისთვის ჩვენ გვჭირდება ის 5 ვ მიწოდებისთვის Texas Instruments F28069M C2000 მიკროკონტროლერისთვის.

MAX16903SAUE50

მას შეუძლია გარდაქმნას ფართო ძაბვის დიაპაზონის წყაროდან ფიქსირებულ გამომავალ ძაბვაზე. ამ აპლიკაციისთვის ჩვენ გვჭირდება 2 მათგანი:

ერთი მიაწოდოს 5 V გარე სენსორებს, რომლებიც საჭიროებენ ასეთ ძაბვას.

მეორე - 3.3 V გარე სენსორებისთვის, რომლებიც საჭიროებენ ასეთ ძაბვას.

ნაბიჯი 12: FDD5614P Mosfet

Mosfet არის ნახევარგამტარული მოწყობილობა, რომელიც მსგავსია ტრანზისტორი, რომელიც გამოიყენება სიგნალების გადასაყვანად.

ნაბიჯი 13: TPS2051BDBVR დენის გადამრთველი

ეს კომპონენტი გამოიყენება მოკლე ჩართვის თავიდან ასაცილებლად. როდესაც გამომავალი დატვირთვა აჭარბებს მიმდინარე ლიმიტის ბარიერს ან არის მოკლე, მოწყობილობა ზღუდავს გამომავალ დენს უსაფრთხო დონეზე მუდმივი დენის რეჟიმში გადართვით. თუ გადატვირთვა არ ჩერდება, ის წყვეტს მიწოდების ძაბვას.

ნაბიჯი 14: LED- ები და დიოდები

LED- ები გამოიყენება ვიზუალიზაციისთვის, აქვს თუ არა სისტემას ძალა. ისინი ასევე ინარჩუნებენ მიმდინარეობას მხოლოდ ერთი მიმართულებით, რაც ხელს უშლის მიკროსქემის არასწორი პოლარიზაციას.

დიოდები მუშაობს როგორც LED, მაგრამ სინათლის გარეშე; ისინი ინარჩუნებენ მიმდინარეობას მხოლოდ ერთი მიმართულებით, რაც ხელს უშლის მიკროსქემის არასწორი პოლარიზაციას.

ნაბიჯი 15: კონექტორები, სათაურების სათაურები და ადაპტერები

PDB დაფა მოითხოვს გარკვეულ მახასიათებლებს სხვადასხვა მახასიათებლების კონექტორებს, სათაურებს და გადამყვანებს, რათა იმუშაონ და ინტეგრირდნენ სხვადასხვა პერიფერიულ მოწყობილობებთან. გამოყენებული ერთეულები შემდეგია:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

ნაბიჯი 16: რეზისტორები, კონდენსატორები, ინდუქტორები

ნებისმიერი ელექტრონული სქემის საფუძვლები

ნაბიჯი 17: გამგეობის სქემატიკური დიზაინი: გარე კონექტორები ელექტრომომარაგებისა და CAN კომუნიკაციისთვის

ნაბიჯი 18: დაფის სქემატიკური დიზაინი: მიკროკონტროლი Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

რომელშიც შედის:

- სენსორის კავშირი, სხვადასხვა ზომის pin სათაურების საშუალებით ანალოგური და ციფრული შეყვანისთვის

- სიგნალის კონდიცირება სენსორებისთვის:

o დაბალი გამავლობის ფილტრები, რათა თავიდან აიცილონ სიგნალების დარღვევის ელექტრომაგნიტური ჩარევა. გათიშვის სიხშირეა 15 ჰც.

o ხორბლის ქვის ხიდი და ინსტრუმენტული გამაძლიერებელი pt100 ტემპერატურის სენსორის სწორად მუშაობისთვის

- გარე მოწყობილობების საკომუნიკაციო ქინძისთავები:

o SCI ეკრანისა და GPS– ისთვის

o I2C ამაჩქარებლისთვის

ნაბიჯი 19: დაფის სქემატიკური დიზაინი: მიკროკონტროლერის ელექტრომომარაგება

ძაბვის რეგულატორების საშუალებით, რომლებიც გარდაქმნიან 24V (დაბალი ძაბვა ბატარეიდან) 3.3V- მდე (LMR23615DRRR) და 5V (LM25085AMY/NOPB)

ნაბიჯი 20: დაფის სქემატიკური დიზაინი: USB კავშირი

ნაბიჯი 21: დაფის სქემატიკური დიზაინი: ელექტროენერგიის მიწოდება სენსორებისთვის და გარე მოწყობილობებისთვის

ძაბვის რეგულატორების საშუალებით (MAX16903SAUE50), რომელიც

გარდაქმენით 24 ვ (დაბალი ძაბვა ბატარეიდან) 3.3 ვ და 5 ვ. სისტემა არის ზედმეტი და ასევე შეუძლია უზრუნველყოს მიკროკონტროლერის ენერგია იმ შემთხვევაში, თუ მისი ძაბვის რეგულატორი ჩავარდება.

ნაბიჯი 22: შეიმუშავეთ PCB დაფა

1) მიკროკონტროლერის კვების ბლოკი

2) მიკროკონტროლი Texas Instruments F28069M C2000 გაშვების დაფა

3) ციფრული და ანალოგური შეყვანა და სიგნალის გაფილტვრა (3.1)

4) USB კავშირი

5) გარე მოწყობილობები ასახავს სათაურებს

6) pt100 ტემპერატურის სენსორის სიგნალის კონდიცირება

7) ელექტროენერგიის მიწოდება სენსორებისა და გარე მოწყობილობებისთვის

ნაბიჯი 23: შეუკვეთეთ PCB დაფა

დასრულებული დიზაინით, დროა შეუკვეთოთ PCB ინტერნეტში JLCPCB.com. პროცესი მარტივია, რადგან თქვენ უბრალოდ უნდა შეხვიდეთ JLCPCB.com– ზე, დაამატოთ თქვენი PCB დაფის ზომები და ფენები და დააწკაპუნოთ ღილაკს QUOTE NOW.

JLCPCB ასევე არის ამ პროექტის სპონსორი. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.), არის უდიდესი PCB პროტოტიპის საწარმო ჩინეთში და მაღალტექნოლოგიური მწარმოებელი, რომელიც სპეციალიზირებულია სწრაფი PCB პროტოტიპისა და მცირე ზომის PCB წარმოებაში. თქვენ შეგიძლიათ შეუკვეთოთ მინიმუმ 5 PCB სულ რაღაც 2 დოლარად.

თქვენ უნდა შექმნათ თქვენი პროექტის გერბერული ფაილები და განათავსოთ ისინი ZIP ფაილში. "გერბერის ფაილის დამატება" ღილაკზე დაჭერით, დიზაინი აიტვირთება ინტერნეტში. ზომები და სხვა მახასიათებლები მაინც შეიძლება შეიცვალოს ამ განყოფილებაში.

ატვირთვისას, JLCPCB შეამოწმებს ყველაფერს სწორად და აჩვენებს დაფის ორივე მხარის წინა ვიზუალიზაციას.

მას შემდეგ რაც დავრწმუნდით, რომ PCB კარგად გამოიყურება, ჩვენ ახლა შეგვიძლია განათავსოთ შეკვეთა გონივრულ ფასად, ღილაკზე "შენახვა კალათაში" დაჭერით.