Sistem Akuisisi Data dan Visualisasi Data untuk Sepeda Balap Listrik MotoStudent: 23 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Sistem akuisisi data adalah kumpulan perangkat keras dan perangkat lunak yang bekerja bersama untuk mengumpulkan data dari sensor eksternal, menyimpan dan memprosesnya setelah itu sehingga dapat divisualisasikan dan dianalisis secara grafis, memungkinkan para insinyur untuk membuat penyesuaian yang diperlukan untuk mendapatkan kinerja terbaik. dari kendaraan atau perangkat.

Sistem Akuisisi Data bekerja sama dengan Sistem Visualisasi Data yang memungkinkan pilot melihat data real-time yang relevan untuk mengemudi. Ini terdiri dari layar HMI yang berkomunikasi dengan Sistem Akuisisi Data untuk mengambil dan menampilkan data darinya.

Sistem ini berkomunikasi dengan ECU (Engine Control Unit) sepeda dan menerima informasi internal dan variabel mesin darinya melalui CAN bus. Ini menggunakan USB untuk penyimpanan data yang diterima serta data yang diambil dari sensor yang terhubung ke Sistem Akuisisi Data.

Perlengkapan

Mikrokontroler Texas Instruments F28069M C2000

Landasan peluncuran

Nextion Enhanced 5.0 ''layar

PC dengan perangkat lunak Matlab

GPS GY-GPS6MV2

Sensor suspensi AIM

Akselerometer VMA204

Papan tombol

USB

Sensor induktif IME18-08BPSZC0S

Regulator tegangan LMR23615DRRR

Pengatur tegangan LM25085AMY/NOPB

Pengatur tegangan MAX16903SAUE50 x2

Sensor Suhu pt100

konektor 5-103669-9 x1

konektor 5-103639-3 x1

konektor 5-103669-1 x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P MOSFET

Saklar Daya TPS2051BDBVR

Adaptor MicroUSB_AB

Dioda SBRD10200TR

Resistor 1K Ohm x5

Resistor 10K Ohm

Resistor 100 Ohm x1

Resistor 100k Ohm x7

Resistor 51K Ohm

Resistor 22, 1 K Ohm x2

Resistor 6 Kohm x2

Resistor 6K8 Ohm x2

Resistor 2.55K Ohm

Resistor 38.3K Ohm x1

Resistor 390 Ohm x1

Resistor 20K Ohm x2

resistor 33K Ohm x2

Kapasitor 15 uF x5

Kapasitor 10 uF x3

Kapasitor 4.7uF x4

Kapasitor 47uF x2

Kapasitor 68uF

Kapasitor 0.1uF x1

Kapasitor 1nF x1

Kapasitor 100nf x1

Kapasitor 470nF x1

Kapasitor 2.2uF x2

Kapasitor 220 uf x1

Kapasitor 100uF x1

Induktor 22uH x1

Induktor 4.5uH x1

Induktor 4.7uH x1

Induktor 3.3uHx1

Penguat Instrumental AD620

Header 2-pin x3

Header 4-pin x6

Tajuk 5-pin x3

Langkah 1: Mikrokontroler Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Mikrokontroler ini tertanam dalam papan pengembangan yang fitur-fiturnya membuatnya cocok untuk mengembangkan aplikasi seperti Sistem Akuisisi Data dan ECU:

- USB debugging dan antarmuka pemrograman

- Antarmuka bus CAN dengan transceiver terintegrasi

- 14 pin ADC (Konverter Analog ke Digital)

- 34 pin GPIO (Input/Output Tujuan Umum)

- 2 saluran komunikasi protokol serial (SCI)

- 2 saluran komunikasi protokol I2C

- Pemrograman dengan perangkat lunak gratis Code Composer Studio

Ia mengatur sensor eksternal, GPS, penyimpanan data di dalam USB, komunikasi dengan ECU dan komunikasi dengan layar dasbor.

Langkah 2: PC Dengan Perangkat Lunak Matlab

Software Matlab digunakan untuk mengolah dan menganalisa data yang tersimpan di USB. Posisi dan lintasan sepeda dapat divisualisasikan bersama dengan nilai sensor secara bersamaan, seperti yang terlihat pada gambar.

Langkah 3: Layar Selanjutnya Ditingkatkan 5.0 ''

Ini digunakan untuk menunjukkan informasi yang paling relevan kepada pilot, serta status sistem sepeda. Ini menerima data dari mikrokontroler F28069M C2000 melalui komunikasi serial.

Langkah 4: GPS GY-GPS6MV2

GPS mendapatkan posisi instan sepeda, sehingga lintasannya kemudian dapat diplot dalam perangkat lunak Matlab bersama dengan nilai-nilai sensor lainnya. Ini mengirimkan data GPS ke mikrokontroler F28069M C2000 melalui komunikasi serial.

Langkah 5: Sensor Suspensi AIM

Dipasang pada suspensi depan dan belakang, perpindahan suspensi sepeda dapat diukur.

Langkah 6: Akselerometer VMA204

Ini digunakan untuk mengukur percepatan dan gaya yang menahan sepeda pada sumbu x, y, dan z. Ini mengirimkan data percepatan ke mikrokontroler F28069M C2000 melalui komunikasi bus I2C.

Langkah 7: Papan tombol

Keypad digunakan untuk memilih mode mengemudi (ECO, Sport), mengkonfigurasi layar pilot dan mengontrol waktu akuisisi data.

Langkah 8: USB

Ini menyimpan data dari sensor, GPS dan ECU.

Langkah 9: Sensor Induktif IME18-08BPSZC0S

Ini digunakan untuk menghitung pulsa bagian magnetik roda. Semakin tinggi kecepatan, semakin banyak putaran yang dilakukan roda dan semakin banyak pulsa yang dihitung sensor induktif. Begitulah cara kerja pengukuran kecepatan.

Diagram koneksi ditunjukkan pada gambar.

Langkah 10: Sensor Suhu Pt100

Sensor pt100 adalah jenis detektor suhu tertentu. Ini bervariasi resistensi tergantung pada suhu. Fitur yang paling penting adalah bahwa ia terdiri dari platinum dan memiliki hambatan listrik 100 Ohm pada 0ºC.

Langkah 11: Regulator Tegangan

Sistem membutuhkan 4 regulator tegangan yang berbeda untuk mendapatkan level tegangan yang dibutuhkan untuk mikrokontroler dan sensor:

LMR23615DRRR

Ia mampu mengkonversi dari suplai rentang tegangan lebar ke tegangan output tetap. Untuk aplikasi ini, kita membutuhkannya untuk mensuplai 3,3 V ke mikrokontroler Texas Instruments F28069M C2000.

LM25085AMY/NOPB

Ia mampu mengkonversi dari suplai rentang tegangan lebar ke tegangan output tetap. Untuk aplikasi ini, kita membutuhkannya untuk mensuplai 5 V ke mikrokontroler Texas Instruments F28069M C2000.

MAX16903SAUE50

Ia mampu mengkonversi dari suplai rentang tegangan lebar ke tegangan output tetap. Untuk aplikasi ini, kita membutuhkan 2 di antaranya:

Satu untuk memasok 5 V ke sensor eksternal yang membutuhkan tegangan tersebut.

Yang satu lagi mensuplai 3,3 V ke sensor eksternal yang membutuhkan tegangan tersebut.

Langkah 12: FDD5614P MOSFET

MOSFET adalah perangkat semikonduktor yang mirip dengan transistor yang digunakan untuk mengubah sinyal.

Langkah 13: Saklar Daya TPS2051BDBVR

Komponen ini digunakan untuk mencegah korsleting. Ketika beban keluaran melebihi ambang batas arus atau ada arus pendek, perangkat membatasi arus keluaran ke tingkat yang aman dengan beralih ke mode arus konstan. Jika kelebihan beban tidak berhenti, itu memotong tegangan suplai.

Langkah 14: LED dan Dioda

LED digunakan untuk memvisualisasikan apakah sistem memiliki daya atau tidak. Mereka juga menjaga arus mengalir hanya dalam satu arah, mencegah polarisasi sirkuit yang salah.

Dioda bekerja sebagai LED tetapi tanpa cahaya; mereka menjaga arus mengalir hanya dalam satu arah, mencegah polarisasi sirkuit yang salah.

Langkah 15: Konektor, Header Pin, dan Adaptor

Papan PDB memerlukan sejumlah konektor, pin header, dan adaptor dengan karakteristik berbeda agar dapat bekerja dan berintegrasi dengan perangkat periferal yang berbeda. Satuan yang digunakan adalah sebagai berikut:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

Langkah 16: Resistor, Kapasitor, Induktor

Dasar-dasar untuk setiap sirkuit elektronik

Langkah 17: Desain Skema Papan: Konektor Eksternal untuk Catu Daya dan Komunikasi CAN

Langkah 18: Desain Skema Papan: Peluncuran Mikrokontroler Texas Instruments F28069M C2000

Menampilkan:

- Koneksi sensor, melalui pin header dengan ukuran berbeda untuk input analog dan digital

- Pengkondisian sinyal untuk sensor:

o Filter lolos rendah untuk mencegah interferensi elektromagnetik mengganggu sinyal. Frekuensi cut-off adalah 15Hz.

o Jembatan Wheatstone dan penguat instrumental agar sensor suhu pt100 bekerja dengan benar

- Pin komunikasi untuk perangkat eksternal:

o SCI untuk layar dan GPS

o I2C untuk akselerometer

Langkah 19: Desain Skema Papan: Catu Daya ke Mikrokontroler

Melalui regulator Tegangan, yang mengubah 24V (tegangan rendah yang berasal dari baterai) menjadi 3.3V (LMR23615DRRR) dan 5V (LM25085AMY/NOPB)

Langkah 20: Desain Skema Papan: Koneksi USB

Langkah 21: Desain Skema Papan: Catu Daya ke Sensor dan Perangkat Eksternal

Melalui regulator Tegangan (MAX16903SAUE50), yang

mengkonversi 24V (tegangan rendah yang berasal dari baterai) menjadi 3.3V dan 5V. Sistem ini berlebihan dan juga dapat memberikan daya ke mikrokontroler jika pengatur tegangannya gagal.

Langkah 22: Rancang Papan PCB

1) Catu daya untuk mikrokontroler

2) Peluncuran Mikrokontroler Texas Instruments F28069M C2000

3) Input digital dan analog dan penyaringan sinyal (3.1)

4) koneksi USB

5) Header pin perangkat eksternal

6) pengkondisian sinyal sensor suhu pt100

7) Catu daya untuk sensor dan perangkat eksternal

Langkah 23: Pesan Papan PCB

Setelah desain selesai, saatnya memesan PCB di web JLCPCB.com. Prosesnya sederhana, Anda hanya perlu pergi ke JLCPCB.com, tambahkan dimensi dan lapisan papan PCB Anda dan klik tombol QUOTE NOW.

JLCPCB juga menjadi sponsor proyek ini. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.), adalah perusahaan prototipe PCB terbesar di Cina dan produsen teknologi tinggi yang berspesialisasi dalam prototipe PCB cepat dan produksi PCB batch kecil. Anda dapat memesan minimal 5 PCB hanya dengan $2.

Anda perlu membuat file gerber dari proyek Anda dan memasukkannya ke dalam file ZIP. Dengan mengklik tombol “tambahkan file gerber Anda”, desain diunggah ke web. Dimensi dan fitur lainnya masih dapat diubah pada bagian ini.

Saat diunggah, JLCPCB akan memeriksa semuanya sudah benar dan menunjukkan visualisasi sebelumnya dari kedua sisi papan.

Setelah memastikan PCB terlihat bagus, sekarang kita dapat memesan dengan harga yang wajar dengan mengklik tombol "Simpan ke troli".