Système d'acquisition et de visualisation de données pour un vélo de course électrique MotoStudent : 23 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Un système d'acquisition de données est un ensemble de matériel et de logiciels fonctionnant ensemble afin de collecter des données provenant de capteurs externes, de les stocker et de les traiter ensuite afin qu'elles puissent être visualisées graphiquement et analysées, permettant aux ingénieurs d'effectuer les ajustements nécessaires pour obtenir les meilleures performances. du véhicule ou de l'appareil.

Le système d'acquisition de données fonctionne avec un système de visualisation de données qui permet au pilote de voir les données pertinentes en temps réel pour la conduite. Il se compose d'un écran IHM qui communique avec le système d'acquisition de données afin d'en récupérer et d'afficher les données.

Ce système communique avec l'ECU (Engine Control Unit) de la moto et en reçoit des informations internes et des variables du moteur via le bus CAN. Il utilise une clé USB pour le stockage des données reçues ainsi que les données récupérées des capteurs connectés au système d'acquisition de données.

Fournitures

Microcontrôleur Texas Instruments F28069M C2000

Rampe de lancement

Écran Nextion amélioré 5.0''

PC avec logiciel Matlab

GPS GY-GPS6MV2

Capteur de suspension AIM

Accéléromètre VMA204

Clavier

USB

Capteur inductif IME18-08BPSZC0S

Régulateur de tension LMR23615DRRR

Régulateur de tension LM25085AMY/NOPB

Régulateur de tension MAX16903SAUE50 x2

Capteur de température pt100

5-103669-9 connecteur x1

5-103639-3 connecteur x1

5-103669-1 connecteur x1

LEDCHIP-LED0603 x2

FDD5614P Mosfet

Interrupteur d'alimentation TPS2051BDBVR

Adaptateur MicroUSB_AB

Diode SBRD10200TR

Résistance 1K Ohm x5

Résistance 10K Ohm

Résistance 100 Ohm x1

Résistance 100k Ohm x7

Résistance 51K Ohm

Résistance 22, 1 K Ohm x2

Résistance 6 Kohm x2

Résistance 6K8 Ohm x2

Résistance 2.55K Ohm

Résistance 38,3K Ohm x1

Résistance 390 Ohm x1

Résistance 20K Ohm x2

résistance 33K Ohm x2

Condensateur 15 uF x5

Condensateur 10 uF x3

Condensateur 4.7uF x4

Condensateur 47uF x2

Condensateur 68uF

Condensateur 0.1uF x1

Condensateur 1nF x1

Condensateur 100nf x1

Condensateur 470nF x1

Condensateur 2.2uF x2

Condensateur 220 uf x1

Condensateur 100uF x1

Inducteur 22uH x1

Inducteur 4.5uH x1

Inducteur 4.7uH x1

Inducteur 3.3uHx1

Amplificateur Instrumental AD620

En-tête à 2 broches x3

En-tête 4 broches x6

En-tête 5 broches x3

Étape 1: Microcontrôleur Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Ce microcontrôleur est intégré dans une carte de développement dont les caractéristiques le rendent adapté au développement d'applications telles que le système d'acquisition de données et l'ECU:

- Interface de débogage et de programmation USB

- Interface bus CAN avec émetteur-récepteur intégré

- 14 broches ADC (convertisseurs analogiques-numériques)

- 34 broches GPIO (entrée/sortie à usage général)

- 2 canaux de communication à protocole série (SCI)

- 2 canaux de communication du protocole I2C

- Programmation avec le logiciel gratuit Code Composer Studio

Il gère les capteurs externes, le GPS, le stockage des données dans l'USB, la communication avec le calculateur et la communication avec l'écran du tableau de bord.

Étape 2: PC avec le logiciel Matlab

Le logiciel Matlab est utilisé pour traiter et analyser les données stockées dans la clé USB. La position et la trajectoire du vélo peuvent être visualisées avec la valeur des capteurs, simultanément, comme on peut le voir sur la photo.

Étape 3: Écran Nextion Enhanced 5.0''

Il est utilisé pour montrer les informations les plus pertinentes au pilote, ainsi que l'état des systèmes du vélo. Il reçoit les données du microcontrôleur F28069M C2000 via une communication série.

Étape 4: GPS GY-GPS6MV2

Le GPS obtient la position instantanée du vélo, afin que sa trajectoire puisse être ensuite tracée dans le logiciel Matlab avec les valeurs des autres capteurs. Il envoie les données GPS au microcontrôleur F28069M C2000 via une communication série.

Étape 5: Capteur de suspension AIM

Installé sur les suspensions avant et arrière, le déplacement de la suspension du vélo peut être mesuré.

Étape 6: Accéléromètre VMA204

Il est utilisé pour mesurer l'accélération et les forces supportées par le vélo dans les axes x, y et z. Il envoie les données d'accélération au microcontrôleur F28069M C2000 via la communication de bus I2C.

Étape 7: Clavier

Le clavier permet de sélectionner le mode de conduite (ECO, Sport), de configurer l'écran du pilote et de contrôler les temps d'acquisition des données.

Étape 8: USB

Il stocke les données des capteurs, du GPS et de l'ECU.

Étape 9: Capteur inductif IME18-08BPSZC0S

Il est utilisé pour compter les impulsions d'une partie magnétique de la roue. Plus la vitesse est élevée, plus les roues tourneront et plus le capteur inductif comptera d'impulsions. C'est ainsi que fonctionne la mesure de la vitesse.

Le schéma de connexion est montré sur l'image.

Étape 10: Capteur de température Pt100

Les capteurs pt100 sont un type spécifique de détecteurs de température. Il fait varier sa résistance en fonction de la température. La caractéristique la plus importante est qu'il est composé de platine et a une résistance électrique de 100 Ohm à 0ºC.

Étape 11: Régulateurs de tension

Le système a besoin de 4 régulateurs de tension différents afin d'obtenir les niveaux de tension nécessaires au microcontrôleur et aux capteurs:

LMR23615DRRR

Il est capable de passer d'une alimentation à large plage de tension à une tension de sortie fixe. Pour cette application, nous en avons besoin pour fournir 3,3 V au microcontrôleur Texas Instruments F28069M C2000.

LM25085AMY/NOPB

Il est capable de passer d'une alimentation à large plage de tension à une tension de sortie fixe. Pour cette application, nous en avons besoin pour fournir 5 V au microcontrôleur Texas Instruments F28069M C2000.

MAX16903SAUE50

Il est capable de passer d'une alimentation à large plage de tension à une tension de sortie fixe. Pour cette application, nous en avons besoin de 2:

Un pour fournir 5 V aux capteurs externes qui nécessitent une telle tension.

L'autre pour fournir 3,3 V aux capteurs externes qui nécessitent une telle tension.

Étape 12: Mosfet FDD5614P

Un mosfet est un dispositif semi-conducteur similaire à un transistor utilisé pour commuter des signaux.

Étape 13: Interrupteur d'alimentation TPS2051BDBVR

Ce composant est utilisé pour éviter les courts-circuits. Lorsque la charge de sortie dépasse le seuil de limite de courant ou qu'un court-circuit est présent, l'appareil limite le courant de sortie à un niveau sûr en passant en mode courant constant. Si la surcharge ne s'arrête pas, elle coupe la tension d'alimentation.

Étape 14: LED et diodes

Les LED sont utilisées pour visualiser si le système est alimenté ou non. Ils maintiennent également le courant dans un seul sens, évitant ainsi une mauvaise polarisation du circuit.

Les diodes fonctionnent comme une LED mais sans la lumière; ils maintiennent le courant dans un seul sens, évitant une mauvaise polarisation du circuit.

Étape 15: Connecteurs, en-têtes de broches et adaptateurs

La carte PDB nécessite un certain nombre de connecteurs, d'en-têtes de broches et d'adaptateurs de caractéristiques différentes afin de fonctionner et de s'intégrer aux différents périphériques. Les unités utilisées sont les suivantes:

5-103639-3

5-103669-9

5-103669-1

MicroUSB_AB

Étape 16: Résistances, condensateurs, inductances

Les bases de tout circuit électronique

Étape 17: Conception schématique de la carte: Connecteurs externes pour l'alimentation et la communication CAN

Étape 18: Conception schématique de la carte: Microcontrôleur Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

Avec:

- Connexion du capteur, via des en-têtes de broches de différentes tailles pour les entrées analogiques et numériques

- Conditionnement du signal pour les capteurs:

o Filtres passe-bas pour empêcher les interférences électromagnétiques de perturber les signaux. La fréquence de coupure est de 15 Hz.

o Pont de Wheatstone et un amplificateur instrumental pour que le capteur de température pt100 fonctionne correctement

- Broches de communication pour appareils externes:

o SCI pour l'écran et le GPS

o I2C pour l'accéléromètre

Étape 19: Conception schématique de la carte: alimentation électrique du microcontrôleur

Via des régulateurs de tension, qui convertissent 24V (basse tension provenant de la batterie) en 3,3V (LMR23615DRRR) et 5V (LM25085AMY/NOPB)

Étape 20: Conception schématique de la carte: Connexion USB

Étape 21: Conception schématique de la carte: alimentation électrique des capteurs et des périphériques externes

Via les régulateurs de tension (MAX16903SAUE50), qui

convertir 24V (basse tension provenant de la batterie) en 3,3V et 5V. Le système est redondant et peut également alimenter le microcontrôleur en cas de panne de son régulateur de tension.

Étape 22: Concevoir la carte PCB

1) Alimentation du microcontrôleur

2) Microcontrôleur Texas Instruments F28069M C2000 Launchpad

3) Entrées numériques et analogiques et filtrage des signaux (3.1)

4) connexion USB

5) En-têtes de broches de périphériques externes

6) conditionnement du signal du capteur de température pt100

7) Alimentation des capteurs et appareils externes

Étape 23: Commandez la carte PCB

Une fois la conception terminée, il est temps de commander le PCB sur le site Web JLCPCB.com. Le processus est simple, car il vous suffit d'aller sur JLCPCB.com, d'ajouter les dimensions et les couches de votre carte PCB et de cliquer sur le bouton QUOTE NOW.

JLCPCB est également sponsor de ce projet. JLCPCB (ShenzhenJLC Electronics Co., Ltd.), est la plus grande entreprise de prototypes de PCB en Chine et un fabricant de haute technologie spécialisé dans la production de prototypes rapides de PCB et de petits lots de PCB. Vous pouvez commander un minimum de 5 PCB pour seulement 2 $.

Vous devez générer les fichiers gerber de votre projet et les mettre dans un fichier ZIP. En cliquant sur le bouton « ajouter votre fichier gerber », le design est téléchargé sur le Web. Les dimensions et autres caractéristiques peuvent encore être modifiées sur cette section.

Une fois téléchargé, JLCPCB vérifiera que tout est correct et affichera une visualisation précédente des deux côtés du tableau.

Après s'être assuré que le PCB a l'air bien, nous pouvons maintenant passer la commande à un prix raisonnable en cliquant sur le bouton « Enregistrer dans le panier ».