Úvod
V poslednom čase sme svedkami rozvoja aplikácie elektrických pohonov v oblasti automobilového priemyslu, ale aj menších dopravných zariadení ako sú bicykle a kolobežky.V súčasnosti je neodmysliteľnou súčasťou všetkých dopravných zariadení palubný počítač, ktorý nás informuje o aktuálnej rýchlosti stavu paliva a mnoho ďalších veličín. Táto práca sa zaoberá návrhom hardvérovej a softvérovej časti palubného počítača na pre kolobežku, ktorý zobrazuje aktuálnu hodnotu napätia napájacej batérie, prúdu, výkonu, rýchlosti kolobežky, prejdenej dráhy a zostávajúceho dojazdu. Ako hlavná riadiaca jednotka je použitý mikrokontrolér MC 56F8013 od firmy Freescale, ktorý obsahuje všetky potrebné súčasti na realizáciu daného zariadenia a je komfortne programovateľný v jazyku C, v ktorom pracuje program CodeWarrior a taktiež sa dajú jednoducho zobrazovať priebehy meraných veličín pomocou programu FreeMaster komunikujúcim s daným mikrokontrolérom.
Funkcie palubného počítača
Meranie napätia
Na meranie je použitý analógovo-digitálny prevodník, ktorý je súčasťou mikrokontroléra používaného v danej aplikácii. Keďže maximálne vstupné napätie do tohto prevodníka je + 3,3 V a merané napätie batérií má 36 V, pri plnom nabití aj viac, je potrebné pre meranie použiť napäťový delič. Principiálna schéma je na obr. 2.1.1.
Obr. 2.1.1 Principiálna schéma pre meranie napätia
Meranie prúdu
Meranie prúdu je uskutočnené pomocou odporu veľmi malej hodnoty a veľkého výkonu zapojenom do spoločnej zeme, na ktorom sa meria úbytok napätia a v programe sa prepočítava na jemu prislúchajúcu hodnotu prúdu podľa Ohmovho zákona. Keďže jeho hodnota je malá musí sa pre vstup do analógovo-digitálneho prevodníka zosilniť pomocou operačného zosilňovača zapojeného v neinvertujúcom režime. Principiálna schéma pre meranie je na obr. 2.2.1.
Obr. 2.2.1 Principiálna schéma pre meranie prúdu
Meranie výkonu
Výkon sa vypočítava pomocou mikrokontroléra na základe meraného napätia a prúdu a následne vyzobrazuje na displeji.
Meranie rýchlosti a prejdenej dráhy
Meranie rýchlosti je prevedené pomocou magnetického čidla, čo je vlastne mikrospínač v puzdre, ktorý sa zopne keď sa k nemu priloží permanentný magnet. A zapojenie pre meranie rýchlosti je znázornené v principiálnej schéme na obr. 2.4.1.
Obr. 2.4.1 Principiálna schéma pre meranie rýchlosti kolobežky
Pomocou čidla sa vytvárajú impulzy. Na vstupe mikrokontroléra je logická úroveň jedna, čo predstavuje +3,3 V, ak sa PM nenachádza v blízkosti spínača a teda nie je zopnutý. Naopak na vstupe je logická nula ak je PM pri spínači a napätie +3,3 V je uzemnené. Priebeh impulzov je na obr. 2.4.2.
Obr. 2.4.2 Priebeh vstupných impulzov do mikrokontroléra
Pomocou mikrokontroléra sa vypočítava čas trvania impulzu t1 počas jednej otáčky kolesa.Čas t2 je zanedbaný, pretože je veľmi malý. Pomocou známeho obvodu kolesa o sa potom určuje rýchlosť ako:
Vzorec 2.4.1
Meranie prejdenej dráhy je uskutočnené tak, že po každej otáčke kolesa sa inkrementuje jej hodnota o daný obvod kolesa.
Meranie dojazdu
Meranie dojazdu kolobežky sa robí na základe spotrebovanej elektrickej energie počas jazdy, ktorá sa odpočítava od plnej enegie batérie a dá sa vypočítať podľa vzťahu:
Vzorec 2.5.1
a v diskrétnom režime pre mikrokontrolér:
Vzorec 2.5.2
A potom zostávajúca energia sa vypočítava ako:
Vzorec 2.5.3
V ďalšom kroku je potrebné poznať strednú rýchlosť a stredný výkon, ktorý sa v programe vypočítava vždy z určitého počtu posledne získaných vzoriek vzoriek:
Vzorec 2.5.4
Zo zostávajúcej energie batérie sa dá potom vypočítať zostávajúci čas dojazdu ako:
Vzorec 2.5.5
a zostávajúca dráha:
Vzorec 2.5.6
Fotodokumentácia
Obr. 3.1 Pohľad na dosku plošného spoja spredu
Obr. 3.2 Pohľad na dosku plošného spoja zozadu
Obr. 3.3 Palubný počítač osadený v skrinke
Schéma zapojenia
Záver
Palubný počítač bol prakticky realizovaný, aplikovaný na kolobežku a obsahuje všetky funkcie spomenuté v danom článku. Jeho využitie je možné pre všetky kolobežky aj bicykle poháňané elektrickým pohonom. V budúcnosti je možné rozšírenie o ďalšie funkcie.
Poďakovanie
Tento príspevok vznikol za podpory Katedry výkonových elektrotechnických systémov Žilinskej univerzity v Žiline v rámci Freescale Technology Day 2010. Zvláštne poďakovanie patrí Ing. Pavlovi Makyšovi, PhD a Ing. Vladimírovi Vavrúšovi, PhD za cenné rady a informácie.
Zoznam literatúry
- MOTOROLA: DSP_Quick_Start Users Manual, Targeting Motorola
- http://www.freescale.com/files/dsp/doc/data_sheet/MC56F8013.pdf
- http://www.lcd-module.de/eng/pdf/doma/dog-me.pdf
Odkazy
- Domovská stránka Freescale Semiconductor, Inc - http://www.freescale.cz
- Domovská stránka Freescale Technology Day v Žilině - http://www.ftd.uniza.sk/FTD/
- Domovská stránka Katedry výkonových elektronických systémů (KVES) Žilina - http://www.kves.uniza.sk
- Domovská stránka Žilinské univerzity - http://www.uniza.sk
- Domovská stránka Československé sekce IEEE - http://www.ieee.cz/
- Domovská stránka IEEE Industry Applications Society - http://ewh.ieee.org/soc/ias/
- Domovská stránka IEEE Industrial Electronics Society - http://ieee-ies.org/
Komentáře
Kvalita provedeni
To si nejsem jisty, jestli tento prispevek nema byt spise publikovan 1.4. - na aprila. S kolegy jsme se tomu skutecne hodne nasmali. Jestli tohle je prace vysokoskolaka, tak nemam obavu, ze by mne v praci nahradil "mladsi kolega" takoveho kalibru.
Doufam, ze tato konstrukce necharakterizuje kvalitu zminovane vysoke skoly. Byt vedenim katedry, distancuji se...
A co presne Vas tak
A co presne Vas tak pobavilo? Soucastky na spodni strane vyvojoveho vzorku?
Konkretne a presne nas
Konkretne a presne nas pobavil obrazek 3.2. Vam to provedeni prijde normalni - i pro vyvojovou verzi ? Mne osobne - a nejsem sam - neprijde. Udelal bych soutez v ramci HW.CZ, kdo tam najde co nejvice nesmyslu. A nebo nejvetsi "fajnovost". Ja volim "tavnou pojistku" - to je ten 15milovy silovy spoj vedouci dolu od leve nohy civky.
Ale to jsem mozna prilis velky rypal, ze. Vzdyt ono to funguje...
Ano, pro vyvojovou verzi mi
Ano, pro vyvojovou verzi mi to prijde zcela normalni.
Ach jo
Jo je to bastl, ale pamatuji ze v mladi mi takovyto bastl vetsinou fungoval az do te doby nez jsem to predelal na krasu a profesionalitu (vetsinou barevne hudby).
Jo je to vysokoskolska prace ale berte ze dnes uz je jina generace. Dnes uz bastliri od 12ti let nerostou. Souteze v pajeni je neznamy pojem,...
Ja hodnotim: "Prokazal inzenyrske mysleni!".
Mimo jine,"profici", ukazte svoje prace z mladi! Pro porovnani. Kritizovat a sprznit je desne jednodcuhe. Pojdte s kuzi na trh jako tento studak.
A jeste pohled managera: Vzdy mi je prijemnesi zamestnanec co si ce nevi a neumi ale ma strasnou chut se ucit nez namistrovany profik.
vývojové vzorky
Vývojový vzorek je od toho aby se na něm vyvíjelo. Neznám jediného vývojáře, který by měl svou každou konstrukci hned napoprvé bezchybnou a správně fungující. Pokud si myslíte, že kvůli každé úpravě je nutné posílat do výroby novou verzi desky, zřejmě by bylo vhodné promluvit si se zaměstnavatelem, pochybuji že tuto myšlenku sdílí...
No neviem, ked by to mal byt
No neviem, ked by to mal byt vyvojovy vzor, tak to by malo byt aspon trochu spolahlive - tzn. zapajkovane suciastky hlava-nehlava su OK, ale tenke spoje, opalena izolacia na drotoch, to teda nie. Ked vzor nefunguje, tazko sa potom hlada dovod, ci je to zapojenim, nevhodnymi hodnotami suciastok, alebo skratom drotikov, tenkymi cestickami na DPS... Toto je velmi amaterska praca i na uplneho amatera, vysledok byva zvycajne sklamanie z nefunkcneho zapojenia a nezistitelnost dovodu nefunkcnosti.
treba používať kvalitné
treba používať kvalitné drôtiky na bastlenie a vyhneme sa skratom.
napríklad tento:TAV, TAVF Teplotně a chemicky odolné
teflonové propojovací vodiče
KONSTRUKCE:
Jádro:měděné plné postříbřené
Izolace:fluoroplast FEP
tavf - opletení Cu pocínovanými dráty
PROVOZNÍ NAPĚTÍ:300 V
ZKUŠEBNÍ NAPĚTÍ:1,5 kV
TEPLOTY POUŽITÍ:-60 C až +200 C
A bastlenie hneď vyzerá lepšie a vzhľadom na odolnosť izolácie je aj menej skratov. :)
Pravda je, ze provedeni neni
Pravda je, ze provedeni neni zrovna "automotive" a ze ve schematu jsou chybky. Nicmene pokud to autor nakonec rozchodil (jako ze nejspis jo) prokazal, ze neco umi. Princip ma, ted jeste osetrit vstupy, mrkout trochu na EMC, opravit chybky ve schematu... predpokladam, ze to nebyla diplomka, ale nejake semestralka. Vypada to, ze sam vyrobil dps coz uz dneska taky malokdo dela/umi. Znam vyrazne horsi pripady.
Hmm, dle schematu a zapojeni
Hmm, dle schematu a zapojeni na PCB, to nemuze fungovat. Aneb nevim jak neco muze zobrat displej, kdyz uC v dispu je drzeny celou dobu v resetu :(
ad 1. Obrazky 2.1.1 a
ad 1. Obrazky 2.1.1 a obr.2.2.1 su nejako podozrivo rovnake :-)
ad 2. Obrazok 3.2 by som radsej nepublikoval ( zhorsuje to dojem celeho projektu ).
Chyba
Omlouvam se, ta blokova schemata jsem prohodil pri nahravani na server - opraveno.
Ten bastl ale k vyvoji patri. Najit to v hotovem vyrobku, asi bych se desil (i kdyz kde jakemu cinanovi je to fuk), ale na vyvojovem vzorku je to namiste :)
Ehm, neošetřené vstupy z
Ehm, neošetřené vstupy z čidla otáček, neošetřený vstup OZ pro měření proudu, frekvenční kompenzace OZ jaksi chybí, pokud bude v kolobrndě komutátorový motor bude to jistě velmi zajímavě měřit.
...využitie je možné pre všetky kolobežky aj bicykle poháňané elektrickým pohonom. To těžko. Jak to bude vypadat s měřením jestliže bude pohon řešen BDLC motorem?
Popletené termíny výkon a příkon, copak je to "plná energie batérie" ? :) a kde se bere? :))
Vidím to jako bastl na úrovni žáka třetího ročníku sš elektro. Vysokoškolák se nemá rozhodně s čím chlubit.
muzu se zeptat jaky bude
muzu se zeptat jaky bude problem s merenim, jestlize motor bude BLDC?
Pěkný článek a co se
Pěkný článek a co se konstrukce týče, nemá význam něco vytýkat. Jelikož jde o školní prototyp jednoho kusu od studenta... hodnotím to kladně. Kolikrát i mé výrobky, které se dělají v tisících, vypadají v první verzi mnohem hůře.
nebyla by fotka zapnuteho a
nebyla by fotka zapnuteho a funkcniho pristroje na nejake te kolobezce? at vime ze to opravdu funguje :D
Vývojová konštrukcia
Čítam komentáre a navychádzam z údivu. Pri prvom pohľade na dosku vidím, že je to pomerne slušne navrhnutý plošný spoj pre obojstrannú montáž, z ktorého autor použil iba jednu stranu, To je pri vývojovej konštrukcii, kde na strane B je iba niekoľko prepojov logické. Kto má len trochu konštruktérske cítenie, musí vidieť, že všetko úsilie smerovalo k oživeniu zariadenia (470uF/50V). Ak v konečnom dôsledku fungovalo, tak je to v poriadku. V sériovej výrobe určite bude obojstranný plošák a SMD súčiastky.
A k tomu tenkému vodiču. Aky prúd asi bude tiecť v zapojení CMOS + LCD. Videl som konštrukciu od renomovanej firmy, ktorá v zdroji 24V/5A, poistkové púzdro 5A poistky zapájkovala do 3mm plôšky na konci 2mm/5cm čiary - cín vytiekol.
Aby som len nechválil, dlhý hnedý vidič dolu vedľa MC by som viedol vodorovne vedľa dvoch krátkych. Uvoľnila by sa mi čiara na plošáku a vyriešil by som tým prepoj zeme - krátky zelený vpravo.
Programovani FLASH DSP?
Chybi mi informace, jakym zpusobem se FLASH v tomto exotickem DSP programuje. V datasheetu jsem ji nenasel.
Jak je tedy tezke tento obvod naprogramovat? Je poteba specialni programator? Lze DSP programovat v aplikaci? A jaka je podpora vyvojovych nastroju (je k dispozici nejaka free verze prekladace)?
JTAG/EOnCE
Mikroprocesor ma vyvedene rozhrani JTAG/EOnCE, pres ktere lze programovat. Vyvojove prostredi CodeWarrior Special edition je k dispozici zdarma a obsahue tez "lite" verzi kompilatoru(pripadne lze poridit s vyvojovou desku http://hwobchod.eu/default.asp?cls=stoitem&stiid=36852)