Маршрутный компьютер для электровелосипеда. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Дом, приусадебное хозяйство, хобби

 Комментарии к статье

Вниманию читателей предлагается маршрутный компьютер на микроконтроллере PIC16F876A с внешним датчиком тока, предназначенный для электровелосипеда. На своем дисплее он отображает как параметры движения, так и напряжение аккумуляторной батареи, потребляемые от нее ток, мощность и расход электроэнергии. Устройство выполнено на доступной элементной базе и несложно в повторении.

Для контроля режима работы электровелосипедов используют различные измерительные приборы. Электрические параметры измеряют анализаторами мощности [1, 2], параметры движения контролируют различными электронными велокомпьютерами [3] и даже механическими спидометрами [4]. Существуют даже специальные дисплеи для электровелосипедов [5], показывающие все необходимые параметры, но имеющие высокую стоимость.

Исходя из этого, я разработал маршрутный компьютер для электровелосипеда на микроконтроллере PIC16F876A с внешним датчиком тока.

Основные технические характеристики

• Скорость, км/ч.......0...99 (0,5)
• Средняя скорость, км/ч.......0...99 (0,1)
• Полный пробег, км.......0...9999,9 (0,1)
• Дневной пробег, км .......0...99,9 (0,1)
• Затраченная электроэнергия, Вт·ч .......0...99999 (1)
• Удельные затраты электроэнергии, Втч/км .......0...99999 (0,1) Заряженность аккумуляторной батареи, % .......0...100 (10)
• Напряжение аккумуляторной батареи, В.......25...75 (0,1)
• Ток нагрузки, А.......0...20 (0,1)
• Мощность нагрузки, Вт .......0...10465 (1)

В скобках указана дискретность отображения соответствующего параметра. Текущее время маршрутный компьютер показывает с дискретностью 1 мин.

Схема маршрутного компьютера показана на рис. 1. Микроконтроллер DD2 (PIC16F876A-I/P) работает от генератора, стабилизированного кварцевым резонатором ZQ2 частотой 8 МГц. Для программирования микроконтроллера предусмотрен разъем ХР1. Я подключал к нему программатор PICkit2. Программа микроконтроллера была разработана в графической среде Flowcode [6].

Рис. 1. Схема маршрутного компьютера (нажмите для увеличения)

Измерения напряжения и тока производят с помощью внутреннего 10-разрядного АЦП микроконтроллера. При измерении напряжения сигнал с делителя напряжения R5R9R12 поступает на аналоговый вход AN0 (RA0) микроконтроллера.

При измерении тока падение напряжения на датчике тока R_ш усиливает операционный усилитель ОРА241 (DA1). С выхода ОУ усиленный сигнал приходит на аналоговый вход AN1 (RA1) микроконтроллера. Коэффициент усиления устанавливают подстроечным резистором R13 в цепи обратной связи Оу Вместо ОРА241 может быть применен практически любой одинарный rail-to-rail ОУ в корпусе SO-8, например, ОРА340 или TS507. Мощность и расход электроэнергии программа вычисляет исходя из измеренных значений тока и напряжения.

В качестве выносного датчика тока использован стандартный измерительный шунт 75ШИСВ.2-0.5-15 с падением напряжения 75 мВ при токе 15 А. В качестве замены можно использовать любой стандартный шунт с сопротивлением 5...10 мОм или аналогичный самодельный [7].

Питается маршрутный компьютер от линейного стабилизатора напряжения, образованного регулирующим транзистором VT1 и микросхемой TL431ID (DA2). В цепи питания установлена цепь VD1R10C6C7, снижающая помехи, создаваемые работающим электродвигателем. Резисторы R16 и R17 обеспечивают равномерное распределение напряжения между конденсаторами C6 и C7. Максимальное допустимое входное напряжение (напряжение аккумуляторной батареи) зависит от допустимого напряжения коллектор-эмиттер транзистора VT1, его допустимой рассеиваемой мощности, качества теплоотвода и мощности, выделяющейся на резисторах R19-R22. При указанных на схеме элементах стабилизатора напряжение аккумуляторной батареи не должно превышать 75 В. Однако на индикатор прибор способен вывести значения до 102,3 В.

Маршрутный компьютер выполнен на односторонней печатной плате из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Чертеж печатных проводников платы и расположение элементов на ней приведены на рис. 2 и рис. 3. На рис. 4 показан его внешний вид.

Рис. 2. Чертеж печатных проводников платы

Рис. 3. Расположение элементов на плате

Рис. 4. Внешний вид маршрутного компьютера

С лицевой стороны платы установлены микроконтроллер PIC16F876A, кварцевый резонатор ZQ2, микросхема часов реального времени DS1307, подстроечные резисторы, транзистор VT1, разъем ХР1 (угловая штыревая колодка PLS-5R) и колодка PLS-14 для подключения индикатора HG1. В монтажные отверстия индикатора HG1 впаивают ответную часть разъема - гнездовую колодку PBS-14. Литиевый элемент питания G1 CR2032 напряжением 3 В установлен в держатель BH-642. Все остальные элементы монтируют со стороны печатных проводников.

Кварцевый резонатор ZQ1 (32768 Гц) цилиндрической формы впаивают в отверстия со стороны печатных проводников рядом с выводами 1 и 2 микросхемы DD1. Верхнюю часть его корпуса припаивают к соединенному с общим проводом участку фольги. Плату маршрутного компьютера крепят к плате ЖКИ на двух металлических стойках высотой 10...12 мм с помощью винтов М3.

Применены резисторы и конденсаторы типоразмера 120б для поверхностного монтажа. Конденсаторы С6 и С7 - оксидные танталовые для поверхностного монтажа в корпусе типоразмера Е. Заменить их можно другими конденсаторами такого же размера емкостью 6,8...22 мкФ на напряжение 35 В. Остальные конденсаторы - керамические типоразмера 1206 или 0805.

Заменой n-p-n транзистора BD139 в стабилизаторе напряжения может служить другой транзистор той же структуры в корпусе ТО-126 с допустимым напряжением коллектор-эмиттер более 80 В, например, BD179, MJE182 2N5192, BF469, КТ817Г. Под корпус транзистора подкладывают полоску тонкой листовой меди или алюминия площадью приблизительно 6 см², служащую теплоотводом. Транзистор крепят к плате винтом М3 с гайкой.

Для уменьшения погрешности измерения шунт R_ш, следует располагать как можно ближе к минусовому выводу аккумуляторной батареи. Все подклю чения к маршрутному компьютеру могут быть сделаны проводами небольшого сечения. Для подключения к маршрутному компьютеру геркона SF1 (датчика пути), шунта R_ш, и аккумуляторной батареи GB1 использован не показанный на схеме разъем РС7ТВ, установленный на корпусе маршрутного компьютера. Геркон взят от вышедшего из строя электронного велокомпьютера.

Индикация параметров в маршрутном компьютере выводится на четырехстрочный ЖКИ WH1604A с напряжением питания 5 В без подсветки. Ее отсутствие объясняется большим током, потребляемым подсветкой (220 мА), который привел бы к перегреву транзистора VT1.

На ЖКИ выводятся одновременно семь параметров: напряжение, ток, количество израсходованной электроэнергии, текущее время, скорость, общий пробег и удельные затраты электрической энергии с момента включения маршрутного компьютера (см. рис. 4).

Значение скорости выводится на экран с помощью псевдографики. Это позволило довести высоту цифры до двух строк, что значительно облегчило считывание скорости с экрана.

Управляют маршрутным компьютером с помощью кнопок SB1 "М" (установка минут), SB2 "Ч" (установка часов) и SB3 "Р" (режим индикации). При последовательных нажатиях на кнопку SB3 в правом нижнем углу экрана вместо удельных затрат электрической энергии (рис. 5,а) выводятся средняя скорость (рис. 5,б), дневной пробег (рис. 5,в), заряженность аккумуляторной батареи (рис. 5,г) или мощность, потребляемая электродвигателем (рис. 5,д).

Рис. 5. Индикация параметров в маршрутном компьютере

При удержании кнопки SB3 нажатой более 5 с программа входит в режим установки длины окружности колеса (рис. 5,е). При дальнейшем удержании этой кнопки происходит изменение длины окружности колеса шагами по 1 см в пределах от 201 до 215 см (колесо 26 дюймов). При первоначальном включении устройства длина окружности колеса установлена равной 210 см. Через 5 с после отпускания кнопки SB3 происходит выход из режима установки длины окружности колеса с записью установленного значения в EEPROM микроконтроллера.

При программировании микроконтроллера необходимо записать нули в первые пять ячеек EEPROM (рис. 6) для установки нулевого исходного значения пройденного расстояния. Если этого не сделать, пробег будет равен 1525,7 км.

Рис. 6. Программирование микроконтроллера

Пройденное расстояние программа сохраняет в EEPROM микроконтроллера через 3 с после остановки электровелосипеда. Для индикации момента записи в правом верхнем углу ЖКИ на 0,3 с появляется символ "звездочка". При выключении питания программа обнуляет значения удельных затрат электрической энергии, средней скорости и дневного пробега.

Для налаживания прибора вместо аккумуляторной батареи можно использовать лабораторный источник питания с выходным напряжением 25...50 В и допустимым током нагрузки не менее 5 А. В качестве эквивалента нагрузки можно применить мощный проволочный резистор сопротивлением 5...10 Ом.

Налаживают прибор в следующем порядке. Сначала калибруют его вольтметр. Для этого подают на прибор напряжение от аккумуляторной батареи или от лабораторного источника питания, контролируя его точным цифровым вольтметром. Изменением сопротивления подстроечного резистора R9 добиваются одинаковых показаний образцового вольтметра и налаживаемого прибора.

Затем калибруют измеритель тока. Последовательно с нагрузкой включают точный цифровой амперметр. Подав напряжение питания, изменением сопротивления подстроечного резистора R13 добиваются одинаковых показаний образцового амперметра и налаживаемого прибора.

При необходимости подборкой резистора R25 устанавливают оптимальную контрастность изображения на индикаторе.

Маршрутный компьютер может быть установлен в любой подходящий по размерам пластмассовый или металлический корпус.

Файл печатной платы маршрутного компьютера в формате Sprint Layout 5.0 и программа микроконтроллера: ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/05/tripcomp.zip.

Литература

1. Ваттметр и анализатор мощности Turnigy 130A. - URL: hobbyking. com/hobbyking/store/uploads/ 242601761X977727X9.pdf.
2. Ваттметр / анализатор мощности для электровелосипеда в "ВольтБайкс". - URL: bikes-n-parts.ru/kupit/voltbikes. ru/vattmetr_analizator_moshchnosti_ dlia_elektrovelosipeda.
3. Велокомпьютеры. - URL:  sportmaster.ru/catalog/velosport/ aksessuary/velokompyutery.
4. Спидометр для велосипеда механический. - URL: 32spokes.ru/ blog/test-drive/2543.html.
5. Дисплеи XOFO для электровелосипедов. - URL: li-force.ru/catalog/lcd_led_display_ xofo.html.
6. Сайт русскоязычной поддержки программы Flowcode. - URL: flowcode. info.
7. Нефедьев А. Ваттметр-счетчик электроэнергии для электровелосипеда. - Радио, 2015, № 9, с. 44, 45.

Автор: А. Нефедьев

Смотрите другие статьи раздела Дом, приусадебное хозяйство, хобби.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Жесткие паруса из стали и композитного стекла 03.09.2023 Компания Cargill ведет опытное внедрение системы жестких парусов WindWings, созданных из стали и композитного стекла, на борту судна Pyxis Ocean. Судно Pyxis Ocean, построенное на верфи Mitsubishi Corporation и арендованное компанией Cargill, стало первым экспериментальным объектом для внедрения системы WindWings – двух жестких парусов высотой до 37,5 метра. Эти паруса, созданные норвежской фирмой Yara Marine Technologies, представляют собой инновационное решение, способное позволить судам различных типов, таким как балкеры и танкеры, сократить расход топлива на 30% благодаря использованию ветровой энергии и оптимизации маршрутов плавания. Кроме того, применение данной технологии позволит уменьшить выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, исходящие от грузовых судов, как минимум на 30%. В перспективе, вертикальные жесткие паруса высотой до 45 метров могут быть установлены на грузовые суда. Установка парусной системы на Pyxis Ocean была выполнена на китайской верфи COSCO. Компании BAR Technologies и Yara Marine Technologies объединили усилия для создания сотен таких жестких парусов в течение четырех лет. Также идет активная разработка новых дизайнов с улучшенной гидродинамической формой, которые позволят дальше продвинуть эффективность и устойчивость этой инновационной технологии в морских условиях.

Другие интересные новости:

▪ Электрогенератор в контактных линзах

▪ Скоростная зарядная станция 300 кВт

▪ Строительство в космосе

▪ Глобальное потепление сместило земную ось

▪ Грузовик для перевозки антиматерии

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Конспекты лекций, шпаргалки. Подборка статей

▪ статья Начинать с азов. Крылатое выражение

▪ статья Сколько предсказаний Жюля Верна были реализованы? Подробный ответ

▪ статья Гагея желтая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Постановщик радиопомех. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Тайские пословицы и поговорки. Большая подборка

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026