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:

Гренландские акулы - рекордсмены долголетия среди позвоночных 27.06.2026

В мире живых существ продолжительность жизни варьируется от нескольких дней у некоторых насекомых до нескольких десятилетий у крупных млекопитающих. Однако среди морских обитателей есть настоящие долгожители, чей возраст поражает воображение. Гренландские акулы, населяющие холодные воды Северной Атлантики и Арктики, по праву считаются самыми долговечными позвоночными на планете, и современные научные методы позволили точно оценить масштаб их жизненного пути. Эти крупные хищники растут крайне медленно - всего на несколько сантиметров за несколько лет, достигая в итоге более пяти метров в длину. Долгое время определить точный возраст гренландских акул было практически невозможно, поскольку у них отсутствуют традиционные маркеры, такие как годовые кольца на костях или чешуе. Предположения о выдающемся долголетии существовали давно, но требовали надежного подтверждения. Прорыв наступил в 2016 году, когда международная группа ученых применила радиоуглеродный анализ к хрусталикам глаз ...>>

Субнанометровая революция от IBM 27.06.2026

В мире полупроводников непрерывная гонка за уменьшением размеров транзисторов давно уперлась в фундаментальные физические ограничения. Квантовые эффекты и атомарные масштабы делают дальнейшее традиционное масштабирование крайне сложным. Тем не менее компания IBM представила инновационную архитектуру, которая позволяет добиться производительности, сопоставимой с элементами менее 1 нанометра, открывая новые горизонты для искусственного интеллекта и высокопроизводительных вычислений. В IBM заявили, что их новая архитектура микросхем способна разместить почти 100 миллиардов транзисторов на одном чипе. Это обеспечивает значительный прирост вычислительной мощности и энергоэффективности. Директор IBM Research и научный сотрудник Джей Гамбетта описал технологию как первую в мире с эффективным размером элементов менее 1 нм, ориентированную прежде всего на дата-центры, работающие с задачами искусственного интеллекта. По словам Гамбетты, представленное решение знаменует будущее, в котором п ...>>

Небольшой белковый ужин полезнее, чем голод 26.06.2026

Многие годы диетологи строго предупреждали о вреде еды перед сном, рекомендуя завершать ужин за несколько часов до отхода ко сну. Считалось, что ночные перекусы нарушают метаболизм, способствуют набору веса и ухудшают качество отдыха. Однако современные научные исследования постепенно меняют это устоявшееся мнение, показывая, что умеренное питание вечером может принести организму реальную пользу при правильном выборе продуктов. Британские ученые провели исследование, которое продемонстрировало негативные последствия засыпания на голодный желудок. Ощущение голода перед сном провоцирует активный выброс кортизола - гормона стресса. Это не только ухудшает засыпание и глубину сна, но и заставляет организм в защитной реакции запасать жир на будущее, что может препятствовать достижению желаемой формы. Вместо строгого отказа от пищи вечером специалисты рекомендуют небольшой белковый перекус за 30-60 минут до сна. Оптимальная порция составляет около 30 граммов белка. Такие продукты, как к ...>>

Случайная новость из Архива Синестезии можно научить 06.12.2014 Синестезия - один из самых необычных психоневрологических феноменов, когда не совпадают род раздражителя и тип ощущений, которые человек испытывает. То есть стимул относится к одним органам чувств, а ощущения - к другим. Так, цветографемная синестезия означает, что человек видит или чувствует изображение букв или цифр в цвете. Музыкально-цветовая - если музыка воспринимается в виде закономерно и непроизвольно проявляющихся цветовых пятен, полос, волн. Механизм ее не вполне ясен. Например, несколько лет назад нейробиологи из Оксфорда (Великобритания) высказали предположение, что в синестетических ощущениях виноваты особые сверхвозбудимые нейроны, обладающие более низким порогом возбуждения, и которые могут устанавливать контакты с нейронами из разных сенсорных анализаторов. Вот такие нейроны, которым в буквальном смысле до всего есть дело, перебрасывают стимулы к чужим анализаторам. С другой стороны, известно, что ассоциации между цветом и символом при цветографемной синестезии отличаются постоянством во времени и повторяются у разных людей, что говорит о том, что ассоциации эти могли сформироваться под влиянием детских впечатлений. Логично было бы предположить, что синестеты обязаны своей особенностью собственным генам, управляющим развитием мозга и нервных цепочек в нем; что же до конкретных ассоциаций, то они как раз могут произрастать из личного опыта. Однако результаты психологов из Университета Сассекса (Великобритания) говорят о том, что синестезии можно научить даже того, у кого ее сроду не было. Дэниэл Бор (Daniel Bor) и его коллеги обучали несколько взрослых людей по специальной программе, предназначенной для "связывания" букв с тем или иным цветом; всего таких ассоциаций предполагалось тринадцать. То есть, глядя на какую-то букву, участнику эксперимента в конце концов должен был приходить на ум ее цвет. Но это не должна была быть просто ассоциация "от ума", человек действительно должен был чувствовать букву цветной, даже если она была изображена черно-белой. (Подчеркнем, что речь не идет о галлюцинациях, то есть человек отдает себе отчет, что на самом деле буква черно-белая.) В статье в Scientific Reports авторы пишут, что все таки и было: обученные цветографемной синестезии добровольцы начали чувствовать цветную природу букв, причем не только в лаборатории, но и в обычной жизни. (Бывало и так, что буквы приобретали личностные характеристики, то есть, например, "X" делалась скучной, "W" - спокойной, и т. д.) Кроме того, психологи отметили любопытный побочный эффект: у обученных синестезии повышался IQ, примерно на 12 пунктов. Напомним, что участники эксперимента до него никаких синестетических способностей не проявляли. Безусловно, отсюда не следует, что синестезия никак не зависит от генов, однако влияния генетических факторов и факторов среды в таком случае выглядят сложнее, чем можно было бы подумать. Например, гены могут лишь создавать предпосылки для синестетических способностей, но они будут находиться в неявном, спящем виде, пока среда не пробудит их, не вытащит их наружу. Подобные эксперименты должны помочь нам узнать больше не только о самой синестезии, но и об общих механизмах восприятия, психологических и нейрофизиологических. Что же до "любопытного побочного эффекта", связанного с повышением IQ, то, возможно, здесь все дело в расширении спектра ассоциаций, случившемся после тренинга. Впрочем, произошло ли это именно из-за пробудившихся синестетических способностей, или же причиной тому были сами по себе умственные усилия, которые пришлось прилагать добровольцам во время опыта, исследователям еще предстоит выяснить.

Другие интересные новости:

▪ Процессоры Intel Core M для гибридных мобильных компьютеров

▪ Профессии исчезающие и перспективные

▪ Надувные перчатки

▪ Гены и любовь к кофе

▪ Накопители Intel SSD 660p на основе QLC 3D NAND

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Справочные материалы. Подборка статей

▪ статья Радиоуправляемая пилотажная модель. Советы моделисту

▪ статья Что означает популярный смайлик с закрытыми глазами и голубым пузырьком около рта? Подробный ответ

▪ статья Государственное управление охраной труда

▪ статья Эжекторная электростанция. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья УКВ ЧМ приемник на микросхеме КХА060. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026