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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Computador de bordo para bicicleta elétrica. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Casa, casa, passatempo Apresentamos aos nossos leitores um computador de bordo baseado em um microcontrolador PIC16F876A com sensor de corrente externo, projetado para uma bicicleta elétrica. Em seu display exibe os parâmetros de condução e a tensão, corrente, potência e consumo de energia da bateria consumida. O dispositivo é feito sobre uma base de elemento acessível e é fácil de replicar. Para monitorar o modo de operação das bicicletas elétricas, são utilizados diversos instrumentos de medição. Os parâmetros elétricos são medidos por analisadores de potência [1, 2], os parâmetros de movimento são monitorados por vários computadores de ciclismo eletrônicos [3] e até mesmo velocímetros mecânicos [4]. Existem até displays especiais para bicicletas elétricas [5], mostrando todos os parâmetros necessários, mas com custo elevado. Com base nisso, desenvolvi um computador de bordo para uma bicicleta elétrica em um microcontrolador PIC16F876A com sensor de corrente externo. Principais características técnicas
A resolução de exibição do parâmetro correspondente é indicada entre parênteses. O computador de bordo exibe a hora atual em incrementos de 1 minuto. O diagrama do computador de bordo é mostrado na Fig. 1. O microcontrolador DD2 (PIC16F876A-I/P) opera a partir de um oscilador estabilizado por um ressonador de quartzo ZQ2 com frequência de 8 MHz. O conector XP1 é fornecido para programação do microcontrolador. Conectei o programador PICkit2 a ele. O programa do microcontrolador foi desenvolvido no ambiente gráfico Flowcode [6].
As medições de tensão e corrente são feitas usando o ADC interno de 10 bits do microcontrolador. Ao medir a tensão, o sinal do divisor de tensão R5R9R12 é enviado para a entrada analógica AN0 (RA0) do microcontrolador. Ao medir a corrente, a queda de tensão no sensor de corrente Rш amplifica o amplificador operacional OPA241 (DA1). Da saída do amplificador operacional, o sinal amplificado chega à entrada analógica AN1 (RA1) do microcontrolador. O ganho é definido ajustando o resistor R13 no circuito de feedback do amplificador Op. Em vez de OPA241, quase qualquer amplificador operacional single-to-rail em um pacote SO-8 pode ser usado, por exemplo, OPA340 ou TS507. O programa calcula o consumo de energia e eletricidade com base nos valores medidos de corrente e tensão. Como sensor remoto de corrente foi utilizado um shunt de medição padrão 75SHISV.2-0.5-15 com queda de tensão de 75 mV a uma corrente de 15 A. Como substituto, você pode usar qualquer shunt padrão com resistência de 5... 10 mOhm ou similar caseiro [7]. O computador de bordo é alimentado por um regulador de tensão linear formado pelo transistor regulador VT1 e pelo microcircuito TL431ID (DA2). Um circuito VD1R10C6C7 é instalado no circuito de potência, o que reduz a interferência criada por um motor elétrico em funcionamento. Os resistores R16 e R17 garantem distribuição uniforme de tensão entre os capacitores C6 e C7. A tensão de entrada máxima permitida (tensão da bateria) depende da tensão coletor-emissor permitida do transistor VT1, de sua dissipação de potência permitida, da qualidade da dissipação de calor e da potência liberada nos resistores R19-R22. Com os elementos estabilizadores indicados no diagrama, a tensão da bateria não deve ultrapassar 75 V. Porém, o dispositivo é capaz de exibir valores de até 102,3 V no indicador. O computador de bordo é feito em uma placa de circuito impresso unilateral de fibra de vidro com 1,5 mm de espessura. Um desenho dos condutores da placa de circuito impresso e a disposição dos elementos nela são mostrados na Fig. 2 e fig. 3. Na Fig. 4 mostra sua aparência.
Na parte frontal da placa há um microcontrolador PIC16F876A, um ressonador de quartzo ZQ2, um chip de relógio em tempo real DS1307, resistores de sintonia, um transistor VT1, um conector XP1 (bloco de pinos angulares PLS-5R) e um bloco PLS-14 para conectar o indicador HG1. A parte correspondente do conector, o bloco de soquete PBS-1, é soldada nos orifícios de montagem do indicador HG14. Uma bateria de lítio 1V G2032 CR3 está instalada no suporte BH-642. Todos os outros elementos são montados na lateral dos condutores impressos. Um ressonador de quartzo cilíndrico ZQ1 (32768 Hz) é soldado nos orifícios na lateral dos condutores impressos próximos aos pinos 1 e 2 do microcircuito DD1. A parte superior do seu corpo é soldada a uma seção de folha conectada a um fio comum. A placa do computador de bordo é fixada à placa LCD em dois suportes metálicos de 10...12 mm de altura usando parafusos M3. São utilizados resistores e capacitores de tamanho padrão 120b para montagem em superfície. Os capacitores C6 e C7 são de óxido de tântalo para montagem em superfície em tamanho de carcaça E. Eles podem ser substituídos por outros capacitores do mesmo tamanho com capacidade de 6,8...22 μF para uma tensão de 35 V. Os demais capacitores são de tamanho cerâmico 1206 ou 0805. Um substituto para o transistor npn BD139 em um estabilizador de tensão pode ser outro transistor da mesma estrutura em um pacote TO-126 com uma tensão coletor-emissor permitida superior a 80 V, por exemplo, BD179, MJE182 2N5192, BF469, KT817G. Uma tira de folha fina de cobre ou alumínio com área de aproximadamente 6 cm é colocada sob a caixa do transistor.2, servindo como dissipador de calor. O transistor é preso à placa com um parafuso e porca M3. Para reduzir o erro de medição shunt Rш, deve estar localizado o mais próximo possível do terminal negativo da bateria. Todas as conexões ao computador de bordo podem ser feitas com fios de seção transversal pequena. Para conectar o interruptor reed SF1 (sensor de caminho), shunt R para o computador de bordoш, e bateria GB1, é utilizado um conector PC7TV não mostrado no diagrama, instalado na caixa do computador de bordo. O interruptor reed foi retirado de um computador de ciclismo eletrônico com defeito. Os parâmetros do computador de bordo são exibidos em um LCD WH1604A de quatro linhas com tensão de alimentação de 5 V sem luz de fundo. Sua ausência é explicada pela alta corrente consumida pela retroiluminação (220 mA), o que levaria ao superaquecimento do transistor VT1. Sete parâmetros são exibidos simultaneamente no LCD: tensão, corrente, quantidade de energia elétrica consumida, tempo atual, velocidade, quilometragem total e consumo específico de energia elétrica a partir do momento em que o computador de bordo é ligado (ver Fig. 4). O valor da velocidade é exibido na tela por meio de pseudográficos. Isso possibilitou trazer a altura dos dígitos para duas linhas, o que facilitou muito a leitura da velocidade na tela. O computador de bordo é controlado através dos botões SB1 “M” (ajustar os minutos), SB2 “H” (ajustar as horas) e SB3 “P” (modo de exibição). Ao pressionar sucessivamente o botão SB3 no canto inferior direito da tela, em vez do consumo específico de energia elétrica (Fig. 5,a), a velocidade média (Fig. 5,b), quilometragem diária (Fig. 5,c ), carga da bateria (Fig. 5,d) ou potência consumida pelo motor elétrico (Fig. 5,e).
Ao manter o botão SB3 pressionado por mais de 5 s, o programa entra no modo de configuração da circunferência da roda (Fig. 5, e). Ao manter este botão pressionado, a circunferência da roda muda em passos de 1 cm, variando de 201 a 215 cm (roda de 26 polegadas). Quando o dispositivo é inicialmente ligado, a circunferência da roda é ajustada para 210 cm. 5 s após soltar o botão SB3, o modo de configuração da circunferência da roda é encerrado e o valor definido é gravado na EEPROM do microcontrolador. Ao programar o microcontrolador, é necessário escrever zeros nas primeiras cinco células EEPROM (Fig. 6) para definir o valor inicial da distância percorrida para zero. Caso isso não seja feito, a quilometragem será de 1525,7 km.
O programa salva a distância percorrida na EEPROM do microcontrolador 3 segundos após a parada da bicicleta elétrica. Para indicar o momento da gravação, um símbolo de asterisco aparece no canto superior direito do LCD por 0,3 s. Ao desligar a energia, o programa zera os valores de consumo específico de energia elétrica, velocidade média e quilometragem diária. Para configurar o dispositivo, em vez de uma bateria, você pode usar uma fonte de alimentação de laboratório com uma tensão de saída de 25...50 V e uma corrente de carga permitida de pelo menos 5 A. Como equivalente de carga, você pode usar um poderoso resistor de fio enrolado com resistência de 5...10 Ohms. Configure o dispositivo na seguinte ordem. Primeiro, calibre seu voltímetro. Para isso, a tensão é fornecida ao dispositivo a partir de uma bateria ou de uma fonte de alimentação de laboratório, monitorando-a com um voltímetro digital preciso. Ao alterar a resistência do resistor de sintonia R9, as mesmas leituras são obtidas entre o voltímetro padrão e o dispositivo que está sendo ajustado. O medidor de corrente é então calibrado. Um amperímetro digital preciso é conectado em série com a carga. Ao aplicar a tensão de alimentação, alterando a resistência do resistor de sintonia R13, as mesmas leituras são obtidas entre o amperímetro padrão e o dispositivo que está sendo ajustado. Se necessário, selecionar o resistor R25 define o contraste ideal da imagem no indicador. O computador de bordo pode ser instalado em qualquer caixa de plástico ou metal adequada. Arquivo da placa de circuito do computador de bordo no formato Sprint Layout 5.0 e programa do microcontrolador: ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/05/tripcomp.zip. Literatura
Autor: A. Nefediev
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