Prędkość obrotowa

Sensory i systemy pomiarowe
Prezentacja Projektu
SYNERIFT
Michał Stempkowski
Tomasz Tworek
AiR semestr letni 2013-2014
SYNERIFT
• Tylne koła napędzane silnikiem
spalinowym (2T typu „pocket bike”)
• Przednie koła napędzane silnikami
elektrycznymi
• Komputer pokładowy – Raspberry PI
• Mikrokontrolery sterujące poszczególnymi
modułami – STM32
• Wykorzystany protokół komunikacyjny CAN
SYNERIFT – Cele projektu
• Stworzenie małej wersji hybrydowego
pojazdu samochodowego o napędzie
elektrycznym oraz spalinowym
• Umożliwienie badania oraz tworzenia
systemów wspomagających prowadzenie
pojazdu (np. ASR)
• Dążenie do stworzenia pojazdu
autonomicznego
SYNERIFT – postępy w pracach
SYNERIFT – postępy w pracach
SYNERIFT – postępy w pracach
Wielkości mierzone/regulowane
• Położenie przepustnicy silnika spalinowego
oraz przysłony powietrznej (tzw. „ssania”)
• Prędkość obrotowa kół oraz silnika
• Położenie układu kierowniczego
• Temperatury silnika spalinowego i
otoczenia
• Odległość innych obiektów od pojazdu
• (…)
Magistrala komunikacyjna Controller
Area Network (CAN)
• Powstała w latach 80 XX w. w firmie
Bosch.
• Jest to magistrala multi-master.
• Obecnie występują dwie wersje: 2.0A (11
bitowy identyfikator) oraz 2.0B (29 bitowy
identyfikator).
CAN – specyfikacja
• Ramka danych dla protokołu CAN 2.0A
CAN -specyfikacja
• Prędkość oraz odległość przesyłu danych
CAN - zastosowania
CAN w Synerifcie
• Magistrala CAN będzie wykorzystywana do
komunikacji pomiędzy komputerem
pokładowym a modułami akwizycji
danych. Moduły będą opierać się na
mikrokontrolerach STM32F103C8T6.
Mikrokontroler STM32F103C8T6
Mikrokontroler STM32F103C8T6
•
•
•
•
•
•
•
•
ARM Cortex-M3 CPU
64kB Flash
20kB RAM
USB
CAN
3xUART
2xSPI
(..)
Położenie przepustnicy
Położenie przepustnicy odczytać
wykorzystując np. przetworniki
potencjometryczne
Położenie przepustnicy
Położenie przepustnicy – rozwiązanie
we współczesnym samochodzie
5,6,7,8 – bieżnia
oporowa
Położenie przepustnicy
Jeden czujnik
złożony z dwóch
Bieżni
Wzajemna praca
dwóch
czujników
Prędkość obrotowa
• W Synerifcie zostaną wykorzystane
czujniki SL353HT, które wykorzystują
tzw.efekt Halla
• Efekt Halla polega na powstaniu różnicy
potencjałów pomiędzy przeciwległymi
ściankami półprzewodnika lub metalu w
kierunku prostopadłym do kierunku
przepływu prądu jak i wektora indukcji
zewn. pola magnetycznego
Prędkość obrotowa
Efekt Halla
Rh-stała Halla, I-natężenie prądu
b – rozmiar liniowy przewodnika w kier.
Prędkość obrotowa
Schemat czujnika SL35HT
Prędkość obrotowa
1 – SL35HT
2 – magnesy neodymowe
Prędkość obrotowa
Jeśli podczas zbocza rosnącego kanału A,
kanał B = H => ruch w przód,
jeśli w B = L => ruch w tył
Prędkość obrotowa
Realizacja czujnika położenia wału silnika
Prędkość obrotowa
Realizacja systemu zapłonu–rozwiązanie
klasyczne
Akcelerometr oraz żyroskop - MEMS
W projekcie zostanie wykorzystany żyroskop
3D oraz akcelerometr 3D w postaci układu
typu MEMS – LSM330DCL.
Żyroskop – urządzenie do pomiaru lub
utrzymywania położenia kątowego.
Akcelerometr - inaczej przyspieszeniomierz,
przyrząd do pomiaru przyspieszeń liniowych.
Akcelerometr oraz żyroskop - MEMS
Podstawowe dane techniczne układu
LSM330DLC:
• Napięcie pracy : 1,8-3,3V
• Interfejs komunikacyjny: SPI/I2C
• Czułość akcelerometru: ±2g/±4g/±8g/±16g
• Czułość żyroskopu: ±250°/s, ±500°/s,
±2000°/s
• Obudowa: LGA28L
Akcelerometr oraz żyroskop - MEMS
MEMS (ang. Micro Electro-Mechanical
Systems) – zintegrowane układy elektromechaniczne, w których co najmniej jeden
wymiar szczególny znajduje się w skali
mikro.
Akcelerometr oraz żyroskop - MEMS
Układy typu MEMS są najczęściej
wykonywane w krzemie, szkle oraz (ostatnio
rosnąca tendencja) w polimerach. Układy
krzemowe wykonuje się poprzez:
-obróbkę objętościową
-obróbkę powierzchniową
-za pomocą procesu LIGA/ UV-LIGA
-łączenie elementów
Akcelerometr oraz żyroskop - MEMS
Układy MEMS to nie
tylko czujniki –
również złożone,
mikroskopijne
mechanizmy, np.
tryby, silniki, a nawet
generatory (np.
opracowano generator
o mocy 1,1W i
szerokości 10mm)
Położenie – odbiornik GPS
• Global Positioning System został stworzony
przez Departament Obrony USA.
• 31 satelitów
• Stacje kontrolne i monitorujące na ziemi
• Odbiorniki sygnału (użytkownik)
GPS – Zasada działania
• Aby określić pozycję w trójwymiarowej przestrzeni i czas systemu
konieczny jest jednoczesny odbiór z przynajmniej czterech
satelitów. Odbiornik oblicza trzy pseudoodległości do satelitów oraz
odchyłki czasu (różnicy między tanim i niedostatecznie dokładnym
wzorcem kwarcowym zainstalowanym na odbiorniku i precyzyjnym
zegarem atomowym na satelicie). Dokładne współrzędne satelity są
transmitowane w depeszy nawigacyjnej. W przypadku możliwości
odbioru tylko z trzech satelitów niektóre odbiorniki mogą pracować
w trybie 2D z ustawioną przez użytkownika wysokością elipsoidalną.
GPS - KAmodGPS
•
•
•
•
Wykorzystujemy gotowy układ GPS02
Interfejs UART(TTL)
Złącze SMA
Czas ustalania pozycji 1s/30s (cieply/zimny
start)
• Dokładność wyznaczania pozycji 5m
• Dokładność wyznaczania prędkości 0,1m/s
• Obsługiwane protokoły: NMEA-0183 V3.01
GPGGA, GPGLL, GPGSA, GPGSV, GPRMC, GPVTG
GPS - KAmodGPS
Protokół transmisji danych NMEA
Dziękujemy za uwagę
Michał Stempkowski
Tomasz Tworek
AiR semestr letni 2013-2014