Универсальный бортовой компьютер iWattnick

[zap]

Спойлер

В общем, открываю тему про свой бортовой компьютер (как говорят наши вероятные друзья, nowadays everyone and his grandma are designing their own ebike computer).
Сразу скажу - не уверен, что доведу этот проект до конца. Причина - время.
В любом случае, не догоню так согреюсь
Тему открываю для того, чтобы в процессе обсуждения подкорректировать свою концепцию идеального бортового компьютера для лёгкого электротранспорта.

Проект планируется полностью Open Source.
Исходники и схема будут лежать в публично доступном Subversion репозитории.
Документация будет лежать на публично доступном гуглодиске.

Базовая концепция аппаратной части примерно следующая (по мере изменения концепции старое зачёркивается, добавляется новое).

Спойлер

• Дисплей от Nokia 1110i: 96x65 пикселей контрастный Ч/Б, подсветка Дисплей Ч/Б FSTN JLX12864G-1504, 128x64 пикселей, размер активной области экрана 61x33мм, встроенная подсветка
• ДвеТри не-сенсорные кнопки - LEFT,ENTER,RIGHT
• Синий светодиодик! Ашот запретил, у него авторское право. Розово-фиолетовый! (ни у кого такого нет!).
• Один основной шнур от компа к контроллеру (8-жильная витая пара, важно для шунта). Разъём обычный Ethernet.
• Датчик освещённости экрана, подстройка подсветки под освещённость.
• Датчик скорости (от датчика Холла, от фазного провода, от геркона на колесе)
• До трёх внешних датчиков температуры (мотор, батарея, контроллер, например)
• Датчик каденса (подключается вместо любого из датчиков температуры)
• Один внутренний датчик температуры (температура микроконтроллера, она же окружающей среды, обычно )
• Энергонезависимые высокоточные часы (литиевая батарейка), сигнализация разряда батарейки
• Вход с ручки газа, выход на контроллер на разъём ручки газа (отдельный от основного разъём)
• Высокоточный датчик тока, 13 бит со знаком
• Высокоточный датчик напряжения батареи (12 бит, диапазон 100В точность 0.025В)
• Подключение к шунту контроллера или BMS
• Встроенная пищалка (святое!)
• Акселерометр и компас (yes! ). Хватить мерять углы подъёма через анус!
• Выход на Bluetooth передатчик через UART (мелкая копеечная доп. плата позволит управлять БК и передавать данные в комп/фон, рисовать красивые графики, запоминать треки и т.п.)

На всё про всё планируется выделить один штюк ATMEGA328STM32F1, плюс всякие дополнительные специализированные микрухи.
Если вдруг ног не хватит, перейду с TQFP32 на TQFP44 Корпус TQFP48.
Размер платы планируется минимальный в пределах разумного (ориентир - дисплей) (сейчас 92x65мм).
По этой причине батарейка будет типоразмера CR1220 (мелкая литиевая, 12мм диаметр).
Конденсаторы и резистор - 0805, вручную паять более мелкие я не осилю, размер платы всё равно меньше не сделать из-за дисплея, кнопок, батарейки и прочих разъёмов.
Всё это планируется упаковать в боль-мень презентабельный корпус.
Ежели партии пойдут тыщами щтюк, может даже форму для отливки пластика закажу, там одна форма как моя месячная зарплата стоит. Для начала потыкаем технологии попроще, например стеклопластик.

Концепция логического функционала следующая.

Спойлер

• Спартанский пользовательский интерфейс (дисплей и дветри кнопки)
• Тем не менее, удобный, понятный, структурированный пользовательский интерфейс ("Max EngT"? Ррррасстрелять! "Cal shnt vltg"? Расстрелять нельзя повесить!)
• Весь интерфейс на великом и могучем! It's real, really. Для буржуев чонить придумаем, есичо. Азбуке Брайля их научим, например.
• Текущая скорость (нежданчик!)
• Текущее ускорение
• Текущие ток-напряжение-мощность!
• Текущий заряд батареи (А*ч и проценты/палки)
• Отдельно запоминаемые за поездку, сезон, всего:
  
  
  
  • Максимальная скорость
  • Максимальное ускорение
  • Пробег
  • Чистое время езды
  • Средняя скорость (реально запоминаться не будет, это пробег разделённый на чистое время езды)
  • Максимальный ток
  • Максимальная мощность
  • Израсходованный заряд (ампер*часы)
  • Рекуперированный заряд (ампер*часы)
  • Израсходованная энергия (ватт*часы)
  • Рекуперированная энергия (ватт*часы)
  • Максимальная температура каждого датчика
• Часы с кукушкой! В смысле, с таймером и боем курантов писком пищалки.
• Кукушка по расстоянию! Проехал 10км - ку-ку! Ещё 10 - выключили газ!
• Термометр! Можно узнать, сколько сейчас градусов ниже ноля!
• Каденс! Подключив вместо одного из термодатчиков т.н. "педелек", можно наблюдать свой каденс! Нужная вещь для электро!
• Компас! Можно узнать как пройти в библиотеку!
• Измеритель наклона лисапеда! С калибровкой горизонтали!
• Управление газом. Это позволит ограничивать ток, скорость, задавать другую кривую ручки газа, выключать газ при аварийных ситуациях, внешний круиз-контроль. Круиз-контроль в контроллере придётся отключать, ибо будет мешаться.
• Автоматическое включение подсветки дисплея если освещённость падает ниже определённого порога.
• Три датчика температуры (мотор, батарея, контроллер), настраиваемые реакции на выход за пределы нормы. Поддержка датчиков типа TMP36 (самый клёвый вариант), LM35, "терморезистор на землю" (KTY83).
• Программируемая реакция на выход тока за пределы нормы.
• Программируемая реакция на выход напряжения за пределы нормы.
• Автоматическое включение при подаче питания на контроллер либо нажатия кнопки.
• Автоматическое выключение по тайм-ауту при отсутствии питания на контроллере и отсутствии активности пользователя.
• Функция "как хошь вертись, но я хочу проехать 100 километров".
• До трёх контрольных точек (запоминаются все статистические показатели текущей поездки - пробег, время, заряд и т.д).
• Веб-браузер для просмотра порносайтов Мизулина запретила, некоторые возят детей.
• ...
• Может ещё чота, но забыл. Напомните есичо.

Процесс разработки

Первая версия схемы (ATMega32)
Иерархия меню
Статус на 15 декабря 2014
Новая схема на STM32F100, апрель 2016
Смоделированный внешний вид платы первой версии

[andreym]

А название то какое! Люто плюсую (С)...
готов поспособствовать в виде жесткого зипинга платы в альтиуме под минимальный физический размер

[zap]

Многие не знают этого секрета, но название это половина успеха!

Итак, вот первая версия схемы.

Основная схема.


Датчик тока и напряжения.


ФНЧ для преобразования ШИМ в аналоговый сигнал (ну нету на атмеге ЦАП, увы):


Блок питания:


Фильтр-нормализация датчиков температуры.


Схема совсем сырая, если кто заметит косяки, сразу пишите мне на ориджин!
Добавлено 10 Окт. 2014 в 04:07
Альтиум сосёт резистор, весь проект будет делаться на KiCad .
Опенсорс форевер.

[Vladigit]

[user]zap[/user],  ключ дополнительный на входе LM-ки зачем? Её ж по шатдауну можно выключить. Но если уж очень хочется, то сопротивление в цепи базы надо уменьшить.
По ina220. [user]zap[/user], вторую сноску по входному напряжению вы читали? Цитирую: "This parameter only expresses the full-scale range of the ADC scaling. In no event should more than 26V be applied to this device."

[zap]

Я тоже думал что как самый хитрый задействую шатдаун через RON/SD.
К сожалению, если присмотритесь, там стоит резистор  200к от плюса питания, который задаёт минимальное заполнение ШИМ.
Это баг в дизайне микросхемы, к сожалению. Если я буду подтягивать RON на землю, через этот резистор (БК якобы в выключенном состоянии) от батарейки, например, 100 вольт будет течь ток аж в 500 микроампер. При этом в документации написано, что микросхема в выключенном состоянии жрёт 150 микроампер. То есть суммарно - 650 микроампер.
Это недопустимо много, уважающие себя BMS жрут на порядок меньше. Если кто-нибудь выкатает батарею в ноль и забудет её подзарядить (например, в конце сезона), это выжрет её в полный ноль, с деградацией ячеек.

На счёт INA220, там ещё есть внутреннее сопротивление входа VBUS, оно 320 килоом. 100 килоом делителя в параллель с 320 килоом входа микросхемы дают 76.2к нижнего плеча делителя; коэффициент делителя 0.257, т.е. при 100В на входе получим 25.7В на входе VBUS. Но коментарий ошибочный, согласен, я когда его писал уже забыл из чего исходил когда расчитывал делитель

В любом случае, спасибо что обратили внимание. Заодно вспомнил ещё об одной нерешённой проблеме - потребление делителя, там ведь тоже сотни микроампер вытекают, причём постоянно. Надо будет ещё один ключ поставить каким-то макаром, чтобы делитель не потреблял пока PWR_EN не единица.

[илс]

Многие не знают этого секрета, но название это половина успеха!

Угу, хотя  один из самых лучших, на сегодняшний день, универсальных бортовых компьютеров, имеет не совсем благозвучное название:  АНАЛист. 
====
Насчет корпуса. Довольно важный момент. Очевидно, корпус аналиста - удобен в креплении, имеет прекрасную читаемость, но смотрится топорно.
Корпус от Адаптто, смотрится оч. неплохо, но читаемость неважная, ПМСМ.
Понятно, что размеры корпуса будут определятся форм-фактором дисплея, а читаемость -  его характеристиками. Дисплей от нокия - отл. выбор 
А вот стеклопластик для мелкосерийного производства - не лучшая идея.
Почему бы не воспользоваться технологиями 21-го века и не заказать партию корпусов, изготовленных на 3Д принтере?
Соотношение цена/качество, будут оптимальными.
По моим прикидкам, одной порции порошка  хватит на 15-20 корпусов для айватника.
Раньше порция стоила 500руб. сейчас, чуть дороже из-за курсовой разницы, ... но все-равно, себестоимость будет гуд.   

[Steel RAT]

1. Дисплей от Нокиа очень маленький.
На ходу что-то там рассмотреть - невероятно. Только если вставить его прямо в глаз. 
Я думаю, что лучше сократить всякие "перделки-свистелки" в пользу хорошего экрана.
Пускай монохром, но размер порядка 100х80 мм.
Минимум - 100Х50 мм.
Еще важен максимальный контраст как при прямой засветке солнцем, так и ночью.


2. Тема два: интерфейс. Не надо повторять Циаклоаналист.
Сделайте 4 кнопки и Ок, как в телефонах.
Это уже общепризнанный стандарт.
Кому надо две кнопки, остальные не распаивают и занимаются мазохизмом.

[i]

Мне понравилась вот такая реализация управления верхним ключом (да и нижним тоже, если дежурное напряжение порядка 2-3 вольта):

[zap]

[user]i[/user], согласен красиво, но полтора евро за оптрон это чересчур
Я уже переделал выключатель бортового питания, убрал защитный диод и заместо PNP вставил PMOS на 100В, заодно он будет защищать от переполюсовки.

[Ghozt]

Насчет экрана: тоже считаю, что нужен размер побольше. Может, сразу 128х64?
Возможно, имеет смысл сигнал с тормозных ручек тоже в ваттметр вводить, и единый кабель от него вводить в контроллер. Только тогда в 8 проводов витой пары будет не уложиться

[acyd]

А как насчет цифровых датчиков температуры? я к тому что их можно гирляндой на шину данных повесить и мониторить температуру в нескольких точках - актуально для двигателя и батареи.

[all_bud]

[user]zap[/user], я пока не смог разобраться в основном предназаначении данного девайса, это проект визуальной телеметрии данных, или контроллеер основного контроллера. Вам на ходу надо знать все параметры, иметь данные по температуре из всех точек. Может контроллер для того и делается шоб он контролировал и вносил коррективы во время работы. Зачем визуально мониторить постоянно переменные значения.
Мне вот честно хочется иметь бортовой компьютер с индикацией на смартфоне через "блютуз" (хотя есть проект уже такого но через кабель у украинского коллеги). Сделайте такой аналог циклааналиста для смартов и будет счастье многим, а вам почет и дополнительный доход.

[andreym]

Сделайте такой аналог циклааналиста для смартов и будет счастье многим, а вам почет и дополнительный доход.

уже есть спидикт, зачем делать еще один?

[zap]

Решение насчёт экрана тоже пришло не с бухты-барахты.
Мне тоже не нравится довольно маленький размер экрана от нокии. Но альтернативы не вижу.
Но сейчас ещё есть окно для изменения этого решения, хотя у меня уже закуплено 20 экранчиков с разъёмчиками.
Если у кого есть вариант LCD экрана со следующими характеристиками:

• Отличная видимость на ярком солнце
• Полностью документированный
• Небольшое количество сигналов для управления (что-то типа SPI, I2C)
• Небольшая рамка и толщина (сразу отпадают экраны типа цикланалиста)

Я с удовольствием рассмотрю Ваши варианты.

[zap]

С такими экранами никто не имел дела?

По ссылке есть видео, в общем-то ЧБ экранчик как экранчик. Насколько я понял из описания, работает через SPI.
Размер видимой части экрана 40x25 мм, у Нокии примерно 30x20.

Есть ещё вот такой монстр, видимая область 65x38мм, но с документацией вообще непонятно, и контактов чот дохрена.

[all_bud]

Сделайте такой аналог циклааналиста для смартов и будет счастье многим, а вам почет и дополнительный доход.

уже есть спидикт, зачем делать еще один?

И, что с того что есть, пусть будет есчо один, но наш. Потребитель рассудит.

[DIVAS]

Термодатчик можно взять DS18B20. Не шибко дешёвые они, конечно, но неплохо зарекомендовали себя в промышленных условиях.
Можно по двум проводам целую гирлянду таких датчиков опрашивать - сэкономить несколько ног на контроллере.

QFN, кстати, паяется воздушкой относительно легко при наличии трафарета и хорошей паяльной пасты. Главное чтобы либо корпус был не PBF, либо паста тоже PBF, ибо PBF компоненты обычными свинцовыми материалами паяются отвратительно.
Без трафарета тоже можно, но это уже искусство, ювелиры отдыхают... 

Стоимость прессформ для пластика Вы явно недооценили, либо у Вас очень хорошая ЗП  . Комплект настоящих железных прессформ на небольшой корпус из нескольких деталек стоит порядка $10000-25000. А уж сколько геморроя и времени стоит это заказать - это вообще отдельная тема. Впрочем, для мелких серий до 20-50 штук есть недорогие силиконовые прессформы...
С другой стороны, можно рассмотреть варианты использования каких-нибудь готовых корпусов с защитой IP68 и заказать на них красивые самоклеющиеся лицевые панели с мембранными кнопками - такие панельки относительно недороги, но достаточно хороши на вид, герметичны и надёжны.

[batson]

Свой компик неспешно делаю на таком дисплее

Непонятна мне боязнь цветных дисплеев, этот отлично читается на солнце, пробовал, офигенно контрастен, только фотка плохо передает. Тонкий, быстрый, углы обзора большие.

Из недостатков - требователен к процу, я делаю на STM32F103 72мегагерца (АВР и восьмибитные я давно забыл как страшный сон), после всех оптимизаций добился скорости обновления не менее 4Гц(реально больше). И много потребляет ок 50ма.

Если убедил, то код к нему прилагается, это оптимизированый из документации.

P.S. цифры на дисплее из космоса, кроме напряжения которое показывает напряжение usb