Контроллеры kugoo s2/s3 от Sonar'a

[Sonar]

В связи с тем, что мой проект альтернативных контроллеров для самоката kugoo s2/s3/f3, таки, получается вполне рабочим - в шапке этой темы буду выкладывать актуальную информацию по этим устройствам. Так же приветствуется обсуждение функционала контроллеров этого проекта. Особо интересные и полезные идеи, по возможности, будут реализованы.

Интро

На данный момент проект нацелен на тех людей, которые смогут самостоятельно заказать платы, компоненты, произвести монтаж/демонтаж радиоэлементов и прошивку микроконтроллеров ATmega328p/644p.
Я предоставляю только техническую и программную информацию (чертеж/трассировку платы и прошивки).
В будущем, возможно, будет доступен заказ на полноценное изготовление контроллеров и пересылку.

Проект включает в себя платы контроллеров дисплея и мотор-колеса собственной разработки а так же прошивки к ним. Платы обладают совместимостью по размерам и вариантам крепежа со стоковыми контроллерами. Так же у контроллера дисплея присутствует совместимость по протоколу передачи данных с двумя стоковыми контроллерами мотор-колеса. То есть можно использовать комплект "альтернативный контроллер дисплея - стоковый контроллер мотор-колеса". При этом большая часть функционала будет недоступна.

Из-за эксклюзивности некоторых компонентов - для изготовления альтернативных контроллеров требуется демонтаж некоторых элементов со стоковых плат. Например для сборки контроллера дисплея необходимо выпаивать ЖК матрицу со стокового контроллера. Для дальнейшего удешевления сборки альтернативного контроллера можно использовать некоторые компоненты со стоковых контроллеров.

Более полная информация по функционалу контроллеров располагается здесь (Excel).

Цель проекта - увеличение функционала электросамоката kugoo s2/s3/f3 путем простой замены штатных плат контроллеров, а так же программной совместимостью со стоковыми версиями контроллеров.
Контроллер дисплея:
Версия H

Характеристики

- Питание до 95 вольт.
- Часы реального времени
- Блокировка/разблокировка по паролю
- Измерение и отображение батарейного напряжения до 95 вольт.
- Краткая статистика максимальных/минимальных значений (скорости, напряжения, токов, мощности, температур)
- Настраиваемая яркость фары для каждого из режимов (ближний, дальний, дополнительный свет)
- Стробоскоп-сигнал (фарой) при нажатии на оба курка одновременно
- Настраиваемые функции на дополнительные разъемы
- Настраиваемый вывод информации в нижней строке экрана (токи, температуры, мощности, напряжения, расход энергии и т. д.)
- Датчик температуры окружающей среды (опция). Так же есть возможность отображать температуры мотора, батареи, силового контроллера.
- Датчик освещенности для автоматического регулирования яркости подсветки экрана (опция)
- Для каждой из трёх скоростей можно выбрать моно/полный привод и соотношение мощности между двигателями.
- Настраиваемые пороги для курков газа и тормоза, а так же их линейность.
- Настраиваемая скорость обновления показаний на экране
- Ограничение мощности при превышении заданного порога по температуре двигателя/батареи/силового контроллера.
- Подсчёт израсходованной энергии из батареи, расчёт оставшегося запаса хода и автоматический сброс при полной зарядке АКБ (порог напряжения для сброса настраивается отдельно через меню).
- USB порт (опция) для загрузки, сохранения и редактирования настроек (в разработке)
- Встроенный замер скоростных качеств транспорта (некое подобие "RaceLogic")
- Повышенная яркость подсветки дисплея (настраивается через меню)
- Активация круиз-контроля как по кнопке, так и автоматическая, с настраиваемыми событиями
- Поддержка нескольких стоковых протоколов управления силовыми контроллерами
- Сохранение времени TRIP при выключении питания (настраивается в меню)
- Разъём для подключения ручки тормоза (аналогично выводу BKL в стоковом контроллере мотор-колеса)
- Максимальная скорость обновления информации на экране = 27Hz / количество силовых контроллеров.
- Скорость обновления информации управления двигателем = 27Hz.
и т. д.

Распиновка платы vK

Cn1 - Порт программирования/перепрограммирования микроконтроллера
Cn2 - Контакты для датчика освещенности (фоторезистора)
Cn3 - Курок газа
Cn4 - Курок тормоза
Cn5 - Порт звукового сигнала
Cn6 - Фара
Cn7 - Порт термодатчика/внешнего датчика тока
Cn8 - Порт указателей поворота/дополнительной фары и стоп-сигнала
Cn9 - Порт механического датчика тормоза (аналогично BKL)
Cn10 - Порт выхода дополнительных функций (пока не используется)
Cn11 - Контакты для подключения внутреннего пьезодинамика.
Cn12 - Контакты для разъема связи с контроллером мотор-колеса
Cn13 - USB порт для отладки и настройки контроллеров (в разработке)
Cn14 - Порт входа дополнительных функций
Cn15 - Разъем для подключения батарейки часов реального времени
Cn16 - Порт подключения внешних устройств к внутренней шине данных I2C
Cn17 - Порт подключения альтернативного дисплея

Прошивка v3.8 (для плат версий G, H, K)

HEX - http://213.21.12.200/kugoo_project/Displaycontroller/kugoo_disp_644p_v3.8.hex
FUSE - http://213.21.12.200/kugoo_project/Displaycontroller/kugoo_disp_644p_v3.x_fuses.png

Чертеж платы с расположением элементов и их номиналами vK

Принципиальная электрическая схема платы vK

Трассировка платы vK

SprintLayout - http://213.21.12.200/kugoo_project/Displaycontroller/Display_Controller_vK.lay

Силовой контроллер:
Версия G (без силовых конденсаторов)

Характеристики

- 6FET
- Максимальный батарейный ток до 25 ампер (настраивается в меню контроллера дисплея).
- Максимальный фазный ток до 90 ампер.
- Напряжение питания до 60 вольт.
- Трапеция (стандартная, 120-градусная) / синус (скалярный)
- Частота ШИМ - 23,4кГц
- Поддерживается управление напряжением/током двигателя/током+напряжением (совмещеный режим), а так же режим постоянной частоты (только в синусном режиме).
- Поддерживается работа в группе (до 4 силовых контроллеров).
- Обмен данными по одному проводу на скорости 57600 bod (совмещенный RX/TX UART).
- Измеряет отрицательные токи (при рекуперации), в том числе и ток зарядки АКБ (предельное значение -11 ампер).
- В синусном режиме и токовом управлении возможно ослабление поля (степень максимального ослабления настраивается в меню дисплея)
- Имеется три канала для управления потребителями с током до 100 мА (выводы SP/LH1/LH2).
- Два канала имеют возможность 8-битной ШИМ модуляции (LH1 и LH2).
- Присутствует защита от короткого замыкания фазных выходов между собой и на плюсовую шину питания.
- Защита от перегрева выходных транзисторов, низкого/высокого напряжения питания, превышения максимального тока.
- Реализован режим заднего хода.
- Работает с холлами 60/120 градусов, а так же с инвертированными состояниями.
- Совместим по протоколу обмена данными только с контроллером дисплея из этого же проекта.
- Вывод информации о текущем состоянии холлов, батарейном и фазном токах, состоянии входов/выходов, напряжения DC шины и так далее.
- Имеется возможность подключения до двух аналоговых датчиков температуры (батареи и мотор-колеса).
- Увеличена точность датчика тока до 0,1 ампера.
- Присутствует защита шины передачи данных от высоковольтных перенапряжений (емкостное изолирование).

Фотографии платы vL1

Скоро будут

Распиновка платы vL1

Силовая часть

"+B" - батарейное питание +
"-B" - батарейное питание -
"C+" - вывод для зарядного порта +
"С-" - вывод для зарядного порта -
"PA" - силовой выход фазы "A"(U) мотор-колеса (желтый провод)
"PB" - силовой вывод фазы "B"(V) мотор-колеса (синий провод)
"PC" - силовой вывод фазы "C"(W) мотор-колеса (зеленый провод)

Сигнальные линии

"VB+" - батарейное питание для контроллера дисплея (красный провод)
"GND" - земля/общий (черный провод)
"RX/TX" - цифровая шина управления
"+5v" - питание вспомогательных цепей (термодатчиков, датчиков холла)
"HA" - сигнальный вход от датчика холла фазы "A"(U) (желтый провод)
"HB" - сигнальный вход от датчика холла фазы "B"(V) (синий провод)
"HC" - сигнальный вход от датчика холла фазы "C"(W) (зеленый провод)
"TB" - вход термодатчика батареи
"TM" - вход термодатчика мотор-колеса (белый провод, если термодатчик установлен в колесе).
"SP" - выход для управления стоп-сигналом
"LH1" - универсальный выход 1
"LH2" - универсальный выход 2
"TC" - вход термодатчика "LM35D" для замера температуры силовых транзисторов

Прошивка v1.9 (для плат версий G1, H1, K1, L1)

HEX - http://213.21.12.200/kugoo_project/Motorcontroller/kugoo_mk_328p_v1.9.hex
EEP - http://213.21.12.200/kugoo_project/Motorcontroller/kugoo_mk_328p_v1.9.eep
FUSE - http://213.21.12.200/kugoo_project/Motorcontroller/kugoo_mk_328p_v1.x_fuses.GIF

Чертеж платы vL1 с расположением элементов и их номиналами

Принципиальная электрическая схема платы vL1

Трассировка платы vL1

SprintLayout - http://213.21.12.200/kugoo_project/Motorcontroller/Motor_Controller_vL1.lay

[Toxrq]

Спасибо! будем пробовать, потихоньку, а схемы не существует? как и в версии КД ?

[Sonar]

[user]Toxrq[/user], схемы пока нет, но в скором времени будет, как и чертеж платы с расположением элементов и их номиналами.

[Sonar]

Выложил очередную версию прошивки 2.5 для контроллера дисплея. И, как это уже не в первый раз бывает - закончилась память в микроконтроллере  С одной стороны это печально. А с другой вроде бы уже добавлено все, что хотелось, в том числе и мини статистика показателей в пути. В обозримом будущем попробую переоформить весь код и сделать его максимально компактным. Но если новых хотелок наберется немало - буду менять микроконтроллер на ATmega644 (она в 2 раза жирнее по памяти), что потребует переразводки платы. Хотя уже сейчас немного страшно от 60 параметров в сервисном меню

[vlad-2015]

"Насколько проще было бы писать программы, если бы не заказчики." (с) R. S. Martin

[inwin]

[user]Sonar[/user],
1. в контроллере мк указано, что можно будет менять ампераж до 25 ампер. каким образом можно будет менять значения?
2. фазный ток до 100а. а на стоковых контроллерах какие параметры? 14а батарейного и 14а фазного?
3. когда примерно будет синус?
4. на контроллере установлен 63в конденсатор, будут ли версии рассчитанные на 60в?
5. бк и контроллер рассчитаны на подключение 48в батареи?

[Sonar]

[user]inwin[/user],
1. Пока смена максимального батарейного тока доступна через альтернативный дисплей. В стоковом непонятно, какой пункт меню взять под это дело.
2. На стоковых, как я понял, по разному. Где-то 30 стоит, где-то до 40. Где-то, возможно, вообще нет ограничения на фазный. Ограничение только на батарейный. Но это лишь догадки. Реальные установки всё равно никак не посмотреть.
3. Думаю где-то с середины лета начну заниматься синусом. Возможно раньше. Зависит от того, как пройдут испытания с трапецией.
4. Я возьму на заметку, что нужны 60 вольтовые версии, но по срокам пока не скажу. Зависит от того, как на 48 вольтах будет работать.
5. В БК нужно будет менять гасящие резисторы. Я потом напишу номиналы для 48 вольт. Контроллер мотор-колеса должен работать без проблем так как импульсный стабилизатор остался точно такой же, как и в стоковой версии, но я пока не испытывал.
И тут, какрас, возникает ещё один вопрос. А как быть с переходом на 48 вольт, к примеру? Ведь для 36 вольтовой батареи стоят ограничения на максимальное напряжение. И ограничения эти заложены в контроллере мотор-колеса. И они необходимы.
Если использовать альтернативный БК, то вопрос отпадает, так как там уже есть соответствующие пункты меню. А вот как быть при использовании стокового БК? Там настройка вольтажа батареи есть, но она не передается в контроллер мотор-колеса.

[cephal]

[user]Sonar[/user], Зачем вообще отдельный пункт меню для максимального батарейного тока нужен, если его, как я понял, можно будет так же ограничить в процентах мощности в 3х вариантах меню? Почему нельзя сразу сделать контроллер МК с рассчетом, скажем, на 20А с запасом, просчитав под этот ток все элементы и пожирнее пропаяв силовые линии? В крайнем случае, можно поставить ограничительный шунт с возможностью менять его номинал для экспериментаторов.
Насчет перехода на 48В так и не понял в чем проблема: 90% стоковых как контроллеров так и дисплеев прекрасно переваривают до 55В батарейного тока без переделок и даже замены резисторов в БК. Причем в большинстве случаев даже с сохранением рекуперации. Для БК пункт меню конечно есть, но влияет он только на отображение индикатора заряда акб, остальное все отображается корректно в любом режиме.
Зачем нужно жесткое ограничение для контроллера по верхнему пределу напряжения батареи с переключением его через БК? Если только для ограничения рекуперации - для этого есть БМС в батарее.
В любом случае, огромное спасибо вам, что взялись за это дело, благодаря вам еще остается надежда на хороший мощный контроллер для S3 взамен обрезанных по току и с сохранением стокового дисплея. 

[Sonar]

[user]cephal[/user], в том то и дело, что ограничение мощности в процентах. Оно лишь ограничивает скважность ШИМ, подаваемое на колесо, грубо говоря - напряжение. При этом ток живет своей жизнью и зависит от оборотов колеса и напряжения батареи. Именно с этой целью введен пункт, где жестко задается максимальный батарейный ток. Контроллер на 20 ампер - не проблема, а вот выдержит ли всё остальное, включая батарею? А кому-то, возможно, захочется снизить максимальный ток ниже 15 ампер по разным причинам. Собственно эта настройка внедрена ещё и для удобства, что бы не вскрывать контроллер и не менять шунт.

Да, я читал про то, что стоковые контроллеры работают без проблем на повышенном напряжении, но насколько это надежно? Никто, ведь, не замерял температурные режимы элементов. Если в контроллере мотор-колеса схемотехника в плане стабилизации напряжения не поменялась и может дать гарантию надежной работы (но всё равно, на всякий случай, будет протестировано), то в БК стоит другой микроконтроллер с другим потреблением. Да что там говорить, порой даже другая разводка платы может повлиять на надежность работы блока.

Если напряжение бортовой сети выходит за допустимые пределы напряжения АКБ и заставляет срабатывать БМС - это не есть гуд в любом случае. Батарея, конечно, будет спасена своей защитой (если она будет исправна), а вот всё остальное, что подключено к самокату - не уверен. Мало ли какое доп. оборудование будет навешано. Плюс ко всему этот параметр, по моей задумке, будет переводить колесо в обратную фазировку (задний ход), что позволит сохранить функцию тормоза без перезаряда АКБ. То есть в этом случае рекуперативный тормоз станет не рекуперативным, но по прежнему электронным.

[cephal]

Если проценты - это скважность, то, конечно, ограничение максимума тока необходимо, согласен. Я так понял, в таком случае на стоковом БК это будет невозможно? Только на альтернативном? Лично мне такое ограничение не нужно, достаточно нормального амперметра в БК, но для широкого потребления на обычных акб, бесспорно, необходимо.
Насчет напряжения в целом тоже соглашусь, но нужно разумеется тестировать варианты с разными БК-платами на предельных значениях вольтажа. С удовольствием бы даже поучаствовал в таких тестах, когда придет время. За контроллер стоковый в данном контексте 50В+ переживать не стоит, разве что протестировать на повышенном токе, конечно, тоже необходимо. А доп. оборудование должно быть рассчитано на рабочее максимальное напряжение батареи с запасом. В фарах, к примеру, почти всегда уже ставят dc-dc с хорошим разбросом по напряжению, вплоть до 80В. Конечно, не во всех, это пример просто.
А вот за максимум торможения обратной фазировкой без рекуперации я просто тремя руками. Возможно, это хоть улучшит электротормоз по сравнению с текущим замыканием обмоток. Толку от рекупа все равно нет никакого, разве что перезаряд акб, а тормоз хороший - это просто мечта сейчас. Отличная задумка, ждем реализации!

[Sonar]

[user]cephal[/user], думаю по умолчанию сделаю 15 ампер, как в стоке, но можно будет перенастроить через софт на ПК, который так же будет.

Кстати тормоз с обратной фазировкой уже испытывал в домашних условиях. Впечатляет. Интересно какие будут ощущения на уличных тестах. В идеале, конечно, хочется довести поведение тормоза до обычного, колодочного, но пока думаю как это правильнее реализовать.

Еще, интересная на мой взгляд, задумка - фиксирование уровня рекуперации. Что-то на подобии круиз-контроля с газом. Позволит идти пешком и одновременно заряжать самокат токами 0,2-0,5 ампер, если в этом будет необходимость. Если заднюю часть самоката чем-то нагрузить, то и 1 ампер возможен, но это уже только с помощью альтернативного контроллера мотор-колеса. У стокового контроллера поведение тормоза иное.

[cephal]

[user]Sonar[/user], А нельзя технически в прошивке привязать ограничение тока к изменению скважности в тех же процентах в меню? То есть чтобы одновременно и скважность и ток ограничивались в равных процентах. Потому как у меня, например, на первой скорости в 50% на любую самую крутую горку ползет с макс. током значительно меньшим (7-8А), чем на 100% (11А),  при полном газе. То есть по идее, ограниченная скважность уже автоматом ограничивает и ток, что логично в принципе, меньше напряжение - меньше и ток. Хотя вариант с изменением параметров через ПК более универсален, лишь бы все это было совместимо с разными ОСями.
Насчет идеи с рекупом, на мой взгляд, это уже перебор (учитывая всю кучу параметров уже заложенных вами под реализацию, это ж каким надо быть инженером-испытателем, чтобы все это проверить, совместить, перетестировать в реальных условиях...). Я не верю, что просто везя самокат рядом пешком будет возможно подзарядить акб хотя бы на 1% заряда. Возможно, если на нем с огромной горы ехать  - тогда еще да, но сколько я не пытался это сделать на своем - прирост напряжения там не отличим от обычного медленного восстановления без нагрузки. Хотя рекуперация у меня точно есть, просто там такой мизер, что так запариваться насчет рекуп-круиза... не знаю. А вот поработать над тормозом - это прямо мастхэв, куда важнее +0,01В от рекупа. Разумеется, всего лишь мое мнение, не судите строго.

[Sonar]

[user]cephal[/user], если я вас правильно понял, то такой режим - ничто иное, как управление по току. То есть курок газа выступает в роли установщика максимального батарейного тока в реальном времени. Этот режим уже имеется. Если понял не правильно - что нужно получить на выходе? Постоянную скорость, ток или мощность?

[Sonar]

Не стал менять версию прошивки. Удалось добавить ещё одну опцию (пункт) - профиль курка тормоза, линейный или логарифмический. Заодно расширил диапазон регулировки диаметра колеса до 15 дюймов. Обращаю внимание, что при настройке диаметра колеса меняется и пункт меню №26 - длина окружности колеса. Хоть эти пункты меню дублируют друг друга, однако с помощью длины окружности колеса можно точнее настроить показания спидометра и, следовательно, точность подсчета расстояния.

[cephal]

[user]cephal[/user], если я вас правильно понял, то такой режим - ничто иное, как управление по току. То есть курок газа выступает в роли установщика максимального батарейного тока в реальном времени. Этот режим уже имеется. Если понял не правильно - что нужно получить на выходе? Постоянную скорость, ток или мощность?

Я лишь имел в виду сделать такие же пороги ограничения по максимальному(!) току в меню по скоростям, как и сейчас они сделаны по скважности (напряжению). То есть повесить на эту же кнопку, переключения скоростей вторую функцию программно: задать макс. ток в ХХ% от абсолютного максимального значения. При этом и скорость и тяга будут сцеплены и меняться пропорционально, в процентах. Например, на 1й скорости стоит 50% в меню: это режет скважность на 50% и одновременно макс. ток так же на половину. Курок газа работает как и должен: меняет ток от нуля до этого значения на максимуме (до 10А при абсолютном макс. токе в 20А, например). Возможно, это и сейчас похожим образом работает уже, раз на первой скорости при любой нагрузке дать максимум тока невозможно на колесо... На выходе в итоге получаем возможность задавать макс. ток прямо из того же меню, где сейчас скважность, что проще, чем менять этот параметр через комп. Само собой, этими же процентами ограничится и макс. скорость и мощность, пропорционально.

[Sonar]

[user]cephal[/user], хм.. Ограничение тока и напряжения. Совмещенный режим. Идея интересная. Попробую сделать.

[cephal]

[user]Sonar[/user], Повторюсь, возможно ток и сейчас на стоковом контроллере пропорционален напряжению в принципе. По крайней мере, после перехода на 48В первое, что я заметил - значительное повышение тока по дисплею на старте и после выхода на круизную скорость. Если на 36В средний ток был около 5А, то на 48В - уже 8-9А, а при мощности выше 75% - стабильно максимум 11А выдавал. Тут, видимо, закон Ома в целом никто не отменял: растет напряжение, растет и ток и мощность в целом. Поэтому нынешние ограничения скважности в процентах скорее всего, автоматом, и ток режут, но вот в каких пропорциях - выяснить не просто. Для этого нужно собирать тестовый макет и тщательно тестировать с замерами и тока и напряжения под разной нагрузкой на МК. Я даже хотел такой собрать дома на своем кате, но так и не придумал, чем плавно и без последствий тормозить МК, создавая имитацию нагрузки, если на МК нет внешних тормозов. А протестировать было бы очень полезно и графики построить изменения скважности и тока в зависимости от степени нажатия курка газа под разными нагрузками. Особенно интересно влияние противо-ЭДС, создающий встречный ток в обмотках на высоких оборотах и максимальной мощности.
Но это уже, наверное, задача для испытателей с оборудованием, нежели для создателей прошивок.

[usup]

А здесь как а прошивках сяоми можно увеличивать максимальную скорость?