KartingPC - Бортовая электроника для карта
 

Привет Всем!

С ребенком собираем карт, сама машина уже почти закончена, скоро поедем :)

Вложение 30715

Вложение 30716


Пока с ее сборкой образовался временный застой, в голову пришла идея сделать бортовую электронику.

Основные ее задачи такие:
1. Мониторинг телеметрической информации (скорость, обороты и т.п.) и передача ее на удаленное устройство. + возможно на "доску приборов"
Интересно посмотреть различные параметры пока ребенок катается, машина строится чисто для обучения, для гонок она не пойдет, поэтому никаких ограничений по весу и прочему у меня нет))
2. Активная безопасность (отсечка по скорости, возможность остановить карт удаленно)
Ребенок маленький, поэтому мне нужна уверенность что он не разгонится и не въедет куда-нибудь.

Перебрав кучу решений по мониторингу, пришел к роутерам :) Мелкий и мощный аппарат с практически всем что нужно на борту.

Система построена на базе роутера TP-link MR-3020
в его задачи входит обработка собранной информации, генерация динамических web страниц и передача этого всего по wi-fi на мой телефон)))
Роутер работает в паре с Atmega8 которая занимается собственно сбором информации с датчиков и управлением различными выходами.

Вложение 30717

Корпус от старого китайского инвертера, хоть на чтото он сгодился))

Вложение 30718

Антенну пришлось вынести из металического корпуса

Пока Atmega считывает только данные с термодатчика (воткнут в порт)
в ближайшее время научу ее определять скорость и обороты двигателя

Роутер работает на прошивке OpenWrt и с Atmega связан через встроенный ком порт.
С Web интерфейсом уже более менее разобрался, т.е. связка (датчик - Atmega - Роутер - Телефон) уже работает.

Теперь о датчиках скорости..

Встал вопрос об измерении скорости вращения колес)

Вариантов перебрал много, но хотелось чего-нибудь по проще, по изящнее)

1. Геркон - так делают на великах, да и как потом выяснилось на многих машинах. оказывается геркон не такой уж и медленный, частота срабатывания у многих доходит до 1000Гц О_о) И ресурс у них приличный, но решение это мне както не по душе)

2. Опто-датчики - Не подходят из-за грязи в которой они не очень хорошо работают

3. Датчики холла - на этом я и остановился.

Есть вариант с датчиками от жигулей, но лень ехать на рынок))) ищем что есть из того что под рукой. Оказывается длатчиков куча) в Флопиках и CD приводах.
Выковорил, спаял, работает.. но так себе( датчики там аналоговые, приходится подключать через операционник, а у него задавать порог, провозившись два вечера с подбором резисторов плюнул на это гиблое дело.

ищем дальше.. куллеры (ведь в каждом стоит датчик холла)

разобрал один, снял обмотки, подключил к выводу оборотов.. работает! но в нем микросхем куча, громоздко(

Вложение 30719

изучаем второй (верхний на фото) )) куллров куча целая на работе неисправных;)
тоже неудача, чем круче куллер - тем больше в нем деталей))

тогда ищем самый дешевый.. от HDD например. Вот оно, деталей почти нет)
Вложение 30720

На фотках видно квадратную четырехногую микруху, она то нам и нужна.

Вытаскиваем потроха, как и предполагалось деталей нет.

Вложение 30721

Паяем опытный образец, питание и светодиод..

Вложение 30722

Работает! Пролет магнита одним полюсом включает светодиод, другим полюсом выключает.

Магниты можно использовать кольцевые от флопиков.. они много полюсные, светодиод мигает прилично часто, однако в месте разрыва магнита (по фотке видно) у одного из имеющихся магнитов что то с полем не так, нету его там(

Вложение 30723

но я скорее всего неодимовые магниты приклею на ось, так проще и работает датчик с ними на расстоянии 1,5см


Теперь разбираюсь с тем как программно реализовать расчет скорости, считать количество пиков в секунду, или время между пиками.. копаем дальше)

Очень-очень интересная тема. У товарища есть подобный аппарат и то же назначение - обучение ребёнка, соответственно те же задачи. Постараюсь подтянуть товарища в эту ветку, хотелось бы больше подробностей, да и может сможем помочь в некоторых вопросах. Ниже фоты его подопытного аппарата

Вот он я(чей картинг в смысле), давно мечтал о телеметрии, готов помогать, сам могу немного писать в bascom ну если для атмеги.

Вот и заинтересованные лица подтягиваются. Теперь надо составить список хотелок и можно потихоньку приступать к реализации))).

Отлично) Очень рад что комуто это интересно:)

Пока необходимо определить что в итоге по мониторингу мы хотим получить. От этого зависит и возможная реализация алгоритмов (например для логов достаточно получение оборотов двигателя раз в секунду и нет особого смысла перегружать проц более быстрой обработкой. Если выводить на приборы то обновление будет редким, некрасиво както)

Пока что я для себя определил..
Моточасы работы двигателя;
температуры двигателя и воздуха;
Обороты двигателя;
Скорость (возможно с двух колес);
Время круга

По хорошему все должно писаться в Лог, для возможности анализа потом. только я не сильно понимаю что по этим данным можно сказать; опыта не хватает(

Чисто теоретически несколько графиков скорости, например, можно наложить на конфигурацию трассы и таким образом понять где можно было ехать быстрее, где слабые места..

Время круга наверное это "внешний" параметр по отношению к карту? Он же сам его не сможет посчитать - только совместно с фотофинишем?
Если для обучения - я бы мониторил еще педальки тормоз/газ и положение руля - потом с сыном можно будет детально разобрать почему он в поворот с сильным заносом влетел, ну или еще чего там :) В идеале это все записывать на видео (не обязательно с карта) и синхронизировать по времени с логами - тогда просмотр "как катались" будет нагляднее :)

Если фотофиниш рассматривать как систему то состоять она должна из датчика, системы подсчета времени и системы вывода информации;
На картинге уже почти все есть) осталось прикрутить к бортовой электронике некий датчик для определения "финиша"
есть вариант сделать коробочку генерирующую узкий модулированный ИК луч и установить ее на финише, а на карте повешать датчик этого луча.

Весь этот мониторинг помоему безссмыслен без "доски приборов" на самом карте;
Я когда гонял (ледовые кольцевые гонки) на своей машине, то на тренировках запоминал максимальную скорость прохождения каждого участка трассы. но у меня был спидометр; я имел возможность контролировать скорость)
А с картом получается странно, смотрим по логам или удаленно что скорость в повороте низкая/высокая, однако ребенок с самого карта ничего этого не видит, и никак не может точно контролировать ту-же скорость, поскольку спидометра нет и опыта чтоб определить скорость "на глаз" тоже нет;

В микроне(профессиональны картинговый бк) так и сделанно коробка с ик и датчик на карте, и на бк высвечивается круг и его отношение к предыдущему +или- ну типа быстрее или медленнее.
Дистанционная телеметрия это высший уровень, на мостике все можно спокойно видеть и анализировать.
По датчикам кроме параметров двигателя обороты, температура, состав смеси, интересны датчики, угол поворота руля, усилие или ход нажатия тормозной педали, ход педали газа , спидометр , но самое главное ко всему этому G сенсор(измеритель ускорения), я попозже опишу как все это обычно обрабатывается.
Чем на данном этапе я могу помочь, отсыпте работы.

Смотрел профессиональную телеметрию.. круто конечно, единственное что не понравилось это их ЖК дисплеи на которых практически ничего не видно. Рули F1 в этом смысле гораздо информативней;

И Так сенсоры подключенные к системе
Датчик температуры двигателя (-55/+125C)
Датчик температуры воздуха (-55/+125C)
Обороты двигателя (500-15000об/мин)
Скорость задней оси (0-140км/ч);
Скорость передней оси (надо ли?)
Датчик "круга" (непонятки с точным определением времени)
Датчик положения педали Газа
Датчик положения педали Тормоза
Датчик положения педали Руля
G-Сенсор
Датчик состава смеси (пока вообще не понятно как его прикрутить)

Смотрите диапазоны измеряемых значений и если что корректируйте, поскольку для моей задачи диапазонов хватит в разы меньше))

Теперь о главном; Мы никогда не добьемся тойже производительности что и у проф телеметрии. при нашей реализации системы сенсоры будут считываться периодически (N раз в сек) слабым местом у нас является как использование медленных процессоров так и сам роутер, да и возможности WiFi канала не безграничны.

теперь задача определить это N для каждого сенсора.. Поступление данных с какой частотой необходимы/желательны?
Еще нужна инфа как потом все это обрабатывается, поскольку общей картины я пока не представляю.

Доска приборов.
Я буду делать на светодиодных сегментных индикаторах, их лучше видно днем; но большое их количество усложняет конструкцию

Мне кажется достаточным вывод скорости + оборотов (либо как на F1 оборотов оптимального переключения)
Для этого нужно всего 3-4цифры + линейка светодиодов.

Если выводить время круга и еще куча всего то проще взять ЖК дисплей, но мне эта идея не нравится. да и пилоту (особенно ребенку) эти данные не нужны;
Если уж сильно круто делать то проще организовать по WiFi аудио канал, и сообщать пилоту эти данные; однако я прока не нашел возможностей реализации данной идеи;)

Андрейр, если у вас есть возможность/желание создавать подобную систему то уже сейчас можно взять роутер и обкатать его на карте в реальных условиях
поскольку неизвестно как wi-fi будет вести себя на большой скорости и какую реальную дальность мы получим;

С роутером понятно, я еще с bfom посоветуюсь может еще какой роутер он посоветут, хотя как я понимаю атмега8 раньше кончится по производительности, и кстати на чем вы пишете для атмеги, а то я как бы не настоящий програмист могу только в bascom и то еще нахожусь на начальном пути.

Я тоже не сильно то и крут в программировании AVR:). Последнее время пишу на CdoeVision AVR.

Роутер я так понимаю без разницы какой, я брал MR3020 именно изза его размеров, ну и большого числа "модов" в инете.
С ним я уже более менее разобрался, могу подсказать по прошивке и некоторым нюансам; с другими не знаю)

Атмега8 вполне может кончится раньше, портов там уже впритык хватает, на всякий случай нашел Атмегу32, портов хватит а вот с производительностью я не уверен.

Зацените идею индикационного блока) "Photoshop maked"
причем из корпуса роутера;)
Показывать может в нескольких режимах;

Скорость + линейка оборотов, или оборотов переключения
Вложение 30776

можно показывать скорость + тахометр (может еще чтото)
Вложение 30777

А так показывает "преимущество" на круге (в сравнении с пред. кругом)
+01:47:681 это круто конечно)
Вложение 30778

Секндомер в реальном времени показывать мало вероятно. слишком часто данные обновлять; а вот +/- от круга можно показать, и практически без лишних индикаторов.

И так, за это время сделано)

1. проект полностью переехал на Atmega32.
Больше портов, более свободный монтаж. Появилась возможность, например, вывести диагностические светодиоды которые на 8-ке при всех наших хотелках уже просто некуда было запихать
Вложение 31110


2. Система получила независимое питание 7-40В. Блок питания собран на LT1076CT.
Вложение 31111
Все собрано по типовой схеме. и настроено на 5,05В
Вложение 31113


3. Сделан индикационный блок.
т.к. мне менее интересна индикация оборотов, чтоб не делать дополнительные лампы, светодиоды объединили в группы. полоса индикации оборотов на них тоже выводится довольно информативно, однако появляется возможность индикации ошибок и неисправностей, зажигая например одну красную лампу
Вложение 31114
Работает все по 4м проводам (питание+интерфейс), интерфейс собственный, довольно простой и абсолютно не требовательный к скорости.
Вложение 31112
Индикатор собран на Tiny2313, одна тинька тянет 6-7 сегментных индикаторов, в индикационном блоке их будет 2 (пока работает только один)
Яркость индикаторов не достаточна при ярком свете, с этим пока боремся)

Сегодня произвели тесты дальности :)
результаты следующие:
1. Телефон ~~ Блок Мониторинга. работает на расстоянии около 50 метров
2. Ноутбук ~~ Блок. метров 100

А вот связка
3. Ноутбук - Роутер ~~ Блок. показала дальность почти в 300 метров, это при том что роутер был полудохлый, с какойто недоантенной))
За исключением нескольких сбоев, причины которых выясняются, система работает стабильно. При сокращении расстояния связь восстанавливается, и данные продолжают мониторится
Так что идея удаленного мониторинга имеет право на жизнь))))

На данный момент система мониторит 8 Аналоговых входов, до 4х датчиков температуры.
Наконец сделаны внутренние часы (их точность хода пока никчерту)
Работаем дальше...

Поскольку блок показал очень хорошие результаты при работе от батарей, решено установить внутрь корпуса li-po батарею, а раз так то нужна система контроля ее заряда; чтоб не угробить ;)

Один из аналоговых входов использовали для контроля напряжения батареи, также сделана возможность отключения питания блока.

Продолжаем эксперименты.. Теперь займемся логами)
Паралельно развлекаемся с Web интерфейсом.
Вложение 31150
Учимся выводить информацию в различных видах.
Вложение 31151

Красиво, а у меня пока времени нет вплотную заняться.

Красиво то оно может и красиво, но чет не то(
посмотрел на проги Motec для анализа логов по заезду. понял примерно как это все можно анализировать, задумался о том что "строю".

И так, раз уж эта тема превратилась в мой монолог( буду критиковать себя сам..

На данный момент Atmega передает роутеру посылки об изменениях параметра в формате #00:00:00.000 SNx VAL; т.е. время/сенсор/значение; вроде как логично, но..
При скорости порта 19200 мы имеем 1745 байт/сек или примерно 70 посылок в секунду
теперь поделим на количество параметров (к примеру минимум 10) и получим 7! т.е. изменеие одного параметра мы можем мониторить каждые 142мс А при скорости 80км/ч машина за это время пролетит 3 метра!!!

Еще одним недостатком является опрос медленной шины 1-Wire с которой на опрос термодатчиков мы вынуждены тратить 750мс т.е. пока опрашивается дачик вы пролетаем 16,5 метров!

В связи с этим думаю теперь как:
1 оптимизировать передачу с Атмеги на роутер, хотябы до 45мс
2 избавится от медленных шин. есть вариант вынести их на отдельный проц
3 избавится от транзита данных роутер-атмега-дисплей, подключив дисплей напрямую к роутеру
4 оценить надобность/возможность подключения к системе GPS приемника

Ну, это не значит что тему не читают:)
Просто дело новое, вот и нету вала советов/замечаний.
Что касается пере дачи инфы от/к роутеру - а если использовать не текстовый формат, а бинарный? Объем передаваемой инфы увеличится в разы, соответственно уменьшится время передачи параметров. Не удобно с точки зрения написания софта, но чем то надо же жертвовать.

читаем-читаем тему )))
Насчет яркости индикаторов - помню, что когда визился с такими же, то давал импульсами ток больше расчетного - светили ярче и не перегорали

насчет 1-Wire термодатчиков.... пересмотри логику. реально шустрее это:
прочесть данные, сразу послать запрос на новый замер и уйти заниматься своими делами
тоесть идея: не запрос ответ., а ответ запрос. +насколько помню даласы как получили команду на измерение..... забивают болт на все и пока не посчитают не реагируют на интерфейс /*отвечают пр. результатом*/ (можно их зафлудить запросами, и чтением.... читать можно в разы чаще но показания изменятся при новом расчете)
+ если датчики на одной линии то команду на начало измерения можно слать груповую.

самое мощное устройство у тя это роутер - перекладывай на него все.
дисплей (7 сегментные индикаторы) вполне реально прикрутить к роутеру... по I2C иль SPI

Про термодатчики спасибо за идею) буду пробовать.

Бинарный формат тоже неплохой вариант именно его, как выяснилось и используют блоки Motec

На счет блока индикации думаем; Идея подавать импульсами высокое напряжение у меня проскакивала, но если контроллер повиснет, например изза плохого контакта при тряске.. индикатору конец.
Главный недостаток сегментных индикаторов это белые ячейки, яркий свет начинает их хорошо подсвечивать и цифры превращаются в 8 ))
Да и информативность у них хромает;

Один Хороший Человек)) поделился акселерометрами! За что ему огромное Спасибо; Теперь есть Аналоговый MMA7260 и Цифровой MMA7455 для экспериментов.

Цифровой акселерометр я уже припаял на платку (взял для SOIC микрух, хотя можно использовать любую) и залил эпоксидкой
Аналоговый (на 10 копейках) ждет своей очереди

Вложение 31183
При определенной технологии припаять эти нано штучки довольно просто. если кому интересно опишу подробнее.

Главная проблема в их подключении это 3,3В уровни, пока ищу варианты согласования цифровых интерфейсов;
С аналоговым проще, но переводить АЦП на 3,3 тоже не хочется.

насчет зависаний контролера - вроде у всех есть "Watchdog"

Есть, но я несколько раз умудрялся вешать контролер так что он не помогает; видимо при каких-то условиях клинит само ядро. а состояния выводов остаются.(

тогда "упс.." у меня опыта с "собакой" нет совсем. Насколько я помню, виснуть у меня он мог только при пуске двигателя - питание вначале было от АСС, а я на МК делал климат-контроль. А когда питание сделал нормальное, то и зависонов не было уже никогда

Проект сильно приторможен из-за постройки самого карта. Появились запчасти.. достраиваем машину.

На сегодняшний день изменения такие:
1. Решено делать единую шину SPI для общения со всеми устройствами (блок индикации, и внутренние элементы)
2. Возможно блок будет переделан на нормальную вытравленую плату с smd компонентами (успешно опробована технология печати плат на полимерной пленке)
3. Блок индикации версии А (на фотках раньше) Списан и уничтожен) Заканчивается сборка блока индикации версии С (теперь это будет аналого-цифровой прибор)

Ура! Мы Поехали!!!!! :big:

Вложение 32823
Вложение 32824

И нормально, таки, поехали :big:
Удалось даже установить пару датчиков и проверить блок мониторинга "в деле"

Датчик скорости:
Все тот же, на микрухе с вентилятора ) к сожалению руки не дошли дописать его обработчик :blush:
Вложение 32825
это он, на алюминиевой пластинке, залитый эпоксидкой.

а магниты были интегрированы в бывшую ступицу звезды
Вложение 32826
держаться на ура. еще ни один не выпал ))

Самом собой зацепили все DS18B20 какие нашли дома :big:
Один в двигатель, Другой в тормозной суппорт
Вложение 32827

Поздравляю с выездом)))))

Долго пришлось ломать голову как зацепить потенциометры.
в итоге придумал насадить на него кусок пластиковой стяжки (в строительстве применяются с колечками на конце)
И получилось! главное в случае чего стяжка гнется а не скручивает голову резюку :whistle:
хотя надо еще додумать конструкцию :blush:

Это датчик положения педали тормоза
Вложение 32828

Аналогично с положением руля.
Только тут этот кусок стяжки вкрутили в гайку на конце рулевого вала.
Вложение 32829

За несколько переездов в багажнике и несколько часов катаний, ни один датчик не сместился )

тоже поздравляю - приятно, когда работа закончена и пора придумывать новую ))

Сам блок получил ушки для крепления ) нужная штука о которой сначала как то не подумали )))

Вложение 32830

Закрепили его за сидением водителя.
Вложение 32831
Тут сухо и тепло :big:

Проводов как в самолете )) и это только начало! :shok:
Вложение 32832

Но все работает :smile1:

Ну о конце еще рано ))) Еще все это надо адаптировать под ребенка.

Да и проект бортовой электроники только в самом начале!!:big::big::big:

Спасибо!
Кстати, куда подевался ваш товарищ? Осталось у него еще желание делать мониторинг?

За это время немного определились чего мы хотим от мониторинга
В идеале это тотже функционал что и у программы Motec i2

Графики позволяют очень точно отследить ситуацию на трассе, и потом анализировать ошибки пилота.
Вложение 32833
Все наглядно..
Вложение 32834
С ребенком скачали i2pro.. там есть демо лог. Видно все ) Где пилот замешкался и воткнул не ту передачу, где тормозил рано/поздно, и многое другое.
Идеально для обучения :big:

Вот бы выяснить форматы логов Motec'a и писать сразу в них :big: