Luminile pentru biciclete: 5 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Obiectivul proiectului

Proiectarea și construcția unui dispozitiv de iluminare față și spate pentru o bicicletă care cuprinde:

• Lampă de iluminat frontal.
• Lumină de prezență și indicator de direcție (intermitent) în spate.

Constrângeri de proiect

• Alimentare unică.
• Alimentare detașabilă.
• Iluminare puternică față și spate.
• Vizibil în plină lumină.
• Protecția bateriei împotriva descărcării.
• Amortizarea vibrațiilor.
• Integrare simplă în bicicletă.
• Proiect extensibil pentru funcții suplimentare.

Principiul de funcționare

Alimentarea este pornită prin conectarea cablului bateriei.

Sistemul pornește. Apare o alternare intermitentă a două matrice de LED-uri.

Două butoane pentru a afișa o săgeată intermitentă care indică direcția de pe matricea LED pentru câteva secunde. În același timp, un sunet în două tonuri este emis de un buzzer activ.

Lumina frontală a bicicletei are un comutator independent pentru ao porni.

Pasul 1: Lista componentelor electronice

• Condensator ceramic 10n (2)
• Condensator electrolitic 3, 3µF
• Condensator electrolitic 1000µF (2)
• Rezistență 1K
• Rezistență 10K (2)
• Rezistență 33K
• Rezistență 1M
• Rezistență 33M
• Circuit amplificator LM10
• Arduino mini Pro sau Elegoo nano V3
• Șuruburi și distanțieri din plastic
• Diodă Zener 2, 5V
• Tranzistor Mosfet BUZ21
• Cvadruplu led matrix max7219
• Tablă imprimată 30x70mm
• Antet pin

Pasul 2: Lista accesoriilor pentru integrarea bicicletelor

• Carcasă din plastic sigilată pentru comenzi
• Buton de activare momentană (2)
• Lampă LED cu cablu cu 5 pini
• Baterie 18650 1500mAh (sau mai multă capacitate) (2)
• Conectori impermeabili
• Cutie de plastic
• Buzzer activ
• Catadioptru
• Placă de plexiglas pentru acoperire
• Șuruburi, șaibe, piulițe (4)
• Benzi izolatoare (diferite grosimi)

Pasul 3: Descrierea tehnică a piesei electronice

Partea electronică este formată din 3 module:

• Regulator de curent 5V
• Circuitul de protecție la descărcarea bateriei
• Controlul afișajului afișajului cu matrice LED

Regulator de curent 5V

Alimentarea sistemului utilizează două baterii 18650 în serie. Controlerul Arduino Pro Mini oferă o tensiune reglementată de 5V, care nu va fi utilizată pentru alimentarea matricei de LED-uri. În timpul testelor, extragerea de curent din tabloul de LED-uri conectat direct la controler l-a destabilizat.

Regulatorul este un MCP1700 cu o cădere de tensiune scăzută. Neavând un regulator care furnizează 5V, folosesc un regulator de 3,3V a cărui tensiune de ieșire este crescută la 5V folosind o diodă Zener (în loc de Zener se pot utiliza diode în serie).

Circuit de protecție la descărcarea bateriei

Pentru a prelungi durata de viață a bateriilor, este recomandabil să nu le descărcați complet. Montarea utilizată întrerupe alimentarea când tensiunea bateriei este sub 6V.

Circuitul LM10CN este un amplificator diferențial care are o tensiune de referință internă de 200mV care poate fi comparată cu tensiunea bateriei. În acest scop se utilizează o punte separatoare 1M-33K care dă o tensiune de 200mV când tensiunea bateriei este de 6V. La această tensiune, Mosfet BUZ21 este dezactivat, ceea ce întrerupe alimentarea ansamblului.

Controlul afișajului cu matrice LED

Schema este simplă și necesită puține componente. Pot fi utilizate și alte controlere de la Arduino sau Elegoo (Uno R3, nano range, Mega 2560 R3 etc.).

Controlerul este monitorizat de două butoane. Un rezistor de 10K și un condensator de 10nF protejează de tensiunile de respingere.

La pornirea sistemului, matricea LED clipește. Este starea implicită. Prin apăsarea unuia dintre butoane, controlerul va trece la „modul indicator de direcție” timp de câteva secunde, iar mini-difuzorul va emite un sunet în timp ce matricea LED indică direcția.

Observații:

Lampa Led este conectată direct la sursa de alimentare protejată. Nu este controlat de unitatea Mini Pro. Condensatoarele de 1000µ protejează controlerul și matricea LED de supratensiuni de curent la aprinderea lămpii LED sau de variațiile de curent legate de funcționarea matricei LED.

Utilizarea unei surse de alimentare de 1500mAh permite o funcționare de 3 ore (la 530mA).

În timpul zilei fără lampa Led consumul este de 210mA cu o autonomie de 7h (sursă de alimentare 1500mAh).

Utilizarea unei surse de alimentare de 5000mAh extinde funcționarea la 10 ore (lampă LED aprinsă).

Pasul 4: Descrierea programului

Programul este destul de simplu și se bazează pe biblioteca LedControl.h. Totul poate fi încărcat aici.

Câteva indicii:

Intensitatea afișării ledurilor se face prin variabila „intens”. Puteți alege o valoare între 0 (scăzut) și 8 (scăzut).

Variabila „lungă” indică durata afișării săgeților de direcție. Prin apăsarea unuia dintre butoane, săgețile de direcție vor fi afișate pentru timpul indicat de variabilă (în acest caz 5 secunde).

Variabila „blink1” permite efectul de clipire atunci când nu este apăsat niciun buton. Suportă defilarea de la stânga la dreapta sau de la dreapta la stânga în funcție de butonul apăsat.

Funcțiile „setRow” și „setColumn” sunt utilizate pentru a da efect afișajului. Funcția „setColumn” este utilizată pentru a accentua mișcarea laterală a săgeților.

Un buzzer activ este activat de funcția de ton de pe portul 6. Sunetul emis este diferit în funcție de direcție. Sunetul emis în cele 5 secunde vă permite să cunoașteți starea afișajului.

Programul rulează în buclă. Datorită încărcării mari a procesorului, viteza de afișare este afișată pe măsură ce programul rulează. În acest fel, se obține o anumită fluiditate vizuală. Întârzierea la sfârșitul buclei (100 și 300 ms) permite accelerarea sau încetinirea vitezei de derulare.

Videoclipul realizat în timpul machetei oferă o previzualizare a redării. Pentru a descărca aici.

Pasul 5: Asamblare și montare

Ansamblul nu pune nicio problemă.

Placa cu circuite imprimate care susține componentele este atașată la spatele modulului LED cu distanțiere.

Toate firele sunt lipite pentru a evita contactele proaste.

Carcasa este căptușită cu benzi de spumă autoadezive. Acest lucru evită utilizarea șuruburilor și permite ansamblului să reziste la vibrațiile bicicletei.

Astfel proiectat (cu conexiunea cu sârmă multicatenară) sistemul poate fi ușor asamblat și demontat.

Bateria se potrivește în buzunarul jachetei pe care nu o lasă. Seara va fi reîncărcat pentru a fi din nou operațional a doua zi.

Am mai multe versiuni de alimentare, inclusiv una cu 4 baterii de 2000mAh (2x2). Autonomia trece apoi până la 8 ore. În acest caz, reîncărcarea completă poate dura toată noaptea. Prin urmare, este judicios să aveți mai multe seturi de baterii.

Trebuie remarcat faptul că intensitatea luminii matricei afectează consumul de energie. Variabila „intens” a programului poate fi redusă pentru a prelungi funcționarea.

Concluzie

Este un proiect ușor de realizat, cu condiția să aveți răbdare pentru a obține materialul potrivit (cablu cu mai multe fire, butoane …).

Acum voi finaliza acest ansamblu cu un modul giroscop pentru a adapta afișajul în funcție de accelerația bicicletei.