Велосипедные фары: 5 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Цель проекта

Проектирование и изготовление переднего и заднего осветительного устройства для велосипеда, включающего:

• Лампа переднего освещения.
• Индикатор присутствия и указатель поворота (мигающий) сзади.

Ограничения проекта

• Единый источник питания.
• Съемный блок питания.
• Мощное переднее и заднее освещение.
• Виден при полном освещении.
• Защита аккумулятора от разряда.
• Гашение вибрации.
• Простая интеграция в байк.
• Расширяемый проект для дополнительных функций.

Принцип действия

Питание включается путем подсоединения шнура аккумулятора.

Система запускается. Появляется попеременное мигание двух светодиодных матриц.

Две кнопки для отображения мигающей стрелки, указывающей направление на светодиодной матрице в течение нескольких секунд. В то же время активный зуммер издает двухтональный звук.

Передний фонарь велосипеда имеет независимый переключатель для его включения.

Шаг 1: Список электронных компонентов

• Конденсатор керамический 10н (2)
• Электролитический конденсатор 3, 3 мкФ
• Электролитический конденсатор 1000 мкФ (2)
• Сопротивление 1К
• Сопротивление 10К (2)
• Сопротивление 33К
• Сопротивление 1M
• Сопротивление 33M
• Схема усилителя LM10
• Arduino mini Pro или Elegoo nano V3
• Винты и пластиковые распорки
• Стабилитрон 2, 5В
• МОП-транзистор BUZ21
• Четырехместный led матрица max7219
• Печатная доска 30х70мм
• Заголовок булавки

Шаг 2: Список аксессуаров для интеграции велосипеда

• Герметичный пластиковый корпус для органов управления
• Кнопка мгновенного включения (2)
• 5-контактный кабель Светодиодная лампа
• Аккумулятор 18650 1500 мАч (или больше) (2)
• Водонепроницаемые соединители
• Пластиковый корпус
• Активный зуммер
• Светоотражатель
• Пластина из оргстекла для крышки
• Винты, шайбы, гайки (4)
• Ленты изоляционные (различной толщины)

Шаг 3: Техническое описание электронной части

Электронная часть состоит из 3-х модулей:

• Регулятор тока 5В
• Схема защиты от разрядки аккумулятора
• Управление отображением светодиодного матричного дисплея

Регулятор тока 5В

В блоке питания системы используются две последовательно соединенные батареи 18650. Контроллер Arduino Pro Mini обеспечивает регулируемое напряжение 5 В, которое не будет использоваться для питания светодиодной матрицы. Во время испытаний потребление тока от светодиодной матрицы, подключенной непосредственно к контроллеру, дестабилизировало ее.

Стабилизатор - MCP1700 с низким падением напряжения. Не имея стабилизатора, питающего 5 В, я использую стабилизатор 3,3 В, выходное напряжение которого увеличено до 5 В с помощью стабилитрона (вместо стабилитрона можно использовать последовательно включенные диоды).

Схема защиты аккумулятора от разряда

Чтобы продлить срок службы батарей, желательно не разряжать их полностью. Используемое крепление отключает питание, когда напряжение батареи ниже 6 В.

Схема LM10CN представляет собой дифференциальный усилитель с внутренним опорным напряжением 200 мВ, которое можно сравнить с напряжением батареи. Для этого используется мост делителя 1М-33К, который дает напряжение 200 мВ при напряжении батареи 6 В. При этом напряжении Mosfet BUZ21 отключается, что отключает питание узла.

Управление светодиодным матричным дисплеем

Схема проста и требует нескольких компонентов. Могут использоваться другие контроллеры от Arduino или Elegoo (Uno R3, nano range, Mega 2560 R3 и т. Д.).

Контроллер контролируется двумя кнопками. Резистор 10 кОм и конденсатор 10 нФ защищают от скачков напряжения.

При запуске системы светодиодная матрица мигает. Это состояние по умолчанию. При нажатии одной из кнопок контроллер переключится в «режим указателя поворота» на несколько секунд, и мини-динамик издаст звук, а светодиодная матрица укажет направление.

Примечания:

Светодиодная лампа напрямую подключается к защищенному источнику питания. Он не контролируется устройством Mini Pro. Конденсаторы 1000 µ защищают контроллер и светодиодную матрицу от скачков тока при включении светодиодной лампы или от колебаний тока, связанных с работой светодиодной матрицы.

Использование источника питания 1500 мАч позволяет работать в течение 3 часов (при 530 мА).

В течение дня без светодиодной лампы потребление составляет 210 мА при автономности 7 часов (питание 1500 мАч).

Использование источника питания 5000 мАч продлевает время работы до 10 часов (светодиодная лампа горит).

Шаг 4: Описание программы

Программа довольно проста и основана на библиотеке LedControl.h. Здесь все можно загрузить.

Несколько советов:

Яркость светодиодного дисплея задается переменной «интенсивность». Вы можете выбрать значение от 0 (низкий) до 8 (высокий).

Переменная long указывает продолжительность отображения стрелок направления. При нажатии одной из кнопок стрелки направления будут отображаться в течение времени, указанного переменной (в данном случае 5 секунд).

Переменная «blink1» разрешает эффект мигания, когда никакая кнопка не нажата. Он поддерживает прокрутку слева направо или справа налево в зависимости от нажатой кнопки.

Функции "setRow" и "setColumn" используются для создания эффекта на дисплее. Функция "setColumn" используется для подчеркивания бокового движения стрелок.

Активный зуммер активируется функцией тонального сигнала на порте 6. Звук различается в зависимости от направления. Звук, издаваемый в течение 5 секунд, позволяет узнать состояние дисплея.

Программа работает в цикле. Из-за высокой загрузки процессора скорость отображения отображается во время работы программы. Таким образом достигается определенная визуальная плавность. Задержка окончания цикла (100 и 300 мс) позволяет увеличить или уменьшить скорость прокрутки.

Видео, сделанное во время макета, дает предварительный просмотр рендеринга. Скачать здесь.

Шаг 5: Сборка и установка

Сборка не представляет никаких проблем.

Печатная плата, поддерживающая компоненты, крепится к задней части светодиодного модуля с помощью прокладок.

Все провода припаяны во избежание плохих контактов.

Корпус набит самоклеящимися полосками из пенопласта. Это позволяет избежать использования винтов и позволяет сборке выдерживать вибрации велосипеда.

Разработанная таким образом (с многожильным проводом) система может быть легко собрана и разобрана.

Аккумулятор умещается в кармане куртки, который не выходит. Вечером он будет заряжен, чтобы на следующий день снова заработал.

У меня есть несколько версий блока питания, в том числе одна с 4 батареями по 2000 мАч (2x2). Автономность при этом достигает 8 часов. В этом случае полной зарядки хватит на всю ночь. Таким образом, разумно иметь несколько комплектов батарей.

Следует отметить, что яркость матрицы влияет на энергопотребление. Переменная "интенсив" программы может быть уменьшена для продления работы.

Заключение

Это несложный проект, если у вас хватит терпения выбрать подходящий материал (многожильный кабель, кнопки…).

Теперь я дополню эту сборку модулем гироскопа, чтобы настроить дисплей в соответствии с ускорением велосипеда.