Fahrradbeleuchtung - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Ziel des Projekts

Entwurf und Konstruktion einer vorderen und hinteren Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrrad, umfassend:

• Frontbeleuchtung Lampe.
• Präsenzlicht und Fahrtrichtungsanzeiger (blinkend) hinten.

Limitierungen für das Projekt

• Einzelstromversorgung.
• Abnehmbares Netzteil.
• Leistungsstarke Front- und Heckbeleuchtung.
• Bei vollem Licht sichtbar.
• Batterieschutz gegen Entladung.
• Schwingungsdämpfung.
• Einfache Integration in das Fahrrad.
• Erweiterbares Projekt für zusätzliche Funktionen.

Funktionsprinzip

Die Stromversorgung wird durch Einstecken des Batteriekabels eingeschaltet.

Das System startet. Es erscheint ein abwechselndes Blinken von zwei LED-Arrays.

Zwei Drucktasten zur Anzeige eines blinkenden Pfeils, der für einige Sekunden die Richtung auf der LED-Matrix anzeigt. Gleichzeitig ertönt ein zweifarbiger Ton von einem aktiven Summer.

Das Frontlicht des Fahrrads hat einen unabhängigen Schalter, um es einzuschalten.

Schritt 1: Liste der elektronischen Komponenten

• Keramikkondensator 10n (2)
• Elektrolytkondensator 3, 3µF
• Elektrolytkondensator 1000µF (2)
• Widerstand 1K
• Widerstand 10K (2)
• Widerstand 33K
• Widerstand 1M
• Widerstand 33M
• Verstärkerschaltung LM10
• Arduino mini Pro oder Elegoo nano V3
• Schrauben und Abstandshalter aus Kunststoff
• Zenerdiode 2, 5V
• Mosfet-Transistor BUZ21
• Vierfach-LED-Matrix max7219
• Leiterplatte 30x70mm
• Stiftleiste

Schritt 2: Zubehörliste für die Fahrradintegration

• Versiegeltes Kunststoffgehäuse für Bedienelemente
• Taster für kurzzeitige Aktivierung (2)
• 5-poliges Kabel LED-Lampe
• Akku 18650 1500mAh (oder mehr Kapazität)(2)
• Wasserdichte Anschlüsse
• Plastikbehälter
• Aktiver Summer
• Retro-Reflektor
• Plexiglasplatte für Abdeckung
• Schrauben, Unterlegscheiben, Muttern (4)
• Isolierbänder (verschiedene Dicken)

Schritt 3: Technische Beschreibung des elektronischen Teils

Der elektronische Teil besteht aus 3 Modulen:

• Stromregler 5V
• Batterieentladungsschutzschaltung
• Die Steuerung des Displays des LED-Matrix-Displays

Stromregler 5V

Die Stromversorgung des Systems erfolgt über zwei in Reihe geschaltete 18650-Batterien. Der Arduino Pro Mini-Controller liefert eine geregelte Spannung von 5 V, die nicht zur Stromversorgung des LED-Arrays verwendet wird. Während der Tests destabilisierte die Stromaufnahme des direkt an den Controller angeschlossenen LED-Arrays diesen.

Der Regler ist ein MCP1700 mit geringem Spannungsabfall. Da ich keinen Regler habe, der 5 V liefert, verwende ich einen 3,3-V-Regler, dessen Ausgangsspannung durch Verwendung einer Zener-Diode auf 5 V erhöht wird (anstelle der Zener-Diode kann man Dioden in Reihe verwenden).

Batterieentladungsschutzschaltung

Um die Lebensdauer der Batterien zu verlängern, ist es ratsam, diese nicht vollständig zu entladen. Die verwendete Halterung unterbricht die Stromversorgung, wenn die Batteriespannung unter 6V liegt.

Die Schaltung des LM10CN ist ein Differenzverstärker mit einer internen Referenzspannung von 200 mV, die mit der Batteriespannung verglichen werden kann. Zu diesem Zweck wird eine 1M-33K Teilerbrücke verwendet, die bei einer Batteriespannung von 6V eine Spannung von 200mV liefert. Bei dieser Spannung wird der Mosfet BUZ21 deaktiviert, wodurch die Stromversorgung der Baugruppe unterbrochen wird.

Die Steuerung des LED-Matrix-Displays

Der Schaltplan ist einfach und erfordert wenige Komponenten. Andere Controller von Arduino oder Elegoo (Uno R3, Nano Range, Mega 2560 R3, etc…) können verwendet werden.

Der Controller wird durch zwei Taster überwacht. Ein 10K-Widerstand und ein 10nF-Kondensator schützen vor Prellspannungen.

Beim Systemstart blinkt die LED-Matrix. Es ist der Standardzustand. Durch Drücken einer der Tasten wechselt der Controller für einige Sekunden in den „Blinker-Modus“und der Mini-Lautsprecher gibt einen Ton aus, während die LED-Matrix die Richtung anzeigt.

Bemerkungen:

Die LED-Lampe wird direkt an die geschützte Stromquelle angeschlossen. Es wird nicht von der Mini Pro-Einheit gesteuert. 1000µ-Kondensatoren schützen den Controller und das LED-Array vor Stromstößen beim Einschalten der LED-Lampe oder vor Stromschwankungen im Zusammenhang mit dem Betrieb des LED-Arrays.

Die Verwendung eines 1500mAh Netzteils ermöglicht einen Betrieb von 3 Stunden (bei 530mA).

Tagsüber ohne LED-Lampe beträgt der Verbrauch 210 mA bei einer Autonomie von 7 Stunden (Netzteil 1500 mAh).

Die Verwendung eines 5000mAh Netzteils verlängert den Betrieb auf 10 Stunden (LED-Lampe an).

Schritt 4: Programmbeschreibung

Das Programm ist recht einfach und basiert auf der Bibliothek LedControl.h. Hier kann alles geladen werden.

Ein paar Hinweise:

Die Intensität der LED-Anzeige erfolgt über die Variable "Intens". Sie können einen Wert zwischen 0 (niedrig) und 8 (hoch) wählen.

Die Variable „lang“gibt die Dauer der Anzeige der Richtungspfeile an. Durch Drücken einer der Tasten werden die Richtungspfeile für die durch die Variable angegebene Zeit (in diesem Fall 5 Sekunden) angezeigt.

Die Variable "blink1" ermöglicht den Blinkeffekt, wenn keine Taste gedrückt wird. Es unterstützt das Scrollen von links nach rechts oder von rechts nach links, abhängig von der gedrückten Taste.

Die Darstellung wird mit den Funktionen "setRow" und "setColumn" wirksam. Die Funktion "setColumn" wird verwendet, um die seitliche Bewegung der Pfeile zu betonen.

Ein aktiver Summer wird durch die Tonfunktion an Port 6 aktiviert. Der ausgegebene Ton ist je nach Richtung unterschiedlich. Der während der 5 Sekunden ausgegebene Ton ermöglicht es Ihnen, den Status des Displays zu erkennen.

Das Programm läuft in einer Schleife. Aufgrund der hohen CPU-Last wird die Anzeigegeschwindigkeit während des Programmablaufs angezeigt. Auf diese Weise wird eine gewisse visuelle Fließfähigkeit erreicht. Die Loop-End-Verzögerung (100 und 300 ms) ermöglicht es, die Scrollgeschwindigkeit zu beschleunigen oder zu verlangsamen.

Das während des Mock-up erstellte Video gibt eine Vorschau des Renderings. Zum Download hier.

Schritt 5: Montage und Montage

Die Montage stellt kein Problem dar.

Die Leiterplatte mit den Bauteilen wird mit Abstandshaltern auf der Rückseite des LED-Moduls befestigt.

Alle Drähte sind verlötet, um schlechte Kontakte zu vermeiden.

Das Gehäuse ist mit selbstklebenden Schaumstoffstreifen gepolstert. Dies vermeidet die Verwendung von Schrauben und ermöglicht es der Montage, den Vibrationen des Fahrrads standzuhalten.

So konzipiert (mit dem mehrdrähtigen Anschluss) lässt sich das System leicht montieren und demontieren.

Der Akku passt in die Tasche meiner Jacke, die er nicht verlässt. Am Abend wird es wieder aufgeladen, um am nächsten Tag wieder einsatzbereit zu sein.

Ich habe mehrere Versionen von Netzteilen, darunter eine mit 4 Batterien von 2000mAh (2x2). Die Autonomie vergeht dann bis zu 8 Stunden. In diesem Fall kann das vollständige Aufladen die ganze Nacht dauern. Es ist daher sinnvoll, mehrere Sätze von Batterien zu haben.

Es ist zu beachten, dass die Lichtintensität der Matrix den Stromverbrauch beeinflusst. Die Variable "intens" des Programms kann reduziert werden, um den Betrieb zu verlängern.

Abschluss

Es ist ein einfaches Projekt, vorausgesetzt, Sie haben die Geduld, das richtige Material (mehradriges Kabel, Druckknöpfe…) zu besorgen.

Diesen Zusammenbau ergänze ich nun mit einem Gyroskop-Modul, um die Anzeige entsprechend der Beschleunigung des Bikes anzupassen.