Fahrrad-Energie-Demo (Build): 7 Schritte

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Der Zweck dieses Instructable war es, eine interaktive Fahrrad-Energie-Demonstration zu erstellen, um das Interesse der Kinder an der Technik zu wecken. Das Projekt funktioniert wie folgt: Wenn ein Kind das Fahrrad schneller in die Pedale tritt, kann es mehr Lichter auf der Anzeigetafel aktivieren und schließlich das Wort CITADEL in blauen LED-Leuchten buchstabieren. Wenn der Fahrer weiter schneller tritt, kann er die Augen der Bulldogge als rote LED-Leuchten aktivieren. Die Breite jeder Baugruppe überschreitet nie 30 Zoll, um sicherzustellen, dass das Projekt durch jede Standardgröße von Türen in Klassenzimmer passt. Die Anzeigetafel ist auf Rädern aufgebaut, so dass sie leicht zu transportieren ist. Mit allen verfügbaren Materialien und Werkzeugen wird dieses Projekt ungefähr 6 bis 10 Tage dauern. Die geschätzten Kosten betragen etwa 400 USD, wenn Sie alle Hardware / elektrischen Komponenten sowie das Fahrrad kaufen müssen.

Verwendete Werkzeuge: Bohrmaschine, Tischkreissäge, Stichsäge, Bohrmaschine, Schleifer, Maßband, Schraubstock, Steckschlüsselsatz, Lötkolben, Drahtcrimpwerkzeug, 3D-Drucker, verschiedene Haushaltswerkzeuge (Zangen, Scheren usw.)

Verwendete Materialien:

12 mm diffuse dünne Digitel RGB-LED-Pixel (Strang von 25) (2)

GDSTIME 5V DC 50mm Lüfter (2)

Arduino Uno

5 mm (HTD) Teilung, 15 mm breiter einseitiger Riemen

Kent 20" Boys Ambush Fahrrad oder jedes andere 20" Fahrrad mit hinteren Fußrasten

Großer Kühlkörper - Multiwatt-Paket (von Sparkfun) (5)

Wetterschutz 2"x4"x8' Druckbehandeltes Holz Everbilt 1-1/2" (4)

Sperrholz für Anzeigetafel (leicht, aber etwas haltbar)

Spanplatte für Buchstaben

Quadratische Holzdübel für Anzeigetafelbeine

Vorteilspaket Eckstreben (18564)

Everbilt 2 schwere Eckstrebe (2er Pack)

Grip-Rite #8 x 2” Schrauben (Modell # PTN2S1)

24V 250W Elektroroller Motor für Riemenantrieb Roller (Artikel # MOT-24250B)

WIR-110, 16 Gauge schwarzer Stromkabeldraht (12 ft)

WIR-110, 16 Gauge roter Stromkabeldraht (12 Fuß)

16-20 Gauge Draht

Linearer Spannungsregler LM338T/NOPB

5-Gang-Klemmenblock (2)

Lötplatinen

1,0 Ohm Widerstände (5)

5.1-kOhm-Widerstände (2)

150 Ohm Widerstand

100 kOhm Widerstand

2200 uF Kondensator

20 kOhm Widerstand

200 pF Kondensator

5V Zener-Diode

2N2905 Transistor oder gleichwertig

1.5k Potentiometer

LM308 Operationsverstärker

Überbrückungskabel-Kit

Farbe / Pinsel

Schritt 1: Aufbau des Trainers

Beginnen Sie mit dem Schneiden von 2x4x8 Holzstücken in zwei 28" Bretter, zwei weitere Bretter bei 24" und zwei weitere bei 16". Dafür benötigen Sie zwei 2x4x8 Bretter. Schneiden Sie zusätzlich vier Bretter mit 45-Grad-Winkel an jedem Ende. Diese beiden Bretter sollten 10" lang sein. Verwenden Sie mit den 16"-Brettern eine Stichsäge, um Kerben in das Brett zu schneiden, die 3" tief und 1 3/4" breit sind. Es ist hilfreich, diese Abmessungen vor dem Schneiden nachzuzeichnen.

Nehmen Sie 2 der 10" Bretter und befestigen Sie sie an einem der 16" Bretter. Stellen Sie das 16" Brett nach rechts auf und lehnen Sie die 10" Bretter gegen jede Seite des 16" so, dass sie bündig mit dem Brett und dem Boden sind. Verwenden Sie Schrauben, um die 3 Bretter aneinander zu befestigen. Wiederholen Sie diesen Vorgang für die restlichen 16" und zwei 10"-Platinen.

Markieren Sie die mittlere 12"-Markierung beider 24"-Platten und die Mitte der 16"-Platten. Richten Sie die beiden Markierungen so aus, dass die 16"-Platte aufrecht und bündig mit der 24"-Platine auf der Seite liegt. Bohren Sie 2 Schrauben in die 16" zum 24" Board und 2 weitere für jedes 10" Board zum 24" Board. Wiederholen Sie diesen Vorgang mit dem anderen 24" Board und dem 16" Board mit den 10" Boards befestigt.

Als nächstes markieren Sie die Mitte des Brettes auf jedem der 28" Bretter. Machen Sie eine weitere Markierung 4" auf jeder Seite der 14" Markierung. Zwischen diesen 2 Markierungen sollten 8" sein. Richten Sie die 24"-Platinen an diesen Markierungen mit der Innenseite der Platine an der Markierung aus. Bohren Sie jeweils 2 Schrauben, um die 3 Platinen aneinander zu befestigen. Wiederholen Sie dies mit der anderen 28"-Platine, damit alle verbunden sind.

Schritt 2: Motorspanner aufbauen/anbringen

Eine geeignete Methode zum Spannen des Riemens abzuleiten, war etwas, mit dem das Team zu kämpfen hatte. Wir gingen einige verschiedene Ideen durch, bevor wir zu dem kamen, was oben zu sehen ist. Eine Metallgleitschiene wäre ideal gewesen, aber aufgrund eines geringen Budgets musste sich das Team mit einer provisorischen Holzschiene begnügen.

Erstellen Sie zunächst eine L-förmige Figur mit 2 "x 4" Blöcken. Der untere Teil des L, an dem die Schiene befestigt wird, sollte ungefähr 20 cm lang sein. Der obere Teil ungefähr 15 cm hoch. Schneiden Sie einen weiteren 2 "x 4" Block für die Motorhalterung. Das Team verwendete einen kleinen rechteckigen Ersatzholzpfosten, den wir gefunden hatten, um das Schienensystem zu erstellen. Die untere Schiene wird von zwei Schienen überspannt, die an der Unterseite des Motorblocks montiert sind. Der Schlüssel hier ist, Holz zu verwenden, das haltbar genug ist, um nicht zu spalten, wenn es in die 2 "x 4" geschraubt wird. Das Team verwendete eine Bohrmaschine, um ein Loch durch den 2 "x 4" Block zu bohren, an dem der Motor montiert ist. Ein weiteres Loch wurde durch den oberen Teil des L gebohrt. Ein langer Bolzen wurde ganz durch das System geführt. Achten Sie darauf, an beiden Enden große Unterlegscheiben zu verwenden, um die Last zu verteilen. Die Endmontage wurde mit L-Bügeln am Trainer befestigt. Zwischen Schiene und Trainer wurde ein kleiner Holzklotz eingefügt, um die Neigung des Systems, sich bei hoher Spannung zu verbiegen, zu verhindern. Es ist hilfreich, die Baugruppe bei der Montage am Trainer von jemandem festzuhalten, um eine korrekte Ausrichtung mit dem Hinterreifen zu gewährleisten.

Schritt 3: Entfernen Sie den Hinterreifen vom Fahrrad und befestigen Sie die hinteren Pegs

Um den Hinterreifen vom Fahrrad zu entfernen, lassen Sie zuerst die Luft aus dem Reifen. Als nächstes entfernen Sie die Muttern, die das Lager für das Hinterrad halten. Trennen Sie die Kette vom Hinterrad. Wenn das Fahrrad über Hinterradbremsen verfügt, müssen möglicherweise die Hinterradbremsbeläge entfernt werden. Sobald das Rad und der Reifen vollständig entfernt sind, verwenden Sie ein Brecheisen, um den Reifen über die Seite des Rads zu spannen. Während Sie das Brecheisen zwischen Rad und Reifen halten, lassen Sie das Rad von jemandem drehen, um den Reifen langsam abzuhebeln. Befolgen Sie nach Abschluss die Schritte in umgekehrter Reihenfolge, um das Laufrad wieder am Fahrrad zu installieren. Achten Sie darauf, den Riemen vor dem Wiedereinbau um das Rad zu legen. Um die Rasten zu montieren, schieben Sie diese über die Hinterachse, bevor Sie die Befestigungsmuttern wieder montieren.

Schritt 4: Aufbau der Schaltung

Die im Schaltplan gezeigte Schaltung wurde über den bereitgestellten Link abgerufen:

makingcircuits.com/blog/how-to-make-a-25-a…

Die von uns gebaute Schaltung hat zwei Funktionen. Die erste besteht darin, den variablen DC-Spannungseingang vom Motor auf einen konstanten 5 V DC-Ausgang zu regulieren, der zur Stromversorgung der Leuchten verwendet wird. Die zweite Möglichkeit besteht darin, einen Spannungsteiler zu verwenden, um die Ausgangsspannung des Motors auf 0 bis 5 Volt zu reduzieren. Dieser Ausgang wird dann in den analogen Eingangsport des Arduino Uno eingegeben, der eine Grenze von 5 V hat. Der Arduino Uno ist so codiert, dass er bestimmte Lichter bei einer bestimmten Spannung aktiviert. Dieser Code ist unten angegeben.

Die im obigen Schema gezeigte Schaltung wird verwendet, um den Strom gleichmäßig auf 5 lineare Spannungsregler (lm338) zu verteilen. Diese Regler können nicht einfach parallel geschaltet werden, um die Last zu verteilen, da Unterschiede in ihren internen Komponenten zu geringfügig unterschiedlichen Ausgängen führen. Der Linearregler mit der höchsten Leistung übernimmt am Ende die gesamte Last. Die Verwendung der obigen Schaltung stabilisiert die Ausgänge und verteilt die Last gleichmäßig. Die Lichter ziehen einen maximalen Strom von etwa 1,5 A, konfiguriert mit den gewählten Farben (48 blau 2 rot). Die Codierung der Lichter auf alle weiß würde die maximale Stromaufnahme (3A) erzeugen. Die Spannung wird von maximal 28V auf 5V heruntergeregelt. Dies ist ein Unterschied von 23 V. 23 V x 1,5 A = 34,5 W Leistung, die als Wärme abgeführt werden muss. Deshalb ist dem Team die Lastverteilung zwischen den Reglern so wichtig. Würde ein Regler die gesamte Last übernehmen, würde er seine maximale Betriebstemperatur überschreiten.

Bauen Sie zuerst die Schaltung auf einem lötfreien Steckbrett auf. Ein ziemlich großer Kondensator (wir haben einen 2200 uF verwendet) muss über den Motorausgang gelegt werden, um das Rauschen zu verringern. Dies bereinigt die Eingabe, die das Arduino empfängt, und macht die Lichtanzeige konsistenter (Lichter blinken nicht unregelmäßig). Wenn Sie jedoch eine Anfall produzierende Maschine erstellen möchten, sparen Sie 2 USD und entleeren Sie den Kondensator. Als nächstes integrieren Sie die Spannungsteilerschaltung. Führen Sie ein Überbrückungskabel vom Spannungsteiler zum analogen Eingang A0 des Arduino Uno. Stecken Sie den Arduino ebenfalls in den Boden. Siehe Zeichnung im Anhang. Weitere Informationen zur Verkabelung der Leuchten finden Sie unter folgendem Link:

learn.adafruit.com/12mm-led-pixels/wiring

Schritt 5: Testen der Schaltung

Die oben auf dem Labortisch zu sehende Ausrüstung ist nützlich, aber nicht erforderlich, um die Schaltung zu testen. Sie benötigen jedoch eine Möglichkeit, die Ausgangswelle des Gleichstrommotors zu drehen. Im Idealfall hätten wir das Fahrrad einfach benutzt, aber da es noch in der Post war, mussten wir eine alternative Lösung finden. Stellen Sie sicher, dass Sie die Polarität des Motors umkehren (Erdungsdraht (schwarz) wird heiß und heißer (roter) Draht wird geerdet). Sobald alles angeschlossen ist, stellen Sie das Potentiometer in der Schaltung ein, bis Sie eine Ausgangsspannung von 5 V erhalten. Dazu kann jedes handelsübliche Voltmeter verwendet werden. Die Schaltung muss unter einer erheblichen Last stehen, um den Spannungsausgang richtig einzustellen. Die Arduino-Computersoftware muss heruntergeladen werden, um den Code für den Mikrocontroller auszuführen. Die FastLED-Bibliothek muss ebenfalls installiert werden. Sobald die Software heruntergeladen ist und Sie den Code auf das Arduino hochladen, gehen Sie zum seriellen Monitor in der oberen rechten Ecke und Sie können den Spannungseingang beobachten, den das Arduino Uno empfängt. Nehmen Sie Anpassungen vor, um den Kreislauf bei Bedarf so weit wie möglich zu verdichten und testen Sie erneut. Stellen Sie sicher, dass alle Komponenten ordnungsgemäß funktionieren, bevor Sie fortfahren.

Schritt 6: Löten Sie die Schaltung

Im Bild oben können Sie feststellen, dass zwei Leiterplatten gebaut sind. Ursprünglich plante das Team, 10 lineare Spannungsregler lm338 zu verwenden, stellte jedoch nach weiteren Tests fest, dass eine Schaltung mit 5 erheblich war. Die Platine, die wir letztendlich nicht benötigten, enthielt jedoch den Spannungsteiler und wird daher immer noch verwendet.

Aus persönlicher Vorliebe entschied sich das Team, die Linearregler auf die Platine zu brücken. Dadurch konnten wir sie etwas freier montieren und die großen Kühlkörper besser abstützen. Löten Sie alle Komponenten von Ihrem Prototyp auf Ihre neue Lötplatine. Wir haben eine Permaproto-Platine verwendet, damit die Schaltung beim Verschieben von der lötfreien Steckplatine eine exakte Nachbildung ist. Zwei 5-Gang-Klemmenblöcke wurden verwendet, um eine schnelle Trennung vom Motor und den Lichtern zu ermöglichen.

Schritt 7: Bauen Sie die Anzeigetafel auf

Die Anzeigetafel wurde in einer Reihe von Schritten gebaut.

1) Die Anzeigetafel besteht aus einer Tafel und einer Halterung. Das Display ist aus dünnem Holz gefertigt und an einem Ständer mit einer Größe von 57 1/2 Zoll mal 5 Fuß befestigt. Winkel vom Hinterbein zum vertikalen Stand. Dies wurde mit Holz und Schrauben gebaut. Nach Fertigstellung des Boards und des Ständers wurden an den jeweiligen Ecken jeweils vier Räder in die Halterung gebohrt

2) Die Anzeige der Buchstaben (C-I-T-A-D-E-L) wurde getrennt von Anzeige und Halterung aufgebaut. Die Buchstaben wurden zuerst gezeichnet und dann aus Spanplattenfliesen geschnitten, die 8 x 12 Zoll groß waren. Die Buchstaben haben alle eine Größe von 10 Zoll mit unterschiedlichen Breiten. Die Buchstaben wurden außen mit einer Bandsäge und innen mit einer Stichsäge geschnitten.

3) Nachdem die Buchstaben geschnitten wurden, wurden sie mit flüssigem Nagel an der Tafel befestigt. Dadurch wurde sichergestellt, dass die Briefe an der Tafel befestigt wurden. Als nächstes wurden mit einem 12'-Bit Löcher in die Buchstaben gebohrt. Dies würde sicherstellen, dass die Lichter angezeigt werden.

4) Als nächstes wurde das Display weiß gestrichen und die Buchstaben (C-I-T-A-D-E-L) wurden babyblau gestrichen. Der Rahmen der Platine wurde dann mit einer blauen Zierleiste versehen.

5) Die Buchstaben (T-H-E) wurden alle in einer Höhe von 4 mit unterschiedlichen Breiten auf die Tafel gemalt.

6) Die Bulldogge an der Unterseite des Brettes wurde mit einer Mischung aus Acrylfarbe auf das Brett gemalt. Löcher wurden mit einem 12-mm-Bohrer durch die Augen gebohrt, um die Lichter zu passen.

7) Schließlich wurden die Lichter in die Tafel gelegt und die Anzeigetafel war fertig.