Fietsverlichting: 5 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Doel van het project

Ontwerp en constructie van een voor- en achterverlichtingsinrichting voor een fiets bestaande uit:

• Verlichtingslamp voor.
• Aanwezigheidslicht en richtingaanwijzer (knipperend) aan de achterzijde.

Projectbeperkingen

• Enkele voeding.
• Verwijderbare voeding.
• Krachtige voor- en achterverlichting.
• Zichtbaar in het volle licht.
• Batterijbescherming tegen ontlading.
• Trillingsdemping.
• Eenvoudige integratie in de fiets.
• Uitbreidbaar project voor extra functies.

Werkingsprincipe

De stroom wordt ingeschakeld door de batterijkabel in het stopcontact te steken.

Het systeem start. Er verschijnt een afwisselend knipperen van twee LED-arrays.

Twee drukknoppen om gedurende enkele seconden een knipperende pijl die de richting aangeeft op de LED-matrix weer te geven. Tegelijkertijd klinkt er een tweetonig geluid door een actieve zoemer.

Het voorlicht van de fiets heeft een onafhankelijke schakelaar om het aan te zetten.

Stap 1: Lijst met elektronische componenten

• Keramische condensator 10n (2)
• Elektrolytische condensator 3, 3µF
• Elektrolytische condensator 1000µF (2)
• Weerstand 1K
• Weerstand 10K (2)
• Weerstand 33K
• Weerstand 1M
• Weerstand 33M
• Versterkerschakeling LM10
• Arduino mini Pro of Elegoo nano V3
• Schroeven en kunststof afstandhouders
• Zenerdiode 2, 5V
• Mosfet-transistor BUZ21
• Viervoudige led-matrix max7219
• Printplaat 30x70mm
• Pin-header

Stap 2: Lijst met accessoires voor fietsintegratie

• Verzegelde kunststof behuizing voor bedieningselementen
• Drukknop voor kortstondige activering (2)
• 5-polige kabel Led-lamp
• Batterij 18650 1500mAh (of meer capaciteit)(2)
• Waterdichte connectoren
• Plastic verpakking
• Actieve zoemer
• Retro-reflector
• Plexiglasplaat voor deksel
• Schroeven, ringen, moeren (4)
• Isolatietapes (verschillende diktes)

Stap 3: Technische beschrijving van het elektronische onderdeel

Het elektronische gedeelte bestaat uit 3 modules:

• Stroomregelaar 5V
• Beschermingscircuit tegen ontlading van de batterij
• De besturing van het display van het LED-matrixdisplay

Stroomregelaar 5V

De voeding van het systeem gebruikt twee 18650-batterijen in serie. De Arduino Pro Mini-controller levert een gereguleerde spanning van 5V die niet zal worden gebruikt om de LED-array van stroom te voorzien. Tijdens de tests destabiliseerde het stroomverbruik van de LED-array die rechtstreeks op de controller was aangesloten.

De regelaar is een MCP1700 met een lage spanningsval. Omdat ik geen regelaar heb die 5V levert, gebruik ik een 3.3V-regelaar waarvan de uitgangsspanning wordt verhoogd tot 5V door een Zener-diode te gebruiken (in plaats van de Zener kan men diodes in serie gebruiken).

Beschermingscircuit tegen ontlading van de batterij

Om de levensduur van de batterijen te verlengen, is het raadzaam ze niet volledig te ontladen. De gebruikte montage onderbreekt de stroomtoevoer wanneer de batterijspanning lager is dan 6V.

De LM10CN schakeling is een differentiële versterker die een interne referentiespanning heeft van 200mV welke te vergelijken is met de accuspanning. Hiervoor wordt een 1M-33K scheidingsbrug gebruikt die een spanning geeft van 200mV bij een accuspanning van 6V. Bij deze spanning wordt de Mosfet BUZ21 gedeactiveerd waardoor de voeding van het geheel wordt onderbroken.

De besturing van het LED-matrixdisplay:

Het schema is eenvoudig en vereist weinig componenten. Andere controllers van Arduino of Elegoo (Uno R3, nano-reeks, Mega 2560 R3, enz …) kunnen worden gebruikt.

De controller wordt bewaakt door twee drukknoppen. Een weerstand van 10K en een condensator van 10nF beschermen tegen bounce-spanningen.

Bij het opstarten van het systeem knippert de LED-matrix. Het is de standaardstatus. Door op een van de knoppen te drukken, schakelt de controller enkele seconden naar de "richtingaanwijzermodus" en geeft de miniluidspreker een geluid terwijl de LED-matrix de richting aangeeft.

Opmerkingen:

De Led-lamp wordt rechtstreeks aangesloten op de beschermde stroombron. Het wordt niet bestuurd door de Mini Pro-eenheid. 1000µ condensatoren beschermen de controller en de LED-array tegen stroompieken wanneer de LED-lamp wordt ingeschakeld of tegen stroomvariaties die verband houden met de werking van de LED-array.

Het gebruik van een 1500mAh voeding maakt een werking van 3 uur mogelijk (bij 530mA).

Overdag zonder Led-lamp is het verbruik 210mA met een autonomie van 7h (voeding 1500mAh).

Het gebruik van een 5000mAh-voeding verlengt de werking tot 10 uur (LED-lamp aan).

Stap 4: Programmabeschrijving

Het programma is vrij eenvoudig en is gebaseerd op de LedControl.h-bibliotheek. Alles kan hier worden geladen.

Een paar tips:

De intensiteit van de leds wordt weergegeven via de variabele "intens". U kunt een waarde kiezen tussen 0 (laag) en 8 (hoog).

De variabele "lange" geeft de duur van de weergave van de richtingspijlen aan. Door op een van de drukknoppen te drukken, worden de richtingspijlen weergegeven voor de tijd die wordt aangegeven door de variabele (in dit geval 5 seconden).

De variabele "blink1" maakt het knippereffect mogelijk wanneer er geen knop wordt ingedrukt. Het ondersteunt scrollen van links naar rechts of van rechts naar links, afhankelijk van de ingedrukte knop.

De functies "setRow" en "setColumn" worden gebruikt om de weergave effect te geven. De functie "setColumn" wordt gebruikt om de zijwaartse beweging van de pijlen te accentueren.

Een actieve zoemer wordt geactiveerd door de toonfunctie op poort 6. Het geproduceerde geluid is afhankelijk van de richting. Het geluid dat gedurende de 5 seconden wordt uitgezonden, stelt u in staat de status van het display te kennen.

Het programma loopt in een lus. Vanwege de hoge CPU-belasting wordt de weergavesnelheid weergegeven terwijl het programma draait. Op deze manier wordt een zekere visuele vloeibaarheid verkregen. Door de vertraging van het einde van de lus (100 en 300 ms) kan de scrollsnelheid worden versneld of vertraagd.

De video gemaakt tijdens de mock-up geeft een preview van de rendering. Hier te downloaden.

Stap 5: Montage en montage

De montage vormt geen enkel probleem.

De printplaat die de componenten ondersteunt, is met afstandhouders aan de achterkant van de LED-module bevestigd.

Alle draden zijn gesoldeerd om slechte contacten te voorkomen.

De behuizing is opgevuld met zelfklevende schuimstrips. Dit vermijdt het gebruik van schroeven en zorgt ervoor dat de montage bestand is tegen de trillingen van de fiets.

Zo ontworpen (met de meeraderige draadverbinding) kan het systeem eenvoudig worden gemonteerd en gedemonteerd.

De batterij past in de zak van mijn jas die hij niet verlaat. 's Avonds wordt hij opgeladen om de volgende dag weer operationeel te zijn.

Ik heb verschillende versies van de voeding waaronder een met 4 batterijen van 2000mAh (2x2). De autonomie gaat dan over tot 8 uur. In dit geval kan het volledige opladen de hele nacht duren. Het is dus verstandig om meerdere sets batterijen te hebben.

Opgemerkt moet worden dat de lichtintensiteit van de matrix het stroomverbruik beïnvloedt. De variabele "intens" van het programma kan worden verlaagd om de werking te verlengen.

Conclusie

Het is een eenvoudig project om uit te voeren, mits je het geduld hebt om het juiste materiaal te krijgen (meeraderige kabel, drukknoppen…).

Ik zal deze montage nu voltooien met een gyroscoopmodule om het display aan te passen aan de versnelling van de fiets.