Luci della bici: 5 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Obiettivo del progetto

Progettazione e realizzazione di un dispositivo di illuminazione anteriore e posteriore per bicicletta comprendente:

• Lampada di illuminazione anteriore.
• Luce di presenza e indicatore di direzione (lampeggiante) nella parte posteriore.

Vincoli del progetto

• Alimentazione singola.
• Alimentatore rimovibile.
• Potente illuminazione anteriore e posteriore.
• Visibile in piena luce.
• Protezione della batteria contro lo scaricamento.
• Smorzamento delle vibrazioni.
• Semplice integrazione nella bici.
• Progetto espandibile per funzionalità aggiuntive.

Principio di funzionamento

L'alimentazione viene attivata collegando il cavo della batteria.

Il sistema si avvia. Viene visualizzato un lampeggio alternato di due array di LED.

Due pulsanti per visualizzare una freccia lampeggiante che indica la direzione sulla matrice LED per alcuni secondi. Contemporaneamente viene emesso un suono bitonale da un buzzer attivo.

La luce anteriore della bici ha un interruttore indipendente per accenderla.

Passaggio 1: elenco dei componenti elettronici

• Condensatore ceramico 10n (2)
• Condensatore elettrolitico 3, 3µF
• Condensatore elettrolitico 1000µF (2)
• Resistenza 1K
• Resistenza 10K (2)
• Resistenza 33K
• Resistenza 1M
• Resistenza 33M
• Circuito amplificatore LM10
• Arduino mini Pro o Elegoo nano V3
• Viti e distanziali in plastica
• Diodo Zener 2, 5V
• Transistor Mosfet BUZ21
• Matrice quadrupla led max7219
• Cartone stampato 30x70mm
• Pin intestazione

Passaggio 2: elenco degli accessori per l'integrazione della bici

• Custodia in plastica sigillata per i controlli
• Pulsante di attivazione momentanea(2)
• Cavo a 5 pin Lampada a Led
• Batteria 18650 1500mAh (o più capacità)(2)
• Connettori impermeabili
• Contenitore di plastica
• Cicalino attivo
• Catarifrangente
• Targa in plexiglass per copertura
• Viti, rondelle, dadi (4)
• Nastri isolanti (vari spessori)

Fase 3: Descrizione Tecnica della Parte Elettronica

La parte elettronica è composta da 3 moduli:

• Regolatore di corrente 5V
• Circuito di protezione da scarica della batteria
• Il controllo del display del display a matrice di LED

Regolatore di corrente 5V

L'alimentatore del sistema utilizza due batterie 18650 in serie. Il controller Arduino Pro Mini fornisce una tensione regolata di 5V che non verrà utilizzata per alimentare l'array di LED. Durante i test, l'assorbimento di corrente dall'array di LED collegato direttamente al controller lo ha destabilizzato.

Il regolatore è un MCP1700 con una bassa caduta di tensione. Non avendo un regolatore che eroga 5V, utilizzo un regolatore da 3,3V la cui tensione di uscita viene aumentata a 5V utilizzando un diodo Zener (invece dello Zener si possono usare diodi in serie).

Circuito di protezione dallo scaricamento della batteria

Per prolungare la vita delle batterie si consiglia di non scaricarle completamente. Il montaggio utilizzato interrompe l'alimentazione quando la tensione della batteria è inferiore a 6V.

Il circuito LM10CN è un amplificatore differenziale che ha una tensione di riferimento interna di 200 mV che può essere confrontata con la tensione della batteria. A tale scopo viene utilizzato un ponte divisore 1M-33K che fornisce una tensione di 200mV quando la tensione della batteria è 6V. A questa tensione viene disattivato il Mosfet BUZ21 che interrompe l'alimentazione del gruppo.

Il controllo del display a matrice di LED

Lo schema è semplice e richiede pochi componenti. È possibile utilizzare altri controller di Arduino o Elegoo (Uno R3, nano range, Mega 2560 R3, ecc…).

Il controller è monitorato da due pulsanti. Una resistenza da 10K e un condensatore da 10nF proteggono dalle tensioni di rimbalzo.

All'avvio del sistema la matrice di LED lampeggia. È lo stato predefinito. Premendo uno dei pulsanti il controller passerà per alcuni secondi alla “modalità indicatore di direzione” e il mini altoparlante emetterà un suono mentre la matrice di LED indica la direzione.

Osservazioni:

La lampada Led è collegata direttamente alla fonte di alimentazione protetta. Non è controllato dall'unità Mini Pro. I condensatori da 1000µ proteggono il controller e l'array LED dai picchi di corrente quando la lampada LED è accesa o dalle variazioni di corrente legate al funzionamento dell'array LED.

L'utilizzo di un alimentatore da 1500mAh consente un funzionamento di 3 ore (a 530mA).

Di giorno senza lampada Led il consumo è di 210mA con un'autonomia di 7h (alimentazione 1500mAh).

L'utilizzo di un alimentatore da 5000mAh estende l'operatività a 10 ore (lampada LED accesa).

Passaggio 4: descrizione del programma

Il programma è abbastanza semplice e si basa sulla libreria LedControl.h. Tutto può essere caricato qui.

Alcuni suggerimenti:

L'intensità della visualizzazione dei led avviene tramite la variabile "intens". Puoi scegliere un valore tra 0 (basso) e 8 (alto).

La variabile "long" indica la durata della visualizzazione delle frecce di direzione. Premendo uno dei pulsanti verranno visualizzate le frecce di direzione per il tempo indicato dalla variabile (in questo caso 5 secondi).

La variabile "blink1" consente l'effetto di lampeggio quando non viene premuto alcun pulsante. Supporta lo scorrimento da sinistra a destra o da destra a sinistra a seconda del pulsante premuto.

Le funzioni "setRow" e "setColumn" servono per dare effetto alla visualizzazione. La funzione "setColumn" viene utilizzata per accentuare il movimento laterale delle frecce.

Un cicalino attivo viene attivato dalla funzione tono sulla porta 6. Il suono emesso è diverso a seconda della direzione. Il suono emesso durante i 5 secondi permette di conoscere lo stato del display.

Il programma viene eseguito in un ciclo. A causa dell'elevato carico della CPU, la velocità di visualizzazione viene visualizzata durante l'esecuzione del programma. In questo modo si ottiene una certa fluidità visiva. Il ritardo di fine loop (100 e 300 ms) consente di accelerare o rallentare la velocità di scorrimento.

Il video realizzato durante il mock-up fornisce un'anteprima del rendering. Da scaricare qui.

Passaggio 5: assemblaggio e montaggio

Il montaggio non pone alcun problema.

Il circuito stampato che supporta i componenti è fissato sul retro del modulo LED con distanziali.

Tutti i fili sono saldati per evitare cattivi contatti.

L'alloggiamento è imbottito con strisce di schiuma autoadesive. Questo evita l'uso di viti e permette al montaggio di resistere alle vibrazioni della bici.

Così progettato (con il collegamento a più fili) il sistema può essere facilmente montato e smontato.

La batteria si inserisce nella tasca della mia giacca che non lascia. La sera verrà ricaricata per essere nuovamente operativa il giorno successivo.

Ho diverse versioni di alimentatore tra cui una con 4 batterie da 2000mAh (2x2). L'autonomia passa quindi fino a 8 ore. In questo caso la ricarica completa può durare tutta la notte. È quindi opportuno disporre di diversi set di batterie.

Va notato che l'intensità della luce della matrice influisce sul consumo di energia. La variabile "intens" del programma può essere ridotta per prolungare il funzionamento.

Conclusione

È un progetto facile da realizzare a patto di avere la pazienza di procurarsi il materiale giusto (cavo multifilare, pulsanti…).

Ora completerò questo assemblaggio con un modulo giroscopio in modo da adattare il display in base all'accelerazione della bici.