Dimostrazione di energia per biciclette (Build): 7 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Lo scopo di questo Instructable era creare una dimostrazione interattiva dell'energia della bicicletta per stimolare l'interesse dei bambini per l'ingegneria. Il progetto funziona nel modo seguente, poiché un bambino pedala più velocemente sulla bicicletta, è in grado di attivare più luci sul tabellone, alla fine sillabando la parola CITADEL con luci a LED blu. Mentre il pilota continua a pedalare più velocemente, è quindi in grado di attivare gli occhi del bulldog come luci a LED rosse. La larghezza di ogni gruppo non supera mai i 30 pollici per garantire che il progetto sia in grado di adattarsi alle aule attraverso qualsiasi porta di dimensioni standard. Il tabellone è costruito su ruote in modo da essere facilmente trasportabile. Con tutti i materiali e gli strumenti disponibili, questo progetto richiederà dai 6 ai 10 giorni per essere completato a un costo stimato di circa $ 400 USD se devi acquistare tutti i componenti hardware/elettrici e la bici.

Strumenti utilizzati: trapano elettrico, sega da tavolo, seghetto alternativo, trapano a colonna, levigatrice, metro a nastro, impugnatura per morsa, set di chiavi a bussola, saldatore, strumento di crimpatura del filo, stampante 3D, vari strumenti domestici (pinze, forbici, ecc.)

Materiali usati:

Pixel LED RGB Digitel sottili diffusi da 12 mm (filo di 25) (2)

Ventola GDSTIME 5V CC 50mm (2)

Arduino Uno

Passo 5 mm (HTD), cinghia a un lato largo 15 mm

Kent 20" Boys Ambush Bicycle o qualsiasi altra bici da 20" con pedane posteriori

Grande dissipatore di calore - Pacchetto Multiwatt (da Sparkfun) (5)

Weathershield 2"x4"x8' Legname trattato a pressione Everbilt 1-1/2" (4)

Compensato per tabellone (voglio leggero ma in qualche modo resistente)

Pannello truciolare per lettere

Tasselli quadrati in legno per le gambe del tabellone

Pacchetto Value Brace d'angolo (18564)

Supporto angolare per impieghi gravosi Everbilt 2 (confezione da 2)

Viti Grip-Rite n. 8 x 2 (modello n. PTN2S1)

Motore per scooter elettrico da 24 V 250 W per scooter con trasmissione a cinghia (articolo n. MOT-24250B)

WIR-110, cavo di alimentazione nero calibro 16 (12 piedi)

WIR-110, cavo di alimentazione rosso calibro 16 (12 piedi)

Cavo calibro 16-20

Regolatore di tensione lineare LM338T/NOPB

Morsettiera 5 posti (2)

Schede di saldatura

Resistori da 1,0 Ohm (5)

Resistori da 5.1 kOhm (2)

Resistenza da 150 Ohm

Resistenza da 100 kOhm

Condensatore da 2200 uF

Resistenza da 20 kOhm

Condensatore da 200 pF

Diodo Zener 5V

Transistor 2N2905 o equivalente

Potenziometro 1.5k

LM308 Amplificatore operazionale

Kit cavi jumper

Vernice / Pennelli per dipingere

Passaggio 1: costruire il formatore

Inizia tagliando un pezzo di legno 2x4x8 in due tavole da 28 ", altre due tavole a 24" e altre due a 16". Avrai bisogno di due tavole 2x4x8 per questo. Taglia altre quattro tavole con angoli di 45 gradi su ciascuna estremità. Queste due schede dovrebbero essere lunghe 10 pollici. Usando le tavole da 16", usa un seghetto alternativo per tagliare tacche nella tavola che sono profonde 3" e larghe 1 3/4". È utile tracciare queste dimensioni prima di fare il taglio.

Prendi 2 delle tavole da 10" e attaccale a una delle tavole da 16". Metti la tavola da 16" in alto a destra e appoggia le tavole da 10" contro ciascun lato del 16" in modo che siano a filo con la tavola e il pavimento. Usa le viti per fissare le 3 tavole insieme. Ripeti questo processo per i restanti 16" e due tavole da 10".

Segna il segno centrale da 12" di entrambe le schede da 24" e il centro delle schede da 16". Allineare i due segni insieme in modo che la scheda da 16" sia in posizione verticale e a filo con la scheda da 24" che giace su un lato. Forare 2 viti dalla scheda da 16" alla scheda da 24" e altri 2 per ogni scheda da 10" alla scheda da 24". Ripetere questo processo con l'altra scheda da 24" e la scheda da 16" con le schede da 10" attaccate.

Quindi, segna il centro della tavola su ciascuna delle tavole da 28". Fai un altro segno da 4" su ciascun lato del segno da 14". Dovrebbero esserci 8" tra questi 2 segni. Allineare le schede da 24" su questi segni con l'interno della scheda sul segno. Praticare 2 viti in ciascuna per fissare le 3 schede insieme. Ripetere l'operazione con l'altra scheda da 28" in modo che siano tutte collegate.

Passaggio 2: costruzione/collegamento del tenditore del motore

Trovare un modo adatto per tendere la cintura è stato qualcosa con cui la squadra ha lottato. Abbiamo esaminato alcune idee diverse prima di arrivare a quanto visto sopra. Un binario di scorrimento in metallo sarebbe stato l'ideale, ma a causa di un budget ridotto la squadra ha dovuto accontentarsi di un binario di legno di fortuna.

Inizia creando una figura a forma di L usando blocchi di 2 "x4". La parte inferiore della L su cui verrà montato il binario dovrebbe essere lunga circa 20 cm. La parte superiore alta circa 15 cm. Taglia un altro blocco da 2"x4" per il supporto del motore. Il team ha utilizzato un piccolo palo di legno rettangolare di riserva che abbiamo trovato per creare il sistema di binari. La guida inferiore è a cavallo di due guide montate sul fondo del blocco motore. La chiave qui è usare un legno abbastanza resistente da non spaccarsi quando viene avvitato nel 2"x4". Il team ha usato un trapano a colonna per praticare un foro fino in fondo al blocco 2"x4" su cui è montato il motore. Un altro foro è stato praticato attraverso la parte superiore della L. Un lungo bullone è stato fatto passare attraverso il sistema. Assicurati di utilizzare rondelle grandi su entrambe le estremità per distribuire il carico. L'assemblaggio finale è stato montato sul trainer utilizzando staffe a L. Un piccolo blocco di legno è stato inserito tra il binario e il trainer per prevenire la tendenza del sistema a piegarsi quando è sotto alta tensione. È utile avere qualcuno che tenga il gruppo in posizione quando lo si monta sul trainer per garantire il corretto allineamento con il pneumatico posteriore.

Passaggio 3: rimuovere il pneumatico posteriore dalla bicicletta e collegare i pioli posteriori

Per rimuovere il pneumatico posteriore dalla bicicletta, prima sgonfiare il pneumatico. Quindi rimuovere i dadi che tengono il cuscinetto in posizione per la ruota posteriore. Scollegare la catena dall'ingranaggio posteriore. Se la bicicletta è dotata di freni posteriori, potrebbe essere necessario rimuovere le pastiglie dei freni posteriori. Una volta che la ruota e il pneumatico sono completamente smontati, usa un piede di porco per allungare il pneumatico sul lato della ruota. Mantenendo il piede di porco tra la ruota e il pneumatico, chiedi a qualcuno di girare la ruota per staccare lentamente il pneumatico. Una volta completato, segui i passaggi in ordine inverso per reinstallare la ruota sulla bici. Assicurati di mettere la cintura attorno alla ruota prima di reinstallarla. Per installare i pioli, farli scorrere sull'asse posteriore prima di reinstallare i dadi di fissaggio.

Passaggio 4: costruire il circuito

Il circuito visto nello schema è stato ricavato dal link fornito:

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

Il circuito che abbiamo costruito ha due funzioni. Il primo consiste nel regolare l'ingresso di tensione CC variabile dal motore a un'uscita CC a 5 V costante utilizzata per alimentare le luci. Il secondo consiste nell'utilizzare un partitore di tensione per ridurre l'uscita di tensione dal motore tra 0 e 5 volt. Questa uscita viene quindi immessa nella porta di ingresso analogica di Arduino Uno che ha un limite di 5V. L'Arduino Uno è codificato per attivare luci specifiche a una certa tensione. Questo codice è fornito di seguito.

Il circuito mostrato nello schema sopra viene utilizzato per distribuire uniformemente la corrente tra 5 regolatori di tensione lineari (lm338). Questi regolatori non possono essere semplicemente messi in parallelo per distribuire il carico perché le differenze nei loro componenti interni causano uscite leggermente diverse da ciascuno. Il regolatore lineare che fornisce la massima potenza finisce per prendere l'intero carico. L'utilizzo del circuito soprastante stabilizza le uscite e distribuisce il carico in modo uniforme. Le luci assorbono una corrente massima di circa 1,5A configurate utilizzando i colori scelti (48 blu 2 rosso). Codificare le luci in modo che siano tutte bianche creerebbe la massima corrente assorbita (3A). La tensione è regolata da un massimo di 28V a 5V. Questa è una differenza di 23 V. 23V x 1,5A = 34,5W di potenza che deve essere dissipata sotto forma di calore. Ecco perché la distribuzione del carico tra i regolatori è così importante per il team. Se un regolatore dovesse prendere tutto il carico, supererebbe la sua temperatura massima di esercizio.

Per prima cosa, costruisci il circuito su una breadboard senza saldatura. Un condensatore piuttosto grande (abbiamo usato un 2200 uF) dovrà essere posizionato sull'uscita del motore per ridurne il rumore. Questo pulisce l'input che l'Arduino sta ricevendo e rende la visualizzazione della luce più coerente (le luci non lampeggiano in modo irregolare). Tuttavia, se desideri creare una macchina per la produzione di grippaggi, risparmia $ 2 e annulla il condensatore. Quindi, incorporare il circuito divisore di tensione. Eseguire un ponticello dal partitore di tensione all'ingresso analogico A0 di Arduino Uno. Collega anche Arduino a terra. Vedi disegno allegato. Ulteriori informazioni per il cablaggio delle luci sono disponibili al seguente link:

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

Passaggio 5: test del circuito

L'attrezzatura vista sul banco da laboratorio sopra è utile ma non necessaria per testare il circuito. Tuttavia, avrai bisogno di un modo per girare l'albero di uscita del motore CC. L'ideale sarebbe utilizzare solo la bicicletta, ma poiché era ancora nella posta, abbiamo dovuto trovare una soluzione alternativa. Assicurarsi di invertire la polarità del motore (il filo di terra (nero) diventa caldo e il filo caldo (rosso) diventa massa). Una volta che tutto è collegato, regolare il potenziometro nel circuito fino a ottenere una tensione di uscita di 5V. Per questo è possibile utilizzare qualsiasi voltmetro standard. Il circuito dovrà essere sottoposto a un carico sostanziale per regolare correttamente l'uscita di tensione. Il software del computer Arduino dovrà essere scaricato per eseguire il codice per il microcontrollore. Sarà inoltre necessario installare la libreria FastLED. Una volta scaricato il software e caricato il codice su Arduino, vai sul monitor seriale nell'angolo in alto a destra e sarai in grado di osservare l'ingresso di tensione che sta ricevendo Arduino Uno. Se necessario, apportare modifiche per condensare il circuito il più possibile e riprovare. Assicurarsi che tutti i componenti funzionino correttamente prima di procedere.

Passaggio 6: saldare il circuito

Nella foto sopra potresti notare che ci sono due circuiti stampati costruiti. Inizialmente, il team prevedeva di utilizzare regolatori di tensione lineari da 10 lm338, ma dopo ulteriori test, è stato stabilito che un circuito con 5 era sostanziale. Tuttavia, la scheda di cui non abbiamo avuto bisogno conteneva il partitore di tensione, quindi è ancora utilizzata.

Per preferenza personale, il team ha deciso di collegare i regolatori lineari al circuito. Questo ci ha permesso di montarli un po' più liberamente e di supportare meglio i grandi dissipatori di calore. Salda tutti i componenti dal tuo prototipo alla tua nuova scheda di saldatura. Abbiamo usato una scheda permaproto in modo che il circuito fosse una replica esatta quando lo spostavamo dalla breadboard senza saldatura. Sono state utilizzate due morsettiere da 5 posti per creare disconnessioni rapide dal motore e dalle luci.

Passaggio 7: costruire il tabellone

Il tabellone è stato costruito in una serie di passaggi.

1) Il tabellone è composto da un tabellone e un supporto. Il display è costruito in legno sottile e montato su un supporto di 57 1/2 pollici per 5 piedi. Il supporto è supportato da una trave in sezione trasversale che si estende a 45 gradi. angolo dalla gamba posteriore al supporto verticale. Questo è stato costruito utilizzando legno e viti. Dopo il completamento della tavola e del supporto, sono state forate quattro ruote nel supporto in ogni rispettivo angolo

2) Il display delle lettere (C-I-T-A-D-E-L) è stato costruito separatamente dal display e dalla montatura. Le lettere sono state prima disegnate e poi ritagliate da tessere di truciolare che erano 8 pollici x 12 pollici. Le lettere sono tutte dimensionate per essere alte 10 pollici, con larghezze variabili. Le lettere sono state tagliate con una sega a nastro per gli esterni e un puzzle per gli interni delle lettere.

3) Dopo che le lettere sono state tagliate sono state attaccate alla lavagna con un chiodo liquido. Ciò ha assicurato che le lettere fossero assicurate alla lavagna. Successivamente, sono stati praticati dei fori nelle lettere utilizzando una punta da 12'. Ciò assicurerebbe che le luci vengano visualizzate.

4) Successivamente, il display è stato dipinto di bianco e le lettere (C-I-T-A-D-E-L) sono state dipinte di celeste. Un rivestimento blu è stato quindi aggiunto al telaio della tavola.

5) Le lettere (T-H-E) sono state dipinte sul tabellone tutte ad un'altezza di 4 con larghezze variabili.

6) Il Bulldog nella parte inferiore del tabellone è stato dipinto sul tabellone utilizzando una miscela di colori acrilici. Sono stati praticati dei fori attraverso gli occhi con una punta da 12 mm per adattarsi alle luci.

7) Infine, le luci sono state posizionate nel tabellone e il tabellone è stato completato.