Índice:
2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-13 06:58
Objetivo do projeto
Projeto e construção de um dispositivo de iluminação frontal e traseira para uma bicicleta, que compreende:
- Lâmpada de iluminação frontal.
- Luz de presença e indicador de direção (piscando) na parte traseira.
Restrições do Projeto
- Fonte de alimentação única.
- Fonte de alimentação removível.
- Iluminação dianteira e traseira potente.
- Visível em plena luz.
- Proteção da bateria contra descarga.
- Amortecimento de vibração.
- Integração simples na bicicleta.
- Projeto expansível para recursos adicionais.
Princípio da Operação
A energia é ligada ao conectar o cabo da bateria.
O sistema é iniciado. Um piscar alternado de duas matrizes de LED aparece.
Dois botões de pressão para exibir uma seta piscando indicando a direção na matriz de LED por alguns segundos. Ao mesmo tempo, um som de dois tons é emitido por uma campainha ativa.
A luz frontal da bicicleta possui um interruptor independente para acendê-la.
Etapa 1: Lista de componentes eletrônicos
- Capacitor cerâmico 10n (2)
- Capacitor eletrolítico 3, 3µF
- Capacitor elecrolítico 1000µF (2)
- Resistência 1K
- Resistência 10K (2)
- Resistência 33K
- Resistência 1M
- Resistance 33M
- Circuito amplificador LM10
- Arduino mini Pro ou Elegoo nano V3
- Parafusos e espaçadores de plástico
- Diodo Zener 2, 5V
- Transistor Mosfet BUZ21
- Matriz quádrupla led 7219
- Quadro impresso 30x70mm
- Cabeçalho do pino
Etapa 2: Lista de acessórios para integração de bicicleta
- Caixa de plástico selada para controles
- Botão de ativação momentânea (2)
- Lâmpada led com cabo de 5 pinos
- Bateria 18650 1500mAh (ou mais capacidade) (2)
- Conectores impermeáveis
- Caixa de plástico
- Campainha ativa
- Retrorrefletor
- Placa de acrílico para cobertura
- Parafusos, arruelas, porcas (4)
- Fitas isolantes (várias espessuras)
Etapa 3: Descrição Técnica da Parte Eletrônica
A parte eletrônica é composta por 3 módulos:
- Regulador de corrente 5V
- Circuito de proteção contra descarga da bateria
- O controle da exibição do display de matriz de LED
Regulador de corrente 5V
A fonte de alimentação do sistema usa duas baterias 18650 em série. O controlador Arduino Pro Mini fornece uma tensão regulada de 5 V que não será usada para alimentar o array de LED. Durante os testes, o consumo de corrente do conjunto de LEDs conectado diretamente ao controlador o desestabilizou.
O regulador é um MCP1700 com baixa queda de tensão. Não tendo um regulador fornecendo 5 V, eu uso um regulador de 3,3 V cuja tensão de saída é aumentada para 5 V usando um diodo Zener (ao invés do Zener pode-se usar diodos em série).
Circuito de proteção contra descarga da bateria
Para prolongar a vida útil das baterias, é aconselhável não descarregá-las completamente. A montagem usada corta o fornecimento de energia quando a tensão da bateria está abaixo de 6V.
O circuito LM10CN é um amplificador diferencial que possui uma voltagem de referência interna de 200mV que pode ser comparada com a voltagem da bateria. Para este propósito, uma ponte divisória de 1M-33K é usada, a qual fornece uma tensão de 200mV quando a tensão da bateria é de 6V. Nesta tensão, o Mosfet BUZ21 é desativado, cortando a alimentação do conjunto.
O controle do display de matriz de LED
O esquema é simples e requer poucos componentes. Outros controladores de Arduino ou Elegoo (Uno R3, gama nano, Mega 2560 R3, etc …) podem ser usados.
O controlador é monitorado por dois botões. Um resistor de 10K e um capacitor de 10nF protegem contra tensões de salto.
Na inicialização do sistema, a matriz de LED pisca. É o estado padrão. Ao pressionar um dos botões, o controlador mudará para o “modo indicador de direção” por alguns segundos e o minifalante emitirá um som enquanto a matriz de LED indica a direção.
Observações:
A lâmpada LED é conectada diretamente à fonte de alimentação protegida. Não é controlado pela unidade Mini Pro. Capacitores de 1000 µ protegem o controlador e a matriz de LED de picos de corrente quando a lâmpada LED é ligada ou de variações de corrente relacionadas à operação da matriz de LED.
O uso de uma fonte de alimentação de 1500mAh permite uma operação de 3 horas (a 530mA).
Durante o dia sem lâmpada Led o consumo é de 210mA com autonomia de 7h (alimentação 1500mAh).
O uso de uma fonte de alimentação de 5000mAh estende o funcionamento para 10 horas (lâmpada LED acesa).
Etapa 4: Descrição do programa
O programa é bastante simples e é baseado na biblioteca LedControl.h. Tudo pode ser carregado aqui.
Algumas dicas:
A intensidade do display de leds é feita através da variável "intens". Você pode escolher um valor entre 0 (baixo) e 8 (alto).
A variável "longa" indica a duração da exibição das setas de direção. Ao pressionar um dos botões de pressão, as setas de direção serão exibidas durante o tempo indicado pela variável (neste caso 5 segundos).
A variável "blink1" permite o efeito de piscar quando nenhum botão é pressionado. Ele suporta rolagem da esquerda para a direita ou da direita para a esquerda, dependendo do botão pressionado.
As funções "setRow" e "setColumn" são usadas para dar efeito à exibição. A função "setColumn" é usada para acentuar o movimento lateral das setas.
Uma campainha ativa é ativada pela função de tom na porta 6. O som emitido é diferente dependendo da direção. O som emitido durante os 5 segundos permite saber o estado do display.
O programa é executado em um loop. Devido à alta carga da CPU, a velocidade da tela é mostrada conforme o programa é executado. Desta forma, uma certa fluidez visual é obtida. O atraso no final do loop (100 e 300 ms) permite que a velocidade de rolagem seja acelerada ou desacelerada.
O vídeo feito durante o mock-up dá uma prévia da renderização. Para fazer o download aqui.
Etapa 5: montagem e montagem
A montagem não apresenta nenhum problema.
A placa de circuito impresso que suporta os componentes é fixada na parte traseira do módulo de LED com espaçadores.
Todos os fios são soldados para evitar contatos ruins.
A caixa é preenchida com tiras de espuma autoadesivas. Isso evita o uso de parafusos e permite que a montagem resista às vibrações da bicicleta.
Assim projetado (com a conexão de fio multifilar), o sistema pode ser facilmente montado e desmontado.
A bateria cabe no bolso da minha jaqueta que ela não sai. À noite, ele será recarregado para estar operacional novamente no dia seguinte.
Tenho várias versões de fonte de alimentação incluindo uma com 4 baterias de 2000mAh (2x2). A autonomia passa então para 8 horas. Nesse caso, a recarga completa pode durar a noite toda. Portanto, é sensato ter vários conjuntos de baterias.
Deve-se observar que a intensidade da luz da matriz afeta o consumo de energia. A variável "intens" do programa pode ser reduzida para prolongar a operação.
Conclusão
É um projeto fácil de realizar, desde que você tenha paciência para obter o material certo (cabo multifilar, botões de pressão …).
Vou agora completar esta montagem com um módulo de giroscópio para adaptar o display de acordo com a aceleração da bicicleta.