Luzes de bicicleta: 5 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

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.