Demonstração da energia da bicicleta (compilação): 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

O objetivo deste Instructable era criar uma demonstração interativa da energia da bicicleta para despertar o interesse das crianças pela engenharia. O projeto funciona da seguinte maneira, conforme uma criança pedala mais rápido a bicicleta, ele consegue acionar mais luzes no painel do visor, acabando por soletrar a palavra CITADEL em LEDs azuis. À medida que o piloto continua a pedalar mais rápido, ele é capaz de ativar os olhos do bulldog como luzes LED vermelhas. A largura de cada montagem nunca excede 30 polegadas para garantir que o projeto seja capaz de caber em salas de aula através de qualquer porta de tamanho padrão. O painel de exibição é construído sobre rodas para que seja facilmente transportável. Com todos os materiais e ferramentas disponíveis, este projeto levará cerca de 6 a 10 dias para ser concluído a um custo estimado em cerca de $ 400 USD se você tiver que comprar todos os componentes de hardware / elétricos, bem como a bicicleta.

Ferramentas usadas: furadeira, serra de mesa, serra de vaivém, prensa de broca, lixadeira, fita métrica, cabo de aperto, conjunto de chave de soquete, ferro de solda, ferramenta de crimpagem de arame, impressora 3D, várias ferramentas domésticas (alicate, tesoura, etc.)

Materiais utilizados:

Pixels LED RGB finos difusos de 12 mm Digitel (filamento de 25) (2)

Ventilador GDSTIME 5V DC 50mm (2)

Arduino Uno

Passo de 5 mm (HTD), correia de um lado de 15 mm de largura

Bicicleta de emboscada para meninos Kent 20 "ou qualquer outra bicicleta de 20" com cavilhas traseiras

Dissipador de calor grande - Pacote Multiwatt (da Sparkfun) (5)

Protetor contra intempéries 2 "x4" x8 'Everbilt de madeira serrada tratada com pressão 1-1 / 2 "(4)

Contraplacado para placa de exposição (pretende ser leve, mas de certa forma durável)

Placa de partículas para cartas

Cavilhas quadradas de madeira para pernas de placa de exposição

Pacote de valor de cinta de canto (18564)

Cinta de canto resistente de 2 Everbilt (2 unidades)

Parafusos Grip-Rite # 8 x 2 (Modelo # PTN2S1)

Motor elétrico de scooter 24 V 250 W para scooters de transmissão por correia (item # MOT-24250B)

WIR-110, fio preto do cabo de alimentação de bitola 16 (12 pés)

WIR-110, Fio do cabo de alimentação vermelho de bitola 16 (12 pés)

Fio de bitola 16-20

Regulador de tensão linear LM338T / NOPB

Bloco Terminal 5 Gang (2)

Placas de solda

Resistores de 1,0 Ohm (5)

Resistores de 5,1 kOhm (2)

Resistor 150 Ohm

Resistor de 100 kOhm

2200 uF Capacitor

Resistor de 20 kOhm

Capacitor 200 pF

Diodo 5V Zener

2N2905 Transistor ou equivalente

Potenciômetro 1,5k

LM308 Op-amp

Kit Jumper Wire

Tinta / pincéis

Etapa 1: Construindo o Trainer

Comece cortando pedaços de madeira de 2x4x8 em duas placas de 28 ", outras duas placas de 24" e mais duas de 16 ". Você precisará de duas placas de 2x4x8 para isso. Corte quatro placas adicionais com ângulos de 45 graus em cada extremidade. Essas duas placas devem ter 10 "de comprimento. Usando as placas de 16 ", use uma serra de vaivém para fazer entalhes na placa com 3" de profundidade e 1 3/4 "de largura. É útil traçar essas dimensões antes de fazer o corte.

Pegue 2 das placas de 10 "e prenda-as a uma das placas de 16". Coloque a placa de 16 "para cima à direita e incline as placas de 10" contra cada lado das placas de 16 "para que fiquem alinhadas com a placa e o chão. Use parafusos para prender as 3 placas juntas. Repita este processo para os restantes 16" e duas placas de 10 ".

Marque a marca central de 12 "de ambas as placas de 24" e o centro das placas de 16 ". Alinhe as duas marcas juntas para que a placa de 16" fique na vertical e alinhada com a placa de 24 "colocada de lado. Perfure 2 parafusos em a placa de 16 "para a 24" e mais 2 para cada placa de 10 "para a placa de 24". Repita este processo com a outra placa de 24 "e a placa de 16" com as placas de 10 "anexadas.

Em seguida, marque o centro da placa em cada uma das placas de 28 ". Faça outra marca de 4" em cada lado da marca de 14 ". Deve haver 8" entre essas 2 marcas. Alinhe as placas de 24 "nessas marcas com o interior da placa na marca. Perfure 2 parafusos em cada um para prender as 3 placas juntas. Repita isso com a outra placa de 28" para que todos estejam conectados.

Etapa 2: construir / anexar o tensor do motor

Encontrar uma forma adequada de tensionar o cinto foi algo com que a equipe lutou. Passamos por algumas idéias diferentes antes de chegar ao que vimos acima. Um trilho deslizante de metal teria sido o ideal, mas devido ao baixo orçamento a equipe teve que se contentar com um trilho improvisado de madeira.

Comece criando uma figura em forma de L usando blocos de 2 "x4". A parte inferior do L em que o trilho será montado deve ter aproximadamente 20 cm de comprimento. A parte superior deve ter aproximadamente 15 cm de altura. Corte outro bloco de 2 "x4" para a montagem do motor. A equipe usou um pequeno poste de madeira retangular sobressalente que encontramos para criar o sistema de trilhos. O trilho inferior é montado por dois trilhos montados na parte inferior do bloco do motor. A chave aqui é usar madeira durável o suficiente para não rachar ao ser aparafusada nos 2 "x4" s. A equipe usou uma furadeira para fazer um furo em todo o bloco de 2 "x4" no qual o motor está montado. Outro orifício foi feito na parte superior do L. Um longo parafuso foi executado em todo o sistema. Certifique-se de usar arruelas grandes em cada extremidade para distribuir a carga. A montagem final foi montada no treinador usando suportes em L. Um pequeno bloco de madeira foi inserido entre o trilho e o treinador para evitar a tendência do sistema de se curvar quando sob alta tensão. É útil ter alguém segurando o conjunto no lugar ao montá-lo no treinador para garantir o alinhamento adequado com o pneu traseiro.

Etapa 3: remova o pneu traseiro da bicicleta e prenda os pinos traseiros

Para remover o pneu traseiro da bicicleta, primeiro esvazie o pneu. Em seguida, remova as porcas que prendem o rolamento no lugar para a roda traseira. Desconecte a corrente da engrenagem traseira. Se a bicicleta tiver freios traseiros, pode ser necessário remover as pastilhas do freio traseiro. Quando a roda e o pneu estiverem completamente retirados, use um pé-de-cabra para esticar o pneu na lateral da roda. Enquanto mantém o pé de cabra entre a roda e o pneu, peça a alguém que gire a roda para retirá-lo lentamente. Depois de concluído, siga as etapas na ordem inversa para reinstalar a roda na bicicleta. Certifique-se de colocar a correia ao redor do volante antes de reinstalar. Para instalar os pinos, deslize-os sobre o eixo traseiro antes de reinstalar as porcas de fixação.

Etapa 4: Construindo o Circuito

O circuito visto no esquema foi obtido a partir do link fornecido:

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

O circuito que construímos tem duas funções. O primeiro é regular a entrada de tensão DC variável do motor para uma saída constante de 5 V DC usada para alimentar as luzes. A segunda é utilizar um divisor de tensão para reduzir a saída de tensão do motor para entre 0 e 5 volts. Essa saída é então inserida na porta de entrada analógica do Arduino Uno, que tem um limite de 5V. O Arduino Uno é codificado para ativar luzes específicas em uma determinada tensão. Este código é fornecido abaixo.

O circuito mostrado no esquema acima é usado para distribuir a corrente uniformemente entre 5 reguladores de tensão linear (lm338). Esses reguladores não podem simplesmente ser colocados em paralelo para distribuir a carga porque as diferenças em seus componentes internos causam saídas ligeiramente diferentes de cada um. O regulador linear que fornece a maior saída acaba assumindo toda a carga. Utilizar o circuito acima estabiliza as saídas e distribui a carga uniformemente. As luzes consomem uma corrente máxima de cerca de 1,5A configurada com as cores escolhidas (48 azul 2 vermelho). Codificar as luzes para todas serem brancas criaria a corrente máxima consumida (3A). A tensão é regulada para baixo de um máximo de 28V a 5V. Esta é uma diferença de 23V. 23 V x 1,5 A = 34,5 W de potência que deve ser dissipada como calor. É por isso que a distribuição da carga entre os reguladores é tão importante para a equipe. Se um regulador suportasse toda a carga, ele ultrapassaria sua temperatura máxima de operação.

Primeiro, construa o circuito em uma placa de ensaio sem solda. Um capacitor bastante grande (usamos um 2200 uF) precisará ser colocado na saída do motor para diminuir seu ruído. Isso limpa a entrada que o Arduino está recebendo e torna a exibição da luz mais consistente (as luzes não piscam erraticamente). No entanto, se você gostaria de criar uma máquina produtora de apreensão, economize $ 2 e anule o capacitor. Em seguida, incorpore o circuito divisor de tensão. Execute um jumper do divisor de tensão para a entrada analógica A0 do Arduino Uno. Jumper o Arduino no solo também. Veja o desenho em anexo. Mais informações sobre a fiação das luzes podem ser encontradas no link abaixo:

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

Etapa 5: Testando o circuito

O equipamento visto na bancada do laboratório acima é útil, mas não é necessário para testar o circuito. No entanto, você precisará de alguma forma para girar o eixo de saída do motor DC. Idealmente, teríamos apenas usado a bicicleta, mas como ela ainda estava no correio, tivemos que encontrar uma solução alternativa. Certifique-se de inverter a polaridade do motor (o fio terra (preto) torna-se quente e o fio quente (vermelho) torna-se terra). Depois que tudo estiver conectado, ajuste o potenciômetro no circuito até obter uma tensão de saída de 5V. Qualquer voltímetro padrão pode ser usado para isso. O circuito precisará estar sob uma carga substancial para ajustar adequadamente a saída de tensão. O software do computador Arduino precisará ser baixado para executar o código do microcontrolador. A biblioteca FastLED também precisará ser instalada. Depois de fazer o download do software e fazer o upload do código para o Arduino, vá para o monitor serial no canto superior direito e você poderá observar a entrada de tensão que o Arduino Uno está recebendo. Faça ajustes para condensar o circuito o máximo possível, se necessário, e teste novamente. Certifique-se de que todos os componentes funcionam corretamente antes de avançar.

Etapa 6: Soldar o circuito

Na imagem acima, você pode notar que existem duas placas de circuito construídas. Originalmente, a equipe planejou usar 10 reguladores de tensão linear lm338, mas após mais testes, determinou que um circuito com 5 era substancial. Porém, a placa que acabamos não precisando conter o divisor de tensão, por isso ainda é utilizada.

Por preferência pessoal, a equipe decidiu ligar os reguladores lineares à placa de circuito. Isso nos permitiu montá-los com um pouco mais de liberdade e suportar melhor os grandes dissipadores de calor. Solde todos os componentes do seu protótipo à sua nova placa de solda. Usamos uma placa permaproto para que o circuito fosse uma réplica exata ao movê-lo da placa de ensaio sem solda. Dois blocos de terminais de 5 gangues foram utilizados para criar desconexões rápidas do motor e das luzes.

Etapa 7: construir o painel de exibição

O painel de exibição foi construído em uma série de etapas.

1) A placa de exibição consiste em uma placa e um suporte. A tela é construída com madeira fina e montada em um suporte de 57 1/2 pol. Por 5 pés. O suporte é suportado por uma viga transversal que se estende a 45 graus. ângulo da perna de trás para o suporte vertical. Este foi construído com madeira e parafusos. Após a conclusão da prancha e do estande, quatro rodas foram perfuradas na montagem em cada respectivo canto

2) O display das letras (C-I-T-A-D-E-L) foi construído separadamente do display e da montagem. As letras foram primeiro desenhadas e depois cortadas de ladrilhos de aglomerado de 8 pol x 12 pol. As letras são todas dimensionadas para ter 10 pol de altura, com larguras variadas. As letras foram recortadas com serra de fita para os exteriores e um puzzle para os interiores das letras.

3) Após o corte das letras, elas foram fixadas na lousa com prego líquido. Isso garantiu que as cartas fossem enviadas ao conselho. Em seguida, furos foram feitos nas letras usando uma broca de 12 '. Isso garantiria que as Luzes fossem exibidas.

4) Em seguida, o display foi pintado de branco e as letras (C-I-T-A-D-E-L) foram pintadas de azul bebê. Uma guarnição azul foi então adicionada à moldura da placa.

5) As letras (T-H-E) foram pintadas no quadro todas com 4 de altura e larguras variadas.

6) O Bulldog na parte inferior da placa foi pintado na placa usando uma mistura de tinta acrílica. Os orifícios foram feitos através dos olhos com uma broca de 12 mm para ajustar as luzes.

7) Por fim, as luzes foram colocadas no quadro e o quadro de exibição estava completo.