Генератор от колёс на велосипед. Бортовая сеть велосипеда

Я сделал этот фрикционный велогенератор для велосипеда, чтобы питать фонарик и задние лампочки. Идею и много информации для этого проекта педального генератора я нашел в интернете.

Недавно я купил велосипед, для того, чтобы ездить на работу и по городу, и решил, что ради безопасности мне нужна подсветка. Мой передний фонарь питался от двух батареек АА, а задняя лампочка от 2 батареек ААА, в инструкции было сказано, что передний свет будет работать 4 часа, а задний — 20 часов в режиме мигания.

Хотя это и неплохие показатели, но все же требуют некоторого внимания, чтобы батарейки не сели в неподходящий момент. Я купил этот байк за его простоту, единственная скорость означает, что я могу просто сесть и поехать, но постоянная замена батарей становится дорогой и усложняет его использование. Добавив динамку для велосипеда, я могу подпитывать батарейки прямо во время езды.

Шаг 1: Собираем запчасти

Если вы хотите собрать динамо машину своими руками, то вам понадобится несколько вещей. Вот их список:

Электроника:

1. 1x шаговый двигатель — я достал свой из старого принтера
2. 8 диодов — я использовал персональную силовую установку использовала 1N4001
3. 1x Регулятор напряжения — LM317T
4. 1x Макетная плата с печатная платой
5. 2х резистора — на 150 Ом и на 220 Ом
6. 1x радиатор
7. 1x Разъем для батареи
8. Цельная проволока
9. Изоляционная лента

Механические части:

• 1x держатель для велосипедного отражателя — я снял его с велосипеда, когда подключал свет.
• Алюминиевая угловая заготовка, вам понадобится кусок длиной примерно 15 см
• Маленькие гайки и болты — я использовал винты от принтера и некоторые другие б/у детали
• Маленькое резиновое колесо — прикрепляется к шаговому двигателю и трется о колесо при его вращении.

Инструменты:

• Дремель — он не совсем необходим, но делает вашу жизнь намного проще
• Сверла и биты
• Напильник
• Отвертки, гаечные ключи
• Макетная плата для тестирования схемы до того, как вы поставите всё на велосипед.
• Мультиметр

Шаг 2: Создаём схему

Показать еще 10 изображений

Давайте сделаем схему динамомашины для велосипеда. Неплохой идеей является проверить все перед тем, как спаять все вместе, поэтому сначала я собрал всю схему на макетной плате без припоя. Я начал с разъема двигателя и диодов. Я распаял разъем от печатной платы принтера. Размещение диодов в такой ориентации изменяет поступающий от двигателя переменный ток, на постоянный ток (выпрямляет его).

Шаговый двигатель имеет две катушки, и вам необходимо убедиться, что каждая катушка подключена к одному набору диодных групп. Чтобы узнать, какие провода от двигателя подключены к одной и той же катушке, вам просто нужно проверить контакт между проводами. Два провода связаны с первой катушкой, и два со второй катушкой.

Как только схема будет собрана на макетной плате без припоя — проверьте ее. Мой мотор вырабатывал до 30 вольт при нормальной езде на велосипеде. Это 24-вольтный шаговый двигатель, так что его эффективность кажется мне разумной.

При установленном регуляторе напряжения выходное напряжение составляло 3,10 вольт. Резисторы контролируют выходное напряжение, и я выбрал варианты на 150 и 220 Ом для получения 3,08 вольт. Проверьте этот калькулятор напряжения LM317 , чтобы увидеть, как я рассчитал свои показатели.

Теперь всё нужно спаять на печатной плате. Чтобы сделать аккуратные соединения, я использовал маленький калибровочный припой. Он быстрее нагревается и обеспечивает лучшее соединение.

В файле.Pdf вы найдёте, как все связано на печатной плате. Изогнутые линии — это провода, а короткие черные прямые линии – это то, где вам нужно спаять перемычки. Файлы

Файлы

Шаг 3: Установка мотора

Крепление двигателя было выполнено из алюминиевого уголка и кронштейна отражателя. Чтобы смонтировать двигатель, в алюминии были просверлены отверстия. Затем, чтобы освободить место для колеса, была вырезана одна сторона угла.

Колесо было прикреплено путем наматывания изоленты вокруг вала двигателя до тех пор, пока соединение не будет достаточно плотным, чтобы надеть колесо прямо на изоленту. Этот метод неплохо работает, но в будущем его нужно доработать.

Как только мотор и колесо были присоединены к алюминию, я нашел на раме подходящее место, чтобы все установить. Я прикрепил заготовку к трубке сиденья. Рама моего велосипеда — 61 см, поэтому площадь, на которой установлен генератор, довольно велика по сравнению с велосипедами меньшего размера. Просто найдите на своем велосипеде лучшее место для установки генератора.

После того, как я нашел подходящее место, я сделал отметки под алюминиевый кронштейн с установленным кронштейном отражателя, чтобы его можно было обрезать по нужному размеру. Затем я просверлили отверстия в кронштейне и алюминии, и смонтировал конструкцию на байке.

Я закончил сборку велосипедного генератора на 12 вольт, прикрепив двумя стойками проектную коробку к алюминиевому креплению.

Шаг 4: Подцепляем провода

Динамомашина для велосипеда собрана, теперь все что нужно – просто подключить провода к лампочкам. Я протолкнул концы проводов за клеммами аккумулятора к передней фаре, затем просверлил отверстие в её корпусе, чтобы пропустить провода внутрь. Затем провода были подключены к разъему аккумулятора. В проектной коробке также нужно будет сделать отверстия для проводов.

Генератор на велосипеде — вещь незаменимая в дали от благ цивилизации. Зарядить телефон, ночное освещение дороги, послушать музыку на ходу, подключить навигатор или GPS-трекер — да, мало ли для чего понадобится электричество в дороге.

СТАРИННЫЙ ВЕЛОГЕНЕРАТОР

Школота не помнит о первых велогенераторах появившихся вместе с «Камами» и «Салютами»:

Крепится такой генератор на вилку и прижимается валом к боковой поверхности колеса, за счет чего может выдавать напряжение до 7 вольт и мощность в 5 ватт.
Немного, но для фары вполне достаточно. Подключить такой генератор напрямую для зарядки телефона или MP3 проигрывателя не получится, необходим преобразователь который выдаст на выходе стабильных 5 вольт. Короче, без доработки, для современных девайсов он не годится.

Хотя жаль, вещь надежная, сделано на века. До сих пор на блошинном рынке можно купить такой велогенератор в рабочем состоянии. По мощности превосходит даже следующий велогенератор от известного велосипедного брэнда SHIMANO.

ВТУЛОЧНЫЙ ВЕЛОГЕНЕРАТОР

Электрогенератор от SHIMANO достаточно дорогая игрушка. Есть определенные сложности в установке, например нужно переспицовывать переднее колесо для установки такого генератора. Напряжение выдает не стабилизированное, т.е. электронные устройства запитать напрямую так же не получится — нужен преобразователь напряжения . А не какой то там, делитель из двух резисторов как пишут в разных некомпетентных источниках.

Велогенератор Shimano AlfineDH-S701 на колесе

Напряжение выдает 6 вольт, мощность 2,4 Ватта. Вполне пригоден для питания фары.

Самый дешевый втулочный генератор SHIMANO стоит от 35$.

Посмотрите видео о проверке характеристик SHIMANO DH-3N30:

Изобретение Китайского велопрома, появился не так давно. Оригинальная идея снимать энергию с цепи велосипеда и встроенный преобразователь напряжения позволят подключить на зарядку телефон, MP3 плейер или другое устройство расчитаное на питание с USB разъема. Встроенный небольшой аккумулятор позволяет выдавать стабильное напряжение 5 вольт и ток до 1 Ампера.

ЦЕПНОЙ ВЕЛОГЕНЕРАТОР на вилке

Минусы этого велогенератора — дополнительный шум и ненадежное крепление на задней вилке велосипеда.

Посмотрите видео о ЦЕПНОМ ВЕЛОГЕНЕРАТОРЕ:

Приветствую, мозгочины ! Самоделка данного мозгоруководства имеет великолепное свойство — она позволяет совместить приятное с полезным, а именно, занимаясь спортом еще и генерировать электричество.

Основа самоделки – велосипед сопряженный с двигателем, который и будет переводить ваши калории в электрический ток. А если подробнее, то вращение педалей передается на заднее колесо, которое соответственно вращает вал двигателя, вследствие этого в обмотках двигателя возникает электрический ток, который через контроллер заряда поступает на подключенный аккумулятор и «консервируется» там. К аккумулятору подключен инвертор, имеющий два выхода-розетки и два USB-выхода. Для управления и контроля всей электроники используется микроконтроллер Arduino, включающий/отключающий контроллер заряда и инвертор, а также отображающий посредством ЖК-дисплея параметры с датчиков.

Материалы и компоненты:

Велосипедная рама с задним колесом
Пиломатериалы и болты (для подставки)
Велосипедный стенд для тренировок
Мотор 24В
Ремень от системы охлаждения
Шкив для ремня
Аккумулятор 12В
Зарядное устройство DC-DC
Инвертор DC-AC с USB-выходами и розетками
Arduino (я использовал Leonardo, но и другие сгодятся)
МОП-транзистор (полевой транзистор с изолированным затвором)
Светодиод и фотодиод
Датчик с эффектом Холла
ЖК-экран
Тумблер «On/Off»
Реле, регулятор напряжения 5В, диод, кнопки и резисторы

Шаг 1: Подставка

Для начала сооружаем подставку передней вилки из куска фанеры 60х180см, брусков 5х10см и шпильки с гайками. Я сделал ее потому, что велосипед мне достался без переднего колеса и пришлось придумывать как его зафиксировать. Подставка поделки получилась функциональная и выдерживает напор даже самых рьяных «гонщиков».

Для заднего колеса тоже можно сделать какую-либо стойку, но я пришел к выводу, что велосипедный стенд наиболее подходящий вариант. Просто нужно снять дополнительную нагрузку на колесо, какая иногда бывает на этих стендах, так как для генерации она только помешает.

В качестве генератора можно взять 24-х вольтовый мотор от мотороллера, который заставим не «кушать» электричество, а вырабатывать его. С обода заднего колеса снимаем покрышку с камерой и надеваем ремень от системы охлаждения , от ее же берем шкив , который соответственно устанавливаем на вал мотора. После того надеваем ремень на шкив и натягиваем его, затем закрепляем мотор в данном положении на фанерном основании.

Конструкция стенда такова, что имеет возможность подстройки, и данная опция позволяет натягивать ремень, а также вынимать велосипед при необходимости.

Шаг 2: От генератора к аккумулятору

В качестве «накопителя» можно использовать почти любую аккумуляторную батарею, я к примеру, взял 12В свинцово-кислотный аккумулятор, потому что он был под рукой. Но в любом случае нужно знать технические характеристики и условия эксплуатации выбранного аккумулятора для правильного заряда/разряда, которые можно узнать из тех.паспорта. В моем случае аккумулятор не «любит» когда напряжение повышается больше 14В, и силу тока не выше 5.4А.

Полный разряд, а также перегрузка аккумулятора может повредить его или снизить срок службы, поэтому в мозгоцепь установлен тумблер «On/Off» который предотвращает утечки тока под фантомными нагрузками, а еще установлен микроконтроллер Arduino, отображающий состояние цепи.

Естественно, что нельзя напрямую подключить аккумулятор к клеммам мотора, это попросту «убьет» аккумулятор, поэтому между ними устанавливаем контроллер заряда , который будет подавать на аккумулятор электричество тех силы тока и напряжения, которые ему требуются. Сам контроллер будет включаться при начале кручения педалей самоделки , а 3-х секундное удержание кнопки пуска контроллера проверит состояние аккумулятора, и если ему требуется зарядка, то она начнется. При остановке кручения педалей контроллер выключается.

При покупке контроллера заряда главное подобрать нужные характеристики, то есть, чтобы он работал в тех же диапазонах, что и генератор с аккумулятором. Так для моей мозгоподелки нужен контроллер, который может принимать входное напряжение до 24В и обеспечивать 14В с силой тока не более 5.4А. В основном контроллеры имеют возможность настройки параметров, поэтому я просто выставил на нем силу тока в 5А, как и требуется для моего мозгоаккумулятора.

Шаг 3: Инвертор

Просто подключить для зарядки свои гаджеты к аккумулятору нельзя, так как для этого требуются тоже определенные напряжение и сила тока, поэтому к аккумуляторы подключаем инвертор , выдающий через свои розетки и USB-выходы электричество с нужными для зарядки параметрами.

Инвертор для поделки следует покупать в соответствии с параметрами аккумулятора и рассчитанной мощностью. Так аккумулятор выдает 12В, мощность для зарядки телефона примерно 5Вт, а ноутбука 45-60Вт. Я подобрал инвертор с мощностью 400Вт, 2-мя розетками и 2-мя USB-выходами, хотя не планирую одновременно заряжать гаджетов на 400Вт.

Инвертор можно не устанавливать если вы планируете заряжать только телефон или другие USB-устройства. Тогда нужно лишь понизить напряжение от аккумулятора до 5В и «вывести» его через USB-шнур. При данном способе электричество лишний раз не преобразуется из постоянного в переменное, а затем из переменного в постоянное, но многие все же склонны доверять инвертору, чем импровизированному USB-порту.

Сам инвертор подключается просто: положительный вход инвертора к положительной клемме аккумулятора, отрицательный мозговход к отрицательной клемме. Да и работает все просто: мотор заряжает аккумулятор через контроллер заряда, аккумулятор «питает» инвертор, а тот заряжает подключенные гаджеты.

Шаг 4: Arduino и заряд батареи

Ранее уже было сказано, что для того чтобы началась зарядка аккумулятора нужно удерживать кнопку пуска контроллера заряда в течение 3-х секунд. Это немного не удобно, особенно хлопотно объяснять порядок включения самоделки другим людям. Поэтому «взломаем» контроллер заряда и добьемся того, чтобы простое нажатие кнопки запускало всю систему и можно было просто крутить педали.

Контроллер заряда это «волшебная» коробочка, к одной стороне которой подходят положительный и отрицательные контакты от аккумулятора, а с другой подводятся провода от мотора. Все что находится «между этими сторонами» выходит за рамки этого мозгоруководства , но все же эту коробочку придется вскрыть и прикоснуться к «магии».

Кнопки подключены к схеме 5-дорожечным кабелем, и когда одна из кнопок нажата, то сигнал с пятой дорожки через эту кнопку переходит по подключенной к ней дорожки на плату. Меняем этот 5-дорожечный кабель на связку пяти обычных проводов, то есть, выпаиваем кабель и припаиваем пять проводов, на другой конец которых устанавливаем разъем через который подключим макетную плату. На этой макетной плате размещаем 4 кнопки, которыми пока не подключен микроконтроллер, будем управлять контроллером заряда.

ВАЖНО!!! Если вы решите, так же как я, оставить плату контроллера без корпуса, то обязательно организуйте теплоотвод, так как при «интенсивной» езде контроллер сильно греется.

Чтобы «научить» Arduino нажимать кнопку пуска необходимо использовать мозгореле , которое будет по сигналу микроконтроллера выдерживать 3-х секундное «нажатие» и включать контроллер. И хотя многие реле имеют встроенные диоды для защиты, я все же рекомендую установить дополнительный, чтобы избежать обратной утечки тока к контактам Arduino.

Возникает вопрос: когда Arduino должен подавать сигнала запуска? Ответ очевиден – при начале кручения педалей, иначе запускать контроллер нет смысла. Контроллер заряда не будет «заряжать» уже полную батарею, но можно лишний раз не проверять уровень заряда вручную, а переложить эту обязанность на микроконтроллер, то есть заставить его отслеживать параметры напряжения и силы тока. Для этого можно задействовать аналоговые входы Arduino, вот только они работают в пределах от 0 до 5В, в то время на клеммах батареи 11-14В, а выходах мотора от 0 до 24В, поэтому применим делители напряжения. При подключении аккумулятора для деления напряжения берем один резистор 1кОм, и второй, идущий на заземление, 2.2кОм. Тогда при максимальном напряжении 14В от аккумулятора на втором резисторе, с которого будет считываться происходить считывание, будет около 4.4В (подробнее в статье о делителях). При подключении мотора используем в делителе напряжения резисторы 1кОм и 4.7кОм, тогда при 24В от генератора Arduino будет считывать как 4.2В. Все эти измерения в коде для Arduino легко конвертировать в действительные значения.

Чтобы исключить перезарядку аккумулятора самоделки напряжение на его клеммах должно быть меньше 14В, а вот для генератора параметры более гибкие – если велосипедист «вырабатывает» напряжение достаточное для включения контроллера, то контроллер может заряжать батарею. В итоге, параметры напряжения будут таковы: от генератора больше 5В, а для аккумулятора менее 14В.

Сам микроконтроллер будет включаться через «кнопку» или что-либо подобное, так как постоянно держать его включенным не резонно. И «запитывать» его лучше не от сменной батарейки 9В, а от 12В-го аккумулятора. Для этого подключаем микроконтроллер через разъем и регулятор напряжения 5В к аккумулятору, хотя Arduino и поддерживает напряжение питания 12В. Кстати от этих 5В можно запитать еще какую-либо электронику, а не использовать для этого 5В-й пин на Arduino. Регулятор обязательно размещаем на радиаторе, так как при работе он сильно греется.

Пример кода:

// complete code at the end of this Instructable

int motor = A0; //motor/generator pin on the Arduino

int batt = A1; //12V battery pin

int cc = 8; //charge controller pin

int wait = 500; //delay in milliseconds

float afactor = 1023.0; //Arduino’s analog read max value

float motorV, battV; //motor voltage and battery voltage

boolean hasBeenOn = false; //to remember if the charge controller has been turned on

pinMode(motor, INPUT);

pinMode(batt, INPUT);

pinMode(cc, OUTPUT);

motorV = getmotorV(); //motovr/generator output voltage

if (motorV > 1.0 && !hasBeenOn) { //if our DC motor gives out more than 1V, we say it’s on

digitalWrite(cc, HIGH); //the cc pin is connected to a relay

//that acts as the «Start» button for the charge controller

delay(3500); //our charge controller requires the start button to be held for 3 seconds

digitalWrite(cc, LOW); //electrically releasing the start button

hasBeenOn = true; //the charge controller should be charging the battery now

delay(wait); //we want our Arduino to wait so not to check every few millisec

else if(motorV > 1.0 && hasBeenOn){

delay(wait); //again, we don’t want the Arduino to check every few millisec

hasBeenOn = false; //the person is no longer biking

//we wrote separate functions so we could organize our code

float getmotorV(){

return (float(analogRead(motor)) / afactor * 5.0); //the motor gives out about a max of 5V

float getbattV(){

return (float(analogRead(batt)) / afactor * 14.0); //the battery technically is~13.5V

Шаг 5: Arduino и инвертор

Держать постоянно подключенным инвертор к аккумулятору не выгодно по нескольким причинам. Во-первых, фантомная нагрузка разряжает мозгоаккумулятор , а во-вторых, нужно сделать «защиту» от хитрецов желающих подзарядить гаджет, но не желающих покрутить для этого педалей. Поэтому снова задействуем Arduino, который будет включать/выключать инвертор и тем самым контролировать выходы для зарядки, не полагаясь на честность и технические знания пользователей.

Интегрировать инвертор и Arduino как ключ для него, с помощью МОП-транзистора . Это по сути обычный транзистор, но требующий малые отпирающие токи, при больших проходящих (но запирающее напряжение должно быть больше чем у обычных транзисторов, хотя для Arduino это не проблема) .
МОП-транзистор включаем в цепь так, чтобы отрицательный выход инвертора был соединен с коллектором, отрицательный выход аккумулятора с эмиттером, а выход Arduino с базой. Когда все требуемые параметры совпадают (такие как продолжительность езды, подаваемое напряжение и т.д.) Arduino подает сигнал на транзистор и тот открывается, позволяя течь току от аккумулятора к инвертору; если Arduino прерывает сигнал, то транзистор запирается, прерывая цепь, и инвертор отключается.

Замечу, что при прохождении больших токов через транзистор поделки он сильно греется, поэтому, так же как и на регулятор напряжения, установка радиатора на транзистор обязательна!

Пример кода:

//the bolded code

int mosfet = 7; // used to turn on the inverter

unsigned long timeOn, timecheck; // for time checking

if (motorV > 1.0 && !hasBeenOn) {
timeOn = millis();

inverterControl();

// the separate function

void inverterControl() {

battV = getbattV(); //check the battery voltage

timecheck = millis() — timeOn; //check how long the user has been biking

/* We want the user to have biked for a certain amount of time

before allowing the user to charge the user’s electronics.

We also need to be sure that the battery isn’t undercharged.

if (hasBeenOn && (battV > 10.0) && (timecheck > 5000) && !mosfetOn) {

digitalWrite(mosfet, HIGH); //the inverter is on when the Arduino turns on the MOSFET

mosfetOn = true;

else if ((battV <= 10.0)) { //turns off inverter if the battery is too low

digitalWrite(mosfet, LOW);

mosfetOn = false;

else if(timecheck <5000) { //turns off if the user stopped/hasn’t biked long enough

digitalWrite(mosfet, LOW);

mosfetOn = false;

Шаг 6: Arduino и обратная информация

В качестве обратной связи во время тренировки можно взять значения частоты вращения заднего колеса, то есть «велосипедист» будет не только заряжать аккумулятор, но и получать информацию об интенсивности своей тренировки. Чтобы считать обороты заднего колеса можно использовать оптический датчик и датчик Холла.

Оптический датчик

В своей мозгоподелке я пошел путем установки оптического датчика для считывания числа оборотов заднего колеса, и сделал этот сенсор из попавшихся по руку деталей. Суть проста: к ободу колеса прикреплен непрозрачный объект, здесь тонкий крашеный пластик, который при вращении периодически прерывает луч светодиод-фотодиод. Сами фотодиод и светодиод установлены в куске пенопласта с выбранной полостью, в которой вращается колесо (см. фото). Из-за податливости пенопласта в нем легко разместить и настроить систему светодиод-фотодиод, а именно разместить их на одной линии, это важно, так как фотодиоды очень чувствительны к углу падающего луча. В итоге, пластик при вращении должен не мешать самому вращению обода, и прерывать луч.

Схема подключения диодов тоже проста: на оба диода подается от микроконтроллера 5В, но в цепи светодиода обязательно установить резистор, так как светодиод обладает низким сопротивлением и значит ток, текущий по нему будет большим и светодиод попросту перегорит. Поэтому последовательно со светодиодом монтируем резистор 1кОм, и тогда ток по светодиоду будет течь примерно 5мА. Принцип работы фотодиода противоположен работы светодиода, то есть свет используется для получения напряжения, а не наоборот. И, следовательно, в цепи фотодиод нужно устанавливать в обратном направлении, чем светодиод. Напряжение, создаваемое фотодиодом, измеряется на резисторе подключенного после фотодиода, и величина напряжения не важна, потому что нам важно лишь прерывание луча от светодиода. Номинал резистора после фотодиода нужно подобрать таким, чтобы даже при попадании на фотодиод света от ламп освещения, напряжение будет равно 0. Путем мозгоопытов я подобрал резистор 47кОм, и при блокировке луча светодиода напряжение равно 0, а при попадании луча на фотодиод напряжение вырабатывается достаточное для считывания. Таким образом, при нулевом значении напряжения Arduino понимает, что колесо совершило одно вращение.

Датчик Холла

Чтобы считать значение оборотов колеса поделки можно использовать и датчик Холла , который реагирует на изменение магнитного поля попадающего на него. Значит, чтобы считывать обороты этим способом, можно разместить на ободе магнит, а датчик Холла установить примерно также как и светодиод из предыдущего способа. Принцип работы датчика Холла в том, что он вырабатывает напряжение пропорциональное приложенному к нему магнитному полю, то есть каждый раз когда магнит проходит рядом с датчиком Arduino считывает изменение напряжения.

Пример кода:

//the complete code can be found at the end of this Instructable
//the bolded code is what we add to the code from above

int pdiode = A3; // photodiode for rpm

int photodiode;

int cycle = 0;

int numCycle = 20; // for averaging use

float t0 = 0.0;

float t1;

pinMode(pdiode, INPUT);

if (motorV > 1.0 && !hasBeenOn) {

cycle = 0;

t0 = float (millis());

getRpm();

void inverterControl() {

else if(timecheck <5000) {

cycle = 0; //this is a safety since arduino can’t run multiple threads

t0 = float (millis());

void getRpm() {

//may want to consider an if else/boolean that makes sure increasing cycle only when biking

if (t0 == 0.0) { //safety for if the arduino just started and t0 hasn’t been set yet

t0 = float (millis());

photodiode = analogRead(pdiode);

if (((photodiode != 0) && (analogRead(pdiode) == 0)) || ((photodiode == 0) && (analogRead(pdiode) != 0))) {

cycle++;

t1 = float(millis());

if (cycle > numCycle) {

rpm = (float(cycle)) / (t1 — t0)* 1000.0 * 60.0; //conversion to rotations per minute

cycle = 0;

t0 = float (millis());

Шаг 7: Arduino и датчик силы тока

Контроллер заряда нашей самоделки отображает силу тока идущей от аккумулятора, но можно использовать еще силу тока в качестве индикатора интенсивности тренировки. И для этих целей будем использовать эффект Холла упомянутого в предыдущем шаге, то есть пропуская ток от контроллера заряда через специальный датчик с эффектом Холла , который вырабатывает напряжение пропорциональное магнитному полю, создаваемое проходящим током, можно косвенно измерить силу тока идущего на батарею. Для обработки полученных значений, к сожалению, нет конкретных таблиц соотношений вырабатываемых напряжений и токов, но эту мозгозадачку можно решить пропусканием через датчик известных токов и замера вырабатываемого датчиком напряжения. По полученным таким образом данным и выводится соотношения напряжения и тока.

Этот ток может быть преобразован в другую статистику — энергии подаваемой на аккумулятор и общей выработанной энергии. То есть сравнивая энергию идущую на аккумулятор и энергию потребляемую для зарядки подключенных устройств, можно определить нужна ли зарядка аккумулятора, в случае если подключенные устройства расходуют боле энергии, чем может выдать аккумулятор.

Пример кода:

/the complete code can be found at the end of this Instructable

//the bolded code is what we add to the code from above

int hall = A2; //for current sensing

float Wh = 0; //for recording the watt-hours generated since Arduino has been on

pinMode(hall, INPUT);

else if(motorV > 1.0 && hasBeenOn){

getCurrent();

void getCurrent(){ //the current going into the battery

current = (float(analogRead(hall))-514.5)/26.5; //equation for current from experimental plot

Wh = Wh + float(wait)/3600.0*current*13.0; // calculation for watt-hour

//assume 13V charge controller output into battery

Шаг 8: ЖК-дисплей

Существует много вариантов вывода информации используя Arduino и ЖК-дисплей. Выбранный мной экран имеет 2 строки с 16-ю символами в каждой, 4 кнопки направления, кнопка «выбор» и кнопка «сброс». Для упрощения кодирования я использовал в коде лишь кнопки направлений, сам код довольно «сырой» с примерными значениями для многих параметров. Если вы владеете С++, то можете написать свой более профессиональный мозгокод . Я хотел чтобы «велосипедист» имел сохраненную статистику о лучшем времени одного заезда, общей дистанции, общего количества Ватт/часов с начала эксплуатации поделки . Во время заезда я планировал отображать на дисплее время заезда, скорость в км/ч, сгенерированную мощность и энергию в Ватт/часах выработанную за заезд. Если вы впервые сталкиваетесь с использованием ЖК-дисплея в своей самоделке , то полезно ознакомится вот с этим .

Рассчитать необходимые данные не трудно: для получения частоты вращения и км/с нужно разделить количество оборотов колеса на время, потраченное для совершения этого количества оборотов колеса, и перевести в соответствующие единицы измерения. Измерив радиус заднего колеса, он равен 28см, получаем длину окружности 175.929см или 0.00175929км. Далее по формуле «скорость*время=расстояние» получаем пройденное расстояние. По формуле «сила тока*напряжение» рассчитываем мощность, а для получения значения энергии с помощью суммы Риманна умножили мгновенную мощность на прошедшее время (0.5с) и прибавили каждые полсекунды вращения педалей.
Относительно меню, я проиндексировал каждое отображение и использовал фиктивную переменную для перемещения по отображениям.

Что касается меню, индексируется каждый экран и используется фиктивная переменная подсчета, чтобы перемещаться по экранам. «Вверх» и «вниз» будет повышать или понижать фиктивную переменную, «Влево» ведет на меню более высшего уровня, а «Вправо» ведет в подменю.

Схема меню:

Главное Меню
> Лучшее время
>> Показать значение
> Общее расстояние
>> Показать значение
> Сгенерированная мощность
>> Показать значение
> О
>> Любая информация о велосипеде.
//Полный код можно найти в конце этого мозгоруководства

//the bolded code is what we add to the code from above

// include the library code:

#include

#include < Adafruit_MCP23017.h>

#include< Adafruit_RGBLCDShield.h>

//This portion is taking word for word from Adafruit’s tutorial, which we linked above

// The shield uses the I2C SCL and SDA pins. On classic Arduinos
// this is Analog 4 and 5 so you can’t use those for analogRead() anymore

// However, you can connect other I2C sensors to the I2C bus and share

// the I2C bus. Adafruit_RGBLCDShield lcd = Adafruit_RGBLCDShield();

// These #defines make it easy to set the backlight color

#define RED 0x1

#define YELLOW 0x3

#define GREEN 0x2

#define TEAL 0x6

#define BLUE 0x4

#define VIOLET 0x5

#define WHITE 0x7

//here starts the part we coded

int ptr = 0; // menu pointer

int mins, secs, kmh;

//long term storage variables

int timeAddress = 0;

int distanceAddress = 1;

int powerAddress = 2;

byte timeValue, distanceValue, powerValue;

boolean isHome = true;

lcd.begin(16, 2);

lcd.print(«Hello, world!»);

lcd.setBacklight(WHITE);

timeValue = EEPROM.read(timeAddress);

distanceValue = EEPROM.read(distanceAddress);

powerValue = EEPROM.read(powerAddress);

root(); //set display to root menu

uint8_t i=0; // we put this in because the tutorial included it (not exactly sure what it’s for)

menuFunction(); //see if button is pressed

if (motorV > 1.0 && !hasBeenOn) {

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print(«Warming up…»);

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(«Keep pedaling. «);

lcd.setBacklight(GREEN);

digitalWrite(cc, HIGH); //press start on charge controller

lcd.setBacklight(YELLOW);

delay(3500); //press start for 3.5 seconds

digitalWrite(cc, LOW); //stop pressing start

//battery should now be charging

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,0);

hasBeenOn = true;

lcd.print(«Charging battery»);

lcd.setBacklight(RED);

lcd.setCursor(3, 1);

timeOn = millis();

//time of how long person has been pedaling

lcd.print((millis()-timeOn)/1000);

isHome = false;

else if(motorV > 1.0 && hasBeenOn){

secs = int((millis()-timeOn)/1000);

mins = int(secs/60);

secs = int(secs%60); //this could also be written as a separate function

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(mins);

lcd.setCursor(2, 0);

// print the number of seconds since start biking

lcd.print(«:»);

lcd.setCursor(3, 0);

lcd.print(secs);

lcd.setCursor(9, 1);

lcd.print(rpm);

lcd.setCursor(13,1);

lcd.print(«RPM»);

isHome = false;

getCurrent(); //this prints W, Wh

getkmh(); //this prints km/h

if (timeValue > (millis()-timeOn/1000/60)){

timeValue = int(millis()-timeOn/1000/60);

EEPROM.write(timeAddress, timeValue);

root();

void getkmh() {

kmh = rpm*60.0*revolution;

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(kmh);

lcd.setCursor(2,1);

lcd.print(«km/h «);

void getCurrent(){

current = (float(analogRead(hall))-514.5)/26.5;

lcd.setCursor(6, 0);

lcd.print(int (current*13));

lcd.setCursor(8,0);

lcd.print(«W»);

Wh = Wh + float(wait)/3600.0*current*13.0;

lcd.setCursor(10,0);

lcd.print(Wh);

lcd.setCursor(13,0);

lcd.print(«Wh»);

void menuFunction() {

delay(200);

uint8_t buttons = lcd.readButtons();

if (buttons) {

if (buttons & BUTTON_UP) {

scrollUp(ptr);

if (buttons & BUTTON_DOWN) {

if(ptr >0){

scrollDown(ptr);

if (buttons & BUTTON_LEFT) {

if(ptr >=1 && ptr <=4){

root();

else if(ptr >= 5){

menu();

if (buttons & BUTTON_RIGHT) {

scrollRight();

void menu() {

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«MENU (scroll V)»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«Top times»);

ptr = 1;

void root() {

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Bike to Charge!»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«Menu (Right >)»);

ptr = 0;

isHome = true;

void scrollRight() {

Serial.println(ptr);

if(ptr == 0){

menu();

else if(ptr == 1){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Top time»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(timeValue); // RECALL NUMBER!!! TOP TIME

lcd.setCursor(13,1);

lcd.print(«min»);

ptr = 5;

else if(ptr == 2){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Total distance»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(distanceValue); // RECALL NUMBER!!! TOTAL DISTANCE

lcd.setCursor(14,1);

lcd.print(«mi»);

ptr = 6;

else if(ptr == 3){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Total energy»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(powerValue); // RECALL NUMBER!!! TOTAL WATTHOURS

lcd.setCursor(15,1);

lcd.print(«J»);

ptr = 7;

else if(ptr == 4){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Scroll down to «);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«read more!!! (V)»); // RECALL NUMBER!!! TOTAL WATTHOURS

ptr = 8;

void scrollDown(int i){

Serial.println(i);

if (i == 1){

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«Total distance «);

ptr = 2;

else if (i == 2){

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«Total energy «);

ptr = 3;

else if (i == 3){

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«About! «);

ptr = 4;

else if (i == 8){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Electronics bike»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«worked on by: «);

ptr = 9;

else if (i == 9){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«A. McKay ’13»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«J. Wong ’15»);

ptr = 10;

else if (i == 10){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«A.Karapetrova’15»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«S. Walecka ’15»);

ptr = 11;

else if (i == 11){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«S. Li ’17»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«N. Sandford ’17»);

ptr = 12;

else if (i == 12){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«For His Majesty «);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«Dwight Whitaker «);

ptr = 13;

else if (i == 13){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Phys 128 «);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«Pomona College «);

ptr = 14;

else if (i == 14){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Paid for by the «);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«SIO and Dept of «);

ptr = 15;

else if (i == 15){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Physics and «);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«Astronomy. «);

ptr = 16;

void scrollUp(int i){

if (i ==2){

menu();

if (i>2){

scrollDown(i-2);

Шаг 9: Общая схема и код

95% нашей цепи собрано на монтажной плате, а датчики и другие электронные компоненты подключены через штырьковые разъемы, что очень удобно. Полный код прикреплен файлом или выложен

Окончательным шагом мозгопроектом является «окультуривание» поделки, то есть придание ей завершенного вида.

Просто аккуратно собираем провода в жгуты и скрываем их в коробе в передней части стенда. Провода, идущие к задней части, скрываем половинкой ПВХ-трубы, которую затем крепим к основанию. Аккумулятор также скрываем – помещаем в коробку, на руль монтируем пластиковый стенд для книги или телефона, на него же крепим ЖК-дисплей. Тумблер из Шага 2, который защищает от фантомных нагрузок, изолируем и крепим на ручке руля.

И в качестве финального аккорда, окрашиваем самоделку в любой выбранный цвет (не закрашивая, конечно, электронику и движущиеся элементы).

Идеи для улучшения поделки :
Радиатор для контроллера заряда
Защита от воздействий окружающей среды (чтобы использовать самоделку и на улице)
Установка датчика Холла для считывания оборотов колеса
Более функциональный стенд для книг, держатель чашки
Расширенное и более удобное меню
Более продвинутый код

Итак, мозго -вело-генератор готов, надеюсь было полезно!

Велосезон уже начался, и многих велосипедистов стали посещать мысли о создании бортовой сети для велосипеда. Что бы на велосипедной прогулке можно было использовать фонарь, сигналы поворота, стоп сигналы или музыкальную систему и не только во время движения. А кроме того, нелишней была бы возможность зарядки телефона, смартфона или фотоаппарата. Вот одно из таких писем: «Здравствуйте. Предлагаю вам идею продукта для раздела авто-мото-вело (хотя он четко для вело, конечно). Это некое универсальное зарядное устройство для подзарядки аккумуляторов и питания световых элементов на велосипедах с электрогенераторами. Проблема в том, что во время стоянки весь свет гаснет, т.к. нет аккума. Данное устройство должно подключаться к динамке, уметь подзаряжать небольшой аккумулятор, отображать уровень его заряда, ну и конечно запитывать при движении световые приборы.»

Готового устройства у нас нет, но в этой статье мы расскажем, как на базе модулей Мастер Кит можно создать бортовую сеть для велосипеда.

В качестве источника берем обычный велосипедный генератор «бутылочного» типа, например, такой , как более универсальный:

Для минимальной бортовой сети нам понадобится три модуля. Это BM037 , PW810 и NT800 .

BM037 представляет из себя импульсный понижающий DC/DC преобразователь. В схеме он будет использоваться в качестве выпрямителя для преобразования переменного напряжения простого велосипедного генератора, «бутылочного» типа, в постоянное напряжение. При необходимости, вместо данного модуля можно использовать диодный выпрямитель с электролитическим конденсатором большой емкости.

PW810 представляет из себя импульсный универсальный DC/DC преобразователь. Модуль способен как уменьшать, так и повышать входное напряжение. Так как генератор при движении имеет нестабильное выходное напряжение, оно сильно зависит от скорости движения, с помощью этого преобразователя мы получим стабильное напряжение бортовой сети.

При использовании двух этих устройств мы сможем получить стабильное выходное напряжение от 5В до 12В. Необходимое напряжение устанавливается с помощью регулятора на модуле PW810. Но при таком включении при остановки в бортовой сети будет пропадать вырабатываемое напряжение генератором. Что бы этого не происходило необходимо дополнить схему аккумулятором NT800. Такое включение позволит пользовать бортовой сетью при остановках и увеличит мощность системы, что позволит подключать большее количество устройств. А в процессе движения на велосипеде будет происходить процесс зарядки аккумулятора.

Кроме того, в статье написано: Вместо NT800 можно использовать любой имеющийся у вас под рукой аккумулятор с рабочим напряжением 3,7В, 6В или 12В.

Схему подключения модулей можно увидеть на рисунке:

Она получилась не сложной. Ее сможет повторить любой человек, даже незнакомый с электроникой. Настройка схемы тоже не вызывает ни какой сложности. Подключите лабораторный источник питания вместо генератора или раскрутите колесо, на котором установлен генератор. Теперь, с помощью регулятора напряжения на модуле BM037 необходимо ограничить максимальное выходное напряжение до 26В. С помощью регулятора напряжения на модуле PW810 необходимо выставить выходное напряжение используемого аккумулятора, в нашем случае 13,8В. Теперь выведите кабель с аккумулятора на необходимые розетки, например типа автомобильного прикуривателя, и используйте любые любимые гаджеты не переживая, что они разрядятся в самый неподходящий момент.

Если вам необходимо иметь в бортовой сети не стандартное напряжение, ниже 12В, например 5В или 2,4В. Для этого можно подключить к клеммам аккумулятора понижающий DC/DC преобразователь PW841 :

Данный преобразователь оснащен двумя дисплеями верхний для отображения выходного напряжения, нижний для отображения потребляемого тока. Это позволит вам контролировать состояние и потребляемый ток подключенных устройств.

При желании, аккумулятор можно оснастить модулем контроля заряда MP606 :

Модуль подключается параллельно клеммам аккумулятора. Несмотря на то, что модуль имеет очень низкое энергопотребление, всего 10 мА, при длительных стоянках рекомендуется предусмотреть его отключение. Данный модуль так же может пригодиться в любой другой технике, где используется аккумулятор, например скутер, автомобиль и т.п.

Тогда финальный вариант будет выглядеть согласно схеме:

В сети встречаются в основном контактные варианты велогенераторов, основанные на использовании трущихся частей. Электроэнергия, вырабатываемая такими устройствами достаточна для зарядки аккумулятора, который питает передний и задний фонари велосипеда.

Недостатками таких заводских и самодельных генераторов для велосипеда являются сопротивление, которое они создают при езде и шум. Поэтому идея бесконтактного велогенератора представляется полезной и перспективной. Интересную идею такого приспособления для велосипеда представлена на видео, которое вы можете посмотреть в статье ниже.

На заднее колесо автор идеи установил катушку, мимо которой при езде пролетает постоянный магнит. При вращении колеса магнит движется мимо катушки, в результате вырабатывается импульсный электрический ток довольно высокого напряжения, но с очень малой величиной тока, который можно использовать для питания светодиодной лампочки. Если вам нужен готовый магазинный велогенератор или неодимовый магнит, приобретайте в этом китайском магазине . Генераторы для велосипеда, тоже в нём .

Катушка использована от небольшого аквариумного компрессора на 220 вольт. Магнит неодимовый – шайба толщиной 4 мм и диаметром 1,5 см.
Две светодиодные ленты на 12 вольт включены последовательно для предотвращения сгорания ламп, так как напряжение, генерируемое в импульсе может доходить 40 вольт, при этом величина тока очень мала. Если в схему включить конденсатор более 1000 мф, то светодиоды могут гореть постоянно, но число их необходимо в этом случае сократить в несколько раз.

Magnic Light

Отдадим должное смекалке автора интересной инновации для велосипеда, но должны отметить, что идея бесконтактного велогенератора не нова. Более того, существует оригинальная промышленная разработка такого устройства. Magnic Light является первым бесконтактным источником питания для фонарей велосипеда без дополнительных компонентов в колесах. Энергия берется из вращающихся колес велосипеда без каких-либо физических контактов и, таким образом, без трения.

Электричество преобразуется в свет за счет использования вихревых токов, создаваемых сильных магнитов (International Patent Pending PCT/EP/2012/001431). С помощью этого нового технического решения электричество могут подаваться на источники света полностью без батарей и без внешних кабелей, и в то же время с высокой эффективность.

Механизм действия на официальном сайте описывается так: “с перемещением колеса вращаются магниты внутри крошечного генератора весом 60 грамм и встроенным конденсатором, который держит свет, даже когда велосипедист останавливается”.

Видео, датированное 2014 г., показывает некоторые свойства генератора Magnic Light .

Идея изобретения генератора электроэнергии, или динамо-машины, как его сначала называли, принадлежит венгерскому физику и электротехнику Аньошу Иштвану Йедлику, который с 1827 года успешно занимался разработкой концепции динамо-машины, но не стал патентовать его, так как думал, что его идея не нова. Патент на электрогенератор принадлежит Вернеру Сименсу.

Более мощный самодельный генератор .