Lumières de vélo : 5 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Objectif du projet

Conception et réalisation d'un dispositif d'éclairage avant et arrière pour vélo comprenant:

• Lampe d'éclairage avant.
• Feu de présence et indicateur de direction (clignotant) à l'arrière.

Contraintes du projet

• Alimentation simple.
• Alimentation amovible.
• Éclairage avant et arrière puissant.
• Visible en pleine lumière.
• Protection de la batterie contre la décharge.
• Amortissement des vibrations.
• Intégration simple dans le vélo.
• Projet extensible pour des fonctionnalités supplémentaires.

Principe d'opération

L'alimentation est mise sous tension en branchant le cordon de la batterie.

Le système démarre. Un clignotement alterné de deux rangées de LED apparaît.

Deux boutons poussoirs pour afficher une flèche clignotante indiquant la direction sur la matrice LED pendant quelques secondes. En même temps, un son à deux tons est émis par un buzzer actif.

L'éclairage avant du vélo a un interrupteur indépendant pour l'allumer.

Étape 1: Liste des composants électroniques

• Condensateur céramique 10n (2)
• Condensateur électrolytique 3, 3µF
• Condensateur électrolytique 1000µF (2)
• Résistance 1K
• Résistance 10K (2)
• Résistance 33K
• Résistance 1M
• Résistance 33M
• Circuit amplificateur LM10
• Arduino mini Pro ou Elegoo nano V3
• Vis et entretoises en plastique
• Diode Zener 2, 5V
• transistor Mosfet BUZ21
• Matrice quadruple led max7219
• Carton imprimé 30x70mm
• En-tête de broche

Étape 2: Liste des accessoires pour l'intégration du vélo

• Boîtier en plastique scellé pour les commandes
• Bouton poussoir d'activation momentanée(2)
• Câble à 5 broches Lampe à LED
• Batterie 18650 1500mAh (ou plus de capacité)(2)
• Connecteurs étanches
• Boite en plastique
• Buzzer actif
• Rétro-réflecteur
• Plaque en plexiglas pour couvercle
• Vis, rondelles, écrous (4)
• Rubans isolants (différentes épaisseurs)

Étape 3: Description technique de la partie électronique

La partie électronique se compose de 3 modules:

• Régulateur de courant 5V
• Circuit de protection contre la décharge de la batterie
• Le contrôle de l'affichage de l'affichage matriciel LED

Régulateur de courant 5V

L'alimentation du système utilise deux batteries 18650 en série. Le contrôleur Arduino Pro Mini délivre une tension régulée de 5V qui ne sera pas utilisée pour alimenter la matrice LED. Pendant les tests, le courant tiré de la matrice de LED connectée directement au contrôleur l'a déstabilisé.

Le régulateur est un MCP1700 avec une faible chute de tension. N'ayant pas de régulateur fournissant du 5V, j'utilise un régulateur 3,3V dont la tension de sortie est augmentée à 5V en utilisant une diode Zener (au lieu du Zener on peut utiliser des diodes en série).

Circuit de protection contre la décharge de la batterie

Pour prolonger la durée de vie des batteries, il est conseillé de ne pas les décharger complètement. Le montage utilisé coupe l'alimentation lorsque la tension de la batterie est inférieure à 6V.

Le circuit LM10CN est un amplificateur différentiel qui a une tension de référence interne de 200 mV qui peut être comparée à la tension de la batterie. A cet effet, un pont diviseur 1M-33K est utilisé qui donne une tension de 200mV lorsque la tension de la batterie est de 6V. A cette tension le Mosfet BUZ21 est désactivé ce qui coupe l'alimentation électrique du montage.

Le contrôle de l'affichage matriciel LED

Le schéma est simple et nécessite peu de composants. D'autres contrôleurs de chez Arduino ou Elegoo (Uno R3, gamme nano, Mega 2560 R3, etc…) peuvent être utilisés.

Le contrôleur est surveillé par deux boutons poussoirs. Une résistance de 10K et un condensateur de 10nF protègent des tensions de rebond.

Au démarrage du système, la matrice LED clignote. C'est l'état par défaut. En appuyant sur l'un des boutons, le contrôleur passera en "mode indicateur de direction" pendant quelques secondes et le mini haut-parleur émettra un son tandis que la matrice LED indiquera la direction.

Remarques:

La lampe Led est directement connectée à la source d'alimentation protégée. Il n'est pas contrôlé par l'unité Mini Pro. Des condensateurs de 1000µ protègent le contrôleur et la matrice LED des surtensions lorsque la lampe LED est allumée ou des variations de courant liées au fonctionnement de la matrice LED.

L'utilisation d'une alimentation 1500mAh permet un fonctionnement de 3 heures (à 530mA).

En journée sans lampe Led la consommation est de 210mA avec une autonomie de 7h (alimentation 1500mAh).

L'utilisation d'une alimentation 5000mAh prolonge le fonctionnement à 10 heures (lampe LED allumée).

Étape 4: Description du programme

Le programme est assez simple et est basé sur la bibliothèque LedControl.h. Tout peut être chargé ici.

Quelques conseils:

L'intensité de l'affichage des leds se fait à travers la variable "intens". Vous pouvez choisir une valeur entre 0 (faible) et 8 (élevé).

La variable "long" indique la durée d'affichage des flèches de direction. En appuyant sur l'un des boutons poussoirs, les flèches de direction s'afficheront pendant le temps indiqué par la variable (dans ce cas 5 secondes).

La variable "blink1" permet l'effet de clignotement lorsqu'aucun bouton n'est enfoncé. Il prend en charge le défilement de gauche à droite ou de droite à gauche en fonction du bouton enfoncé.

Les fonctions "setRow" et "setColumn" sont utilisées pour donner effet à l'affichage. La fonction "setColumn" permet d'accentuer le déplacement latéral des flèches.

Un buzzer actif est activé par la fonction tonalité sur le port 6. Le son émis est différent selon la direction. Le son émis pendant les 5 secondes permet de connaître l'état de l'affichage.

Le programme tourne en boucle. En raison de la charge élevée du processeur, la vitesse d'affichage est affichée pendant l'exécution du programme. On obtient ainsi une certaine fluidité visuelle. Le délai de fin de boucle (100 et 300 ms) permet d'accélérer ou de ralentir la vitesse de défilement.

La vidéo réalisée lors de la maquette donne un aperçu du rendu. A télécharger ici.

Étape 5: Assemblage et montage

Le montage ne pose aucun problème.

La carte de circuit imprimé supportant les composants est fixée à l'arrière du module LED avec des entretoises.

Tous les fils sont soudés pour éviter les mauvais contacts.

Le boîtier est rembourré avec des bandes de mousse autocollantes. Cela évite l'utilisation de vis et permet à l'ensemble de résister aux vibrations du vélo.

Ainsi conçu (avec la connexion filaire multibrin), le système peut être facilement assemblé et démonté.

La batterie se glisse dans la poche de ma veste qu'elle ne quitte pas. Le soir, il sera rechargé pour être à nouveau opérationnel le lendemain.

J'ai plusieurs versions d'alimentation dont une avec 4 batteries de 2000mAh (2x2). L'autonomie passe alors jusqu'à 8 heures. Dans ce cas, la recharge complète peut durer toute la nuit. Il est donc judicieux d'avoir plusieurs jeux de batteries.

Il est à noter que l'intensité lumineuse de la matrice affecte la consommation électrique. La variable "intensités" du programme peut être réduite pour prolonger le fonctionnement.

Conclusion

C'est un projet facile à réaliser à condition d'avoir la patience d'avoir le bon matériel (câble multibrin, boutons poussoirs…).

Je vais maintenant compléter ce montage avec un module gyroscope afin d'adapter l'affichage en fonction de l'accélération du vélo.