Démo d'énergie de vélo (construction) : 7 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Le but de ce Instructable était de créer une démonstration interactive d'énergie de vélo pour susciter l'intérêt des enfants pour l'ingénierie. Le projet fonctionne comme suit, lorsqu'un enfant pédale plus vite sur le vélo, il est capable d'activer plus de lumières sur le tableau d'affichage, épelant finalement le mot CITADEL dans des lumières LED bleues. Au fur et à mesure que le cycliste continue de pédaler plus vite, il est alors capable d'activer les yeux du bouledogue sous forme de lumières LED rouges. La largeur de chaque assemblage ne dépasse jamais 30 pouces pour garantir que le projet puisse s'intégrer dans les salles de classe à travers n'importe quelle porte de taille standard. Le panneau d'affichage est construit sur des roues afin qu'il soit facilement transportable. Avec tous les matériaux et outils disponibles, ce projet prendra environ 6 à 10 jours pour un coût estimé à environ 400 USD si vous devez acheter tous les composants matériels/électriques ainsi que le vélo.

Outils utilisés: Perceuse électrique, scie à table, scie sauteuse, perceuse à colonne, ponceuse, ruban à mesurer, étau, jeu de clés à douille, fer à souder, outil de sertissage de fil, imprimante 3D, divers outils ménagers (pinces, ciseaux, etc.)

Les matériaux utilisés:

Pixels LED RVB Digitel diffus de 12 mm (chaîne de 25) (2)

Ventilateur GDSTIME 5V DC 50mm (2)

Arduino Uno

Pas de 5 mm (HTD), courroie simple face de 15 mm de large

Vélo Kent 20" Boys Ambush ou tout autre vélo 20" avec piquets arrière

Grand dissipateur - Ensemble multiwatt (de Sparkfun) (5)

Weathershield 2"x4"x8' Bois traité sous pression Everbilt 1-1/2" (4)

Contreplaqué pour panneau d'affichage (je veux un poids léger mais un peu durable)

Panneau de particules pour lettres

Chevilles en bois carrées pour pieds de tableau d'affichage

Pack économique de renfort d'angle (18564)

Équerre d'angle robuste Everbilt 2 (paquet de 2)

Vis Grip-Rite n° 8 x 2 po (modèle n° PTN2S1)

Moteur de scooter électrique 24V 250W pour scooters à entraînement par courroie (article # MOT-24250B)

WIR-110, fil de câble d'alimentation noir de calibre 16 (12 pi)

WIR-110, fil de câble d'alimentation rouge de calibre 16 (12 pi)

Fil de calibre 16-20

Régulateur de tension linéaire LM338T/NOPB

Bornier à 5 groupes (2)

Cartes à souder

Résistances de 1,0 Ohm (5)

Résistances 5.1 kOhm (2)

Résistance 150 Ohms

Résistance 100 kOhm

Condensateur 2200 uF

Résistance de 20 kOhms

Condensateur 200 pF

Diode Zener 5V

Transistor 2N2905 ou équivalent

Potentiomètre 1.5k

Amplificateur opérationnel LM308

Kit de fil de connexion

Peinture / Pinceaux

Étape 1: Construire le formateur

Commencez par couper des morceaux de bois de 2x4x8 en deux planches de 28", deux autres à 24" et deux autres à 16". Vous aurez besoin de deux planches de 2x4x8 pour cela. Coupez quatre planches supplémentaires avec des angles de 45 degrés à chaque extrémité. Ces deux planches doivent mesurer 10" de long. À l'aide des planches de 16", utilisez une scie sauteuse pour couper des encoches dans la planche qui sont de 3" de profondeur et 1 3/4" de large. Il est utile de tracer ces dimensions avant de faire votre coupe.

Prenez 2 des planches de 10" et attachez-les à l'une des planches de 16". Tenez la planche de 16" vers le haut et appuyez les planches de 10" contre chaque côté des 16" de manière à ce qu'elles affleurent la planche et le sol. Utilisez des vis pour fixer les 3 planches ensemble. Répétez ce processus pour les 16" restants et deux planches de 10".

Marquez la marque centrale de 12" des deux planches de 24" et le centre des planches de 16". Alignez les deux marques ensemble de sorte que la planche de 16" soit verticale et affleurante avec la planche de 24" posée sur le côté. Percez 2 vis dans la planche de 16" à la planche de 24" et 2 autres pour chaque planche de 10" à la planche de 24". Répétez ce processus avec l'autre planche de 24" et la planche de 16" avec les planches de 10" attachées.

Ensuite, marquez le centre de la planche sur chacune des planches de 28". Faites une autre marque à 4" de chaque côté de la marque de 14". Il devrait y avoir 8" entre ces 2 marques. Alignez les planches de 24" sur ces marques avec l'intérieur de la planche sur la marque. Percez 2 vis dans chacune pour fixer les 3 planches ensemble. Répétez cette opération avec l'autre planche de 28" afin que toutes soient connectées.

Étape 2: Construire/fixer le tendeur de moteur

L'équipe a eu du mal à trouver un moyen approprié de tendre la courroie. Nous avons traversé quelques idées différentes avant d'arriver à ce qui est vu ci-dessus. Un rail coulissant en métal aurait été idéal mais en raison d'un petit budget, l'équipe a dû se contenter d'un rail en bois de fortune.

Commencez par créer une figure en forme de L à l'aide de blocs de 2 "x 4". La partie inférieure du L sur laquelle il montera le rail doit mesurer environ 8" de long. La partie supérieure environ 6" de haut. Coupez un autre bloc de 2"x4" pour le support du moteur. L'équipe a utilisé un petit poteau en bois rectangulaire de rechange que nous avons trouvé pour créer le système de rail. Le rail inférieur est chevauché par deux rails montés au bas du bloc moteur. La clé ici est d'utiliser du bois suffisamment durable pour ne pas se fendre lorsqu'il est vissé dans les 2"x4". L'équipe a utilisé une perceuse à colonne pour percer un trou tout au long du bloc de 2"x4" sur lequel le moteur est monté. Un autre trou a été percé dans la partie supérieure du L. Un long boulon a traversé le système. Assurez-vous d'utiliser de grandes rondelles à chaque extrémité pour répartir la charge. L'assemblage final a été monté sur le formateur à l'aide de supports en L. Un petit bloc de bois a été inséré entre le rail et le trainer pour éviter que le système n'ait tendance à se courber lorsqu'il est soumis à une tension élevée. Il est utile d'avoir quelqu'un pour maintenir l'ensemble en place lors du montage sur le home trainer pour assurer un alignement correct avec le pneu arrière.

Étape 3: Retirez le pneu arrière du vélo et fixez les piquets arrière

Pour retirer le pneu arrière du vélo, dégonflez d'abord le pneu. Retirez ensuite les écrous qui maintiennent le roulement en place pour la roue arrière. Déconnectez la chaîne du pignon arrière. Si le vélo est équipé de freins arrière, il peut être nécessaire de retirer les plaquettes de frein arrière. Une fois que la roue et le pneu sont complètement retirés, utilisez un pied de biche pour étirer le pneu sur le côté de la roue. Tout en maintenant le pied de biche entre la roue et le pneu, demandez à quelqu'un de tourner la roue pour soulever lentement le pneu. Une fois terminé, suivez les étapes dans l'ordre inverse pour réinstaller la roue sur le vélo. Assurez-vous de mettre la courroie autour de la roue avant de réinstaller. Pour installer les chevilles, faites-les glisser sur l'essieu arrière avant de réinstaller les écrous de fixation.

Étape 4: Construire le circuit

Le circuit vu dans le schéma a été obtenu à partir du lien fourni:

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

Le circuit que nous avons construit a deux fonctions. La première consiste à réguler l'entrée de tension CC variable du moteur à une sortie constante de 5 V CC utilisée pour alimenter les lumières. La seconde consiste à utiliser un diviseur de tension pour réduire la tension de sortie du moteur entre 0 et 5 volts. Cette sortie est ensuite entrée dans le port d'entrée analogique de l'Arduino Uno qui a une limite de 5V. L'Arduino Uno est codé pour activer des lumières spécifiques à une certaine tension. Ce code est fourni ci-dessous.

Le circuit montré dans le schéma ci-dessus est utilisé pour répartir le courant uniformément entre 5 régulateurs de tension linéaires (lm338). Ces régulateurs ne peuvent pas simplement être placés en parallèle pour répartir la charge car des différences dans leurs composants internes entraînent des sorties légèrement différentes de chacun. Le régulateur linéaire qui fournit le rendement le plus élevé finit par prendre la totalité de la charge. L'utilisation du circuit ci-dessus stabilise les sorties et répartit la charge uniformément. Les feux consomment un courant maximum d'environ 1,5A configuré selon les couleurs choisies (48 bleu 2 rouge). Le codage des lumières pour qu'elles soient toutes blanches créerait le courant maximum consommé (3A). La tension est régulée à partir d'un maximum de 28V à 5V. C'est une différence de 23V. 23V x 1,5A = 34,5W de puissance qui doit être dissipée sous forme de chaleur. C'est pourquoi la répartition de la charge entre les régulateurs est si importante pour l'équipe. Si un régulateur devait supporter toute la charge, il dépasserait sa température de fonctionnement maximale.

Tout d'abord, construisez le circuit sur une planche à pain sans soudure. Un condensateur assez gros (nous avons utilisé un 2200 uF) devra être placé à travers la sortie du moteur pour diminuer son bruit. Cela nettoie l'entrée que l'Arduino reçoit et rend l'affichage de la lumière plus cohérent (les lumières ne clignotent pas de manière erratique). Cependant, si vous souhaitez créer une machine produisant des crises, économisez 2 $ et annulez le condensateur. Ensuite, incorporez le circuit diviseur de tension. Faites passer un cavalier entre le diviseur de tension et l'entrée analogique Arduino Uno A0. Cavalez également l'Arduino dans le sol. Voir dessin ci-joint. Vous trouverez de plus amples informations sur le câblage des lumières sur le lien ci-dessous:

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

Étape 5: Test du circuit

L'équipement vu sur la paillasse ci-dessus est utile mais pas obligatoire pour tester le circuit. Cependant, vous aurez besoin d'un moyen pour faire tourner l'arbre de sortie du moteur à courant continu. Idéalement, nous aurions simplement utilisé le vélo mais comme il était toujours par la poste, nous avons dû trouver une solution alternative. Assurez-vous d'inverser la polarité du moteur (le fil de terre (noir) devient chaud et le fil chaud (rouge) devient la terre). Une fois que tout est branché, ajustez le potentiomètre dans le circuit jusqu'à obtenir une tension de sortie de 5V. N'importe quel voltmètre standard peut être utilisé pour cela. Le circuit devra être soumis à une charge substantielle pour ajuster correctement la tension de sortie. Le logiciel informatique Arduino devra être téléchargé pour exécuter le code du micro-contrôleur. La bibliothèque FastLED devra également être installée. Une fois le logiciel téléchargé et le code téléchargé sur l'Arduino, accédez au moniteur série dans le coin supérieur droit et vous pourrez observer l'entrée de tension que reçoit l'Arduino Uno. Faites des ajustements pour condenser le circuit autant que possible si nécessaire et testez à nouveau. Assurez-vous que tous les composants fonctionnent correctement avant de continuer.

Étape 6: souder le circuit

Dans l'image ci-dessus, vous remarquerez peut-être qu'il y a deux circuits imprimés intégrés. À l'origine, l'équipe prévoyait d'utiliser 10 régulateurs de tension linéaires lm338, mais après des tests supplémentaires, il a déterminé qu'un circuit avec 5 était substantiel. Cependant, la carte dont nous n'avions finalement pas besoin contenait le diviseur de tension, elle est donc toujours utilisée.

Par préférence personnelle, l'équipe a décidé de relier les régulateurs linéaires au circuit imprimé. Cela nous a permis de les monter un peu plus librement et de mieux supporter les gros radiateurs. Soudez tous les composants de votre prototype à votre nouvelle carte de soudure. Nous avons utilisé une carte permaproto afin que le circuit soit une réplique exacte lors du déplacement de la carte d'expérimentation sans soudure. Deux borniers de 5 gangs ont été utilisés pour créer des déconnexions rapides du moteur et des lumières.

Étape 7: Construisez le panneau d'affichage

Le panneau d'affichage a été construit en une série d'étapes.

1) Le tableau d'affichage se compose d'un tableau et d'un support. L'affichage est construit à partir de bois mince et monté sur un support de 57 1/2 po sur 5 pi. Le support est soutenu par une poutre transversale s'étendant à 45 degrés. angle de la jambe arrière au support vertical. Cela a été construit en utilisant du bois et des vis. Après l'achèvement de la planche et du support, quatre roues ont été percées dans le support à chaque coin respectif

2) L'affichage des lettres (C-I-T-A-D-E-L) a été construit séparément de l'affichage et du support. Les lettres ont d'abord été dessinées puis découpées dans des carreaux de panneaux de particules de 8 po x 12 po. Les lettres mesurent toutes 10 po de hauteur, avec des largeurs variables. Les lettres ont été découpées avec une scie à ruban pour les extérieurs et une scie sauteuse pour l'intérieur des lettres.

3) Une fois les lettres coupées, elles ont été fixées au tableau avec un clou liquide. Cela garantissait que les lettres étaient fixées au tableau. Ensuite, des trous ont été percés dans les lettres à l'aide d'un foret de 12'. Cela garantirait que les lumières seraient affichées.

4) Ensuite, l'écran a été peint en blanc et les lettres (C-I-T-A-D-E-L) ont été peintes en bleu bébé. Une garniture bleue a ensuite été ajoutée au cadre de la planche.

5) Les lettres (T-H-E) ont été peintes sur le tableau à une hauteur de 4 avec différentes largeurs.

6) Le Bulldog au bas du tableau a été peint sur le tableau à l'aide d'un mélange de peinture acrylique. Des trous ont été percés à travers les yeux avec un foret de 12 mm pour s'adapter aux lumières.

7) Enfin, les lumières ont été placées dans le tableau et le tableau d'affichage était complet.