Приветствую Вас, Гость! Регистрация

Персональный сайт Пьяных А.В.

Четверг, 21.09.2017
Если Вы делаете покупки в интернет магазинах AliExpress, GearBest, Banggood, ASOS, Ozon, то вступайте в мою партнерскую программу. Таким образом поможете развитию моего сайта и скорейшему выходу новых статей. Ваша выгода - возврат до 18% потраченных средств. Кэшбэк проверенный. Деньги выводят быстро и без лишних проволочек.


Главная » Статьи » Велосипед » Электроника

Велофара с микроконтроллерным управлением

      На улице светит теплое солнце и температура на улице в дневное время поднимается до -2..+1 градусов. Самое время проснуться от зимней спячки и вывести железного коня из стойла и погонять. К сожалению, днем покататься удается только в выходные дни, в рабочие дни остается только вечер, но все еще рано темнеет.  

   Без света никак. Велокомпьютер, который должен управлять велофарой, пока лежит в ожидании подходящего корпуса. Временно до завершения велокомпа я сделал блок управления светом.

   Фара

   Фара состоит из 5 светодиодов CREE XM-L T6 по 10 Вт. Подробнее о фаре можно прочитать в первой статье о велокомпьютере. Для исключения перегрева  максимальная мощность на светодиодах ограничена 30 Вт.

   Микроконтрллер

   Фарой управляет микроконтроллер ATtiny85. На его борту имеется:

  • 8 кбайт памяти для программы
  • 512 байт внутрисистемно-программируемого ЭСППЗУ
  • 512 байт ОЗУ
  • 8-разр. таймер-счетчик с предделителем и двумя каналами ШИМ
  • 8-разр. высокоскоростной таймер-счетчик с отдельным предварительным делителем 2 высокочастотных выхода ШИМ с отдельными регистрами задания порога сравнения
  • 10-разр. АЦП

   Остальные плюшки нас не интересуют. Микроконтроллер размещен на плате под названием Digispark ATtiny85.

Digispark ATtiny85

   Напряжение питания до 10 В по описанию платы, но на ней установлен стабилизатор напряжения LM78L05. У него в даташите написано максимальное напряжение 35 В. Питание будет поступать от батареи 3S2P из Li-Ion аккумуляторов емкостью 950 мАч. Максимальное напряжение 12,3 В. Digispark с легкостью выдерживает это напряжение. У Digispark 6 выводов с МК.

   Задействование выводов:

  • Р0 - Красный светодиод
  • Р1 - Шим выход управления затвором транзистора
  • Р2 - Измерение напряжения батареи через делитель
  • Р3 - Зеленый светодиод
  • Р4 - Переменный резистор управления яркостью
  • Р5 - Не используется

   Программирование   

   Информации по программированию Digispark'ов очень мало. К портам можно обращаться через ассемблерные команды из Arduino IDE. Честно признаюсь, что изучать программирование ATtiny85 времени не было да и хотелось быстрее покататься. Поэтому методом перебора я выяснил, что, например, красный светодиод зажигается командой digitalWrite(0, HIGH), а зеленый переваривает только analogWrite(3, 255). Догадываюсь, что необходимо было переключить выходы в digital или в analog, но с этим я решил разобраться позже, когда будет свободное время. 

   Для программирования Digispark в среде Arduino IDE необходимо сделать следующее.

   Зайти в настройки и в поле Additional Boards Manager URLs вписать http://digistump.com/package_digistump_index.json

Установка альтернативного пути

   Далее в Boards manager в поле Type выбрать Contributed  и загрузить пакет Digistump AVR Boards. Также загрузятся и установятся драйвера для платы.

Загрузка пакета библиотек

   После этого выбрать плату Digispark Default.

Выбор типа платы

   Все. Arduino IDE готов к работе с Digispark. Прошивка Digi отличается от привычной прошивки Arduino. Вы пишете код. Потом нажимаете Вгрузить. Проходит проверка кода и компиляция. После этого IDE просит вас подключить Digi плату. Подключаете и ждете окончания загрузки. А вот и сама программа. Программа очень простая и в комментариях не нуждается. 

   Индикация

   Светодиоды, 2 красных и 2 зеленых, выведены на переднюю сторону корпуса блока управления. Для того, чтобы при передвижении в темное время мигание светодиодов не раздражало, они подключены через схему плавного включения и выключения.

Схема плавного включения светодиода

   Принцип работы схемы таков. При появлении сигнала с МК напряжение на базе транзистора нарастает по мере зарядки конденсатора. Время нарастания можно отрегулировать, изменив номинал резистора R1. При пропадании сигнала с МК Конденсатор разряжается и светодиод плавно гаснет. Время угасания светодиода намного больше времени включения. Для выравнивания времени плавного включения и выключения введена дополнительная цепь из диода и резистора R2. Эта цепь быстрее разряжает конденсатор, и время заряда и разряда конденсатора выравнивается. Еще одним плюсом данной схемы является возможность подключения как нескольких светодиодов, так и одного мощного, так как ток течет через транзистор, не нагружая выход МК.

Пример работы. До 11-ой секунды видео обычное мигание светодиодом, после 11-ой - плавное мигание

   Силовой ключ

   В качестве силового ключевого транзистора был применен 9T16GH в корпусе TO-252, выпаянный из материнской платы ПК. Сигнал на затвор идет через резистор прямо с МК. Второй резистор необходим для разряда емкости затвора.

   DC/DC Конвертер

   Повышающий преобразователь был куплен на Али. Основан на микросхеме XL6009. Выходное напряжение установлено 15В, при этом напряжении ток на матрице был равен 2А. Выходная мощность 30 Вт.

Повышающий преобразователь

   В процессе разрядки АКБ напряжение на выходе преобразователя меняться не будет. Фара будет светить с одинаковой яркостью. После преобразователя через 9T16GH напряжение подается на светодиоды. Яркость регулируется с помощью переменного резистора в квадратичной зависимости. При использовании линейной зависимости вначале светодиоды плавно меняют яркость, а примерно после половины диапазона регулировки резистора визуально прибавляют в яркости совсем немного. 

   Все детали размещены на небольшом кусочке макетной платы, на ней же установлены разъемы для подключения Digispark'а. При программировании к выводам 1, 2, 3, 6 не должно быть ничего подключено.

 

Подключение Digispark ATtiny85
 
 
Плата
 
   Питание

   Для питания были отобраны аккумуляторы с максимально похожими разрядными характеристиками.

Разрядные характеристики 3-х элементов питания

   Как видно из графиков АКБ практически идентичны.  

Разрядные характеристики батареи АКБ
 
   Емкость каждой батареи, состоящей из двух элементов по 950 мАч, составила для первой батареи 1898 мАч, для второй - 1895 мАч и третьей - 1890 мАч. Заряд и разряд каждой батареи с посекундной записью параметров в ПК производился микроконтроллерным зарядным устройством Thunder T6. После сборки батареи был выведен балансировочный разъем. После зарядки с балансировкой и разряда со снятием параметров выяснилось, что суммарная емкость батареи составила 1433 мАч. Сначала третья батарея села до 2,7 В, а напряжение на остальных было в районе 3,55 В. Начал грешить на эту батарею. После второго цикла первыми сдались батареи 2 и 3 (их разряд отображен на графике). После третьего цикла первыми сели батареи 1 и 2. Логику разряда выяснить не удалось. Вроде одинаковые батареи, а вот такая фигня творится. Далее диапазон емкости был поделен на 4 равные части по 358 мАч. По графику выделено напряжение на этих участках 11,46 В, 11,16 В,  11,02 В и 9,03 В. Логика работы светодиодов такова. При напряжении выше 11,46 В горят зеленые светодиоды, оставшийся заряд более 75%. При напряжении в диапазоне 11,16 - 11,46 В зеленые светодиоды мигают с частотой 2 раза в секунду, оставшийся заряд между 50 и 75%. От 25 до 50% мигают красные светодиоды. При остатке заряда менее 25% красные светодиоды горят постоянно. При повышенной яркости фары напряжение на батарее немного проседает. Соответственно показания светодиодов врут. Но так даже лучше. К примеру, фара светит на 80% яркости, и тут я вижу, что загорелись красные светодиоды, напряжение на АКБ менее 11,02 В. Я уменьшаю яркость до 50%, просадка уменьшается и красные светодиоды начинают мигать. Таким образом можно растянуть время до полной разрядки АКБ. 
 
Окончание испытаний
 
   Корпус блока управления был взят от клея-карандаша. После монтажа и проверки корпус был обтянут термоусадкой.

   

   Бимшоты 

   Для наглядности сделал бимшоты велофонаря и тактического фонаря Fenix TK35U2. У феникса 860 люменов, довольно слабая боковая засветка и сильно сфокусированный луч. Расстояние до забора около 100 метров. Высота фонарей на фото примерно равна высоте установки на велосипеде. Фотоаппарат Canon EOS 400D. Ручной режим, F3.5, 2.5s, ISO100.

   Как видно на фотографиях у велофонаря более сильная боковая засветка и недальнобойный  центральный луч, по сравнению с фениксом. До переделки фонаря максимальным режимом я пользовался редко, в основном за городом, при отсутствии машин и на большой скорости. Были случаи, когда я ехал с двумя друзьями, у которых не было фонарей. Вот тут иногда не хватало яркости для освещения дороги трем велосипедистам. Теперь хватит всем:) В городе даже минимального режима было многовато. При неспешной покатухе по парку люди шарахались, увидев свет. Теперь диапазон регулировки яркости значительно шире и можно выбрать режим для любых нужд. 

Категория: Электроника | Добавил: Zlitos (13.02.2016) | Автор: Пьяных А.В.
Просмотров: 838 | Комментарии: 1 | Теги: Микроконтроллер, Велофонарь, Велофара | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 1
0
1  
hands

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]