Objectif du projet
Conception et construction d’un dispositif d’éclairage avant et arrière pour vélo comportant :
- Lampe d’éclairage à l’avant.
- Feu de présence et indicateur de direction (clignotant) à l’arrière.
Contraintes du projet
- Alimentation électrique unique.
- Alimentation amovible.
- Eclairage avant et arrière puissant. Visible en pleine lumière.
- Protection de la batterie contre la décharge.
- Amortissement des vibrations.
- Intégration simple au vélo.
- Projet extensible pour ajouts fonctionnalités supplémentaires.
Principe de fonctionnement
La mise sous tension se fait par enfichage du cordon de la batterie.
Le système démarre. Un clignotement alternatif de deux matrices LED apparait.
Deux boutons poussoir pour afficher une flèche clignotante indiquant la direction sur la matrice Led durant quelques secondes. En même temps un son à deux tons est émis par un micro-hautparleur.
La lampe avant du vélo possède un interrupteur indépendant pour l’allumer.
Liste des composants électroniques
- Condensateur 10n céramique (2)
- Condensateur 3,3µF
- Condensateur 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 plastique
- Diode zener 2,5V
- Transistor mosfet BUZ21
- Quadruple matrice led max7219
- Circuit imprimé 30x70mm
- Barrette de connexion
Liste des accessoires pour intégration au vélo
- Boîtier plastique étanche pour commandes
- Boutons poussoir (2)
- Câble de laison 5 broches
- Lampe led
- Batteries 18650 1500mAh (ou plus de capacité) (2)
- Connecteurs étanche
- Boîtier plastique
- Micro haut-parleur
- Catadioptre
- Plaque de plexiglass pour couvercle
- Vis, rondelles, écrous (4)
- Bandes isolantes (diverses épaisseurs)
Le pilotage de l’affichage des matrices à 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 à Led. Lors des essais l’appel de courant de la matrice à Led branchée directement sur le contrôleur l’avait déstabilisé.
Le régulateur est un MCP1700 à 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 par l’utilisation d’une diode Zener (à la place de la Zener on pourra utiliser des diodes en série).
Circuit de protection contre la décharge des batteries
Pour prolonger la durée de vie des batteries (Li-ion) 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 (2 batteries 18650 en série)
Le circuit LM10CN est un amplificateur différentiel qui possède en interne une tension de référence de 200mV qu’il suffit de comparer avec celle de la batterie. Pour cela on utilise un pont diviseur de 1M-33K qui donne une tension de 200mV lorsque la batterie délivre une tension de 6V. A cette tension le Mosfet BUZ21 est désactivé ce qui coupe l’alimentation du montage.
Le pilotage de l’affichage des matrices à Led
Le schéma est simple et ne nécessite que peu de composants. On pourra utiliser d’autres contrôleurs des constructeurs Arduino ou Elegoo (Uno R3, gamme nano, Mega 2560 R3, etc..).
Le contrôleur est piloté par deux boutons poussoir. Une résistance de 10K et un condensateur de 10n protègent des tensions de rebonds.
Au repos la matrice Led clignote. En appuyant sur un des boutons le contrôleur va basculer en mode indicateur de direction pendant quelques secondes et le mini hautparleur émet un son pendant que la matrice LED indique la direction.
Remarques :
La lampe Led est directement branchée sur la source d’alimentation protégée. Elle n’est pas pilotée par le contrôleur.
Des condensateurs de 1000µF protègent le contrôleur et la matrice LED lors des appels de courant lorsque on allume la lampe Led ou des variations de courant liées au fonctionnement de la matrice Led.
L’utilisation d’une alimentation de 1500mAh permet un fonctionnement de 3 heures (à 530mA). |
De jour sans la lampe Led la consommation est de 210mA avec une autonomie de 7h (alimentation 1500mAh). |
L’utilisation d’une alimentation de 5000mAh permet d’étendre à 10 heures le fonctionnement (lampe Led allumée).
Description du programme
Le programme est assez simple et se base sur la bibliothèque LedControl.h. Le tout peut être chargé ici.
Quelques indications :
L’intensité de l’affichage des leds se fait par l’intermédiaire de la variable « intens ». On pourra choisir une valeur entre la 0 (faible) et 8 (fort).
La variable « long » indique la durée de l’affichage des flèches de direction. En appuyant sur un des boutons poussoir l’affichage des flèches de direction se fera durant le temps indiqué par la variable (ici 5 secondes).
La variable « blink1 » permet l’effet clignotant lorsqu’aucun bouton n’est appuyé. Elle permet un défilement de gauche à droite ou de droite à gauche en fonction de la touche appuyée.
Pour donner de l’effet à l’affichage on utilise les fonctions « setRow » et « setColumn ». La fonction « setColumn » permet d’accentuer le mouvement des flèches latéralement.
Un mini hautparleur est activé par la fonction « tone » sur le port 6. Le son émis est différent en fonction de la direction. Le son émis durant les 5 secondes permet de connaître l’état de l’affichage.
Le programme tourne en boucle. Etant donné la forte charge CPU engendrée l’affichage se fait au fur et à mesure que le programme s’exécute. On obtient ainsi une certaine fluidité visuelle. La temporisation de fin de boucle (100 et 300 ms) permet d’accélérer ou de ralentir la vitesse de défilement.
Assemblage et montage
L’assemblage ne pose pas de problème particulier.
Le circuit imprimé supportant les composants est fixé à l’arrière du module Led avec des entretoises.
Tous les fils sont soudés afin d’éviter les mauvais contacts.
Le boîtier est capitonné avec des bandes de mousse autocollantes. Cela évite l’utilisation de vis et permet au montage de supporter les vibrations du vélo.
Ainsi conçu (avec la liaison filaire multibrins) le système peut-être facilement monté et démonté.
La batterie se loge dans la poche de ma veste qu’elle ne quitte pas. Le soir elle sera rechargée pour être à nouveau opérationnelle le lendemain.
J’ai plusieurs versions d’alimentation dont une avec 4 batteries de 2000mAh (2×2). L’autonomie passe alors 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 « intens » du programme pourra être diminuée pour prolonger le fonctionnement.
Conclusion
C’est un projet facile à réaliser à condition d’avoir la patience pour se procurer le matériel adéquat (câble multibrins, boutons poussoir…).
Je vais maintenant compléter ce montage avec un module gyroscope afin d’adapter l’affichage en fonction de l’accélération du vélo.
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