chandra

После установки на Shulz Easy комплекта фар AXA Luxx 70 Plus Steady Auto + AXA Pannier rack Rear light "Slim Steady" 80 mm with parking light и динамо втулки shimano 2N35 2.4W, основные потребности в освещении дороги, и моей заметности на велосипеде в тёмное время суток, - были закрыты. Передняя фара обладает хорошим рефлектором, и распределяет свет горизонтально, ограничивая его по высоте, поэтому он не слепит встречный транспорт или пешеходов. Фаре немного недостаёт яркости, и свет ограничен парой полос движения, но я катал с ней в походе, по шоссе с полностью отключенным овещением от столбов, и этого света хватило.


Велосвет от динамо имеет преимущества перед батарейным питанием, но имеет и недостатки. Заметный недостаток что фары гаснут во время остановок. В фары встроены ионисторы, которые являются конденсаторами большой ёмкости. Конденсаторы сглаживают пульсации тока, а на остановках некоторое время отдают накопленную энергию, но их хватает только на 4 (передней) и 10 (задней) минут с половиной той яркости, которую динамо-втулка обеспечивает в движении, и в течении этого времени яркость уменьшается до нуля. То есть ионисторов, встроенных в фары, хватает только чтобы подождать на светофоре. Если надо остановится на обочине, то через 5 минут велосипед становится незаметным в темноте. Только свето-отражающая плёнка как-то исправляет ситуацию. Также, при движении с небольшой скоростью, меньше 10 км.ч, что часто бывает в сумерках на просёлочной дороге за городом, яркость фар становится уже недостаточной, поскольку мощность динамо-втулки зависит от скорости движения. Ну и бывает надо подсветить фарой как фонариком площадку, например, для установки палатки, если нас застала темнота. Эта зависимость света от движения и есть основной недостаток, которые отстутствует у фар с батарейным питанием. И чтобы его исправить, возникла идея иметь возможность питать фары ещё и от батарей. Но не на постоянной основе, а по-необходимости.
Простое подключение источника постоянного тока к фарам, рассчитанным на работу от переменного тока динамо-втулки, дало только тусклое свечение, приемлемое разве что для использования их в качестве габаритов. Нужно было преобразовать постоянный ток батарей в переменный, или как после выяснилось, хотя бы в импульсный, чтобы от двух литиевых батарей (7 - 8.4 Вольт), включенных последовательно, фара дала такой же свет как от динамо втулки. Можно было ещё попробовать аналоговый подход, т.н "мультивибратор". Но у меня давно скопилось некоторое количество модулей для ардуино, и несколько arduino pro mini. И еще мне надо было получить две частоты питающего тока. Одна для ближнего света, другая - для "дальнего". (Это особенность работы AXA Luxx 70, которая на скорости меньше 11 км.ч, включает два голубых свето-диода для дополнительной подсветки пространства возле переднего колеса. Скорость электроника фары определяет по частоте тока от динамо-втулки, которая за один оборот колеса делает 18 смен полярности )
Я решил реализовать управление питанием фары от литиевых батарей контроллером на ардуино. Для этого использовал хоть и не оптимальный по характеристикам, но имеющйся в наличии набор устройств. Сначала я посмотрел что у меня есть.
Список деталей
Вложение 444579
Выпрямитель KBL608 для зарядки от динамо. Можно использовать диоды шоттки, и собрать схему удвоения напряжения греначера, добавив несколько конденсаторов. Это увеличит выход тока на малой скорости, но для данного применения я не увидел смысла.

DC-DC конвертер на LM317 для питания ардуины и тем, чем она управляет стабилизированным напряжением. (не обязательно) Можно просто взять плюс между аккумами, будет питание от 3 до 4 вольт, так же работает, проверял

DC-DC LM2596 понижающий конвертер для зарядки стабилизированным напряжением. (Можно заменить другим, но на входе должен держать до 36v, с динамо такая напруга на скорости сподобится, особенно в момент переключения с динамо на аккумы. ).

Датчик тока MAX471 (помогает чтобы определять, когда фара отключена и закрывать выходной мосфет, точные данные о выходном токе)

OLED I2C 0.96" 128x32 точек дисплей (не обязательно, 1 светодиод разными вспышками сообщает состояния)

2xMOSFET модуля (не обязательно такие дорогие это высоковольтные (36v) на своих платах, можно взять любые, которые может открыт ардуино по нижнему порогу напряжения 3v, а частоты низкие)

2 низковольтных реле для переключения выхода динамо-втулки с фары на зарядку аккумов

Arduino pro mini

кнопки на руль

бокс на 2 литиевых аккумулятора

светодиод (выковырял из "ночника" который на ниппель колеса вкручивается и светит при движении, размер подходящий). Еще несколько резисторов, для вольтметра, кнопок, светодиода. штук 5. (10, 100кOm, 400Om (светик слишком яркий))

коробка из под губки для обуви для корпуса

2 Аккума китайских с защитой от перезаряда.

Для прошивки pro-mini нужен еще USB - TTL конвертер.

И составил блок-схему устройства.
http://kavi.hotar.ru/system/files/pr...ock-schema.png



Кнопки S1, S2, S3 и светодиод индикации режимов, находятся в одном блоке управления на руле. Блок кнопок для скутеров, приобрёл на ebay, где и прочие детали.

А светодиод врезал в него сам, использовав для управления им оставшийся не задействованным провод самой верхней на рисунке кнопки.
То есть сверху вниз на фото это кнопки S1 - верхняя ползунок, S2 - красная вкл. контроллера, и без фиксации S3 - зелёная управления режимами.
Сам контроллер собрал в корпусе от губки для обуви, и на коробку сверху приспособлен дисплей. Дисплей очень помогает при настройке, но в эксплуатации достаточно ориентироваться по миганию светодиода. Однако, если дисплей есть, можно посмотреть точное напряжение аккумуляторов, выходной ток на фару, и текущий режим работы, а также включена ли подзарядка или нет. Подзарядку можно отключить еще тумблером S4, установленым на корпусе блока.

Этот тумблер поставлен для предотвращения утечки тока через мосфет при длительном простое велосипеда. Если мосфет 2 заменить на реле, то можно обойтись без тумблера S4, но мне габариты корпуса не позволили установить ещё одно реле .

Самым для меня трудным оказалось написать программу прошивки, поскольку я не увлекаюсь составлением программ, но немного понимаю по прошлому как устроены программы, что такое компилятор и т.п полезные для этого процесса детали. Сколь ни был "ужасен" код, который в итоге у меня получился, с точки зрения опытного в программировании человека, я могу только сказать что у меня всё же устройство работает и выполняет свои функции.
Ссылка на архив с программой http://kavi.hotar.ru/system/files/private/progs.zip
(Я использовал в коде несколько подпрограмм, которые разыскал в интернет, и написанные более профессионально. Это программа "стробоскопа" - таймер, который позволяет программировать частоту, длину импульсов и пауз, программа вольтмера, программа управления одной кнопкой, и т.д) Дисплей подключается 4-мя проводами, два из которых +5 и -5 вольт питания, а два провода данных i2C SDA и SCL. Информация по ним В действительности, у меня при разработке вышел из строя USB-TTL конвертер для arduino pro mini. И я заканчивал устройство, исползуя уже не pro mini, а плату аналог arduino uno, которая не только отличается большими размерами, но имеет кристалл на 16mhz, а pro mini у меня были на 8Mhz.

Так что приложенный скетч с программой рассчитан на 16Mhz, а чтобы он заработал также на 8Mhz ардуино, надо уменьшить переменные таймера, который задаёт частоту импульсов тока на выходе, в 2 раза. (переменые S и P) Хотя в любом случае эти переменные надо подбирать эмпирически для конкретной фары. Подключение дисплея я выполнил на SCL и SDA, которые на uno есть отдельными контактами, а на pro mini они аналоговые A4 и A5.
Как уже ясно, я запитал фару импульсным током, вместо переменного, используя таймер прерываний ардуино. Но чтобы не потерять мощность на выпрямлении , этот импульсный ток имеет в несколько раз более короткие паузы между импульсами, чем сами импульсы. И за счёт этого потери напряжения из-за отсутствия отрицательной фазы незначительное, но это и не постоянный ток, который фара не принимает. Режимы "ближний свет / дальний свет" переключаются изменением частоты импульсов.
При подключении блока к фарам надо соблюдать полярность. Задний красный фонарь подключается прямо к передней фаре, и задний фонарь при питании импульсным током требует соблюдения полярности, иначе он не зажгётся. Передняя фара работает при любом включении полярности, но опытным путём я выяснил, что вся связка двух фар и динамо-втулки лучше всего работает при соблюдении полярности начиная от динамо втулки (на ней указан провод "земли на раъёме), далее на переднем фонаре, и на заднем. Скорее всего, это связано с полярностью ионисторов, и с тем что импульсный это по сути прервистый полярный постоянный, а не переменный. Но для лучшей работы это надо учесть.
Алгоритм работы контроллера. (Видео к описанию )
1) Включаем блок управления красной кнопкой на руле, реле переключают выход с динамо втулки с фары на контроллер.
По умолчанию устанавливается режим "ближний", зарядки от динамо-втулки нет. Дисплей показывает информацию.
Если напряжение от 7 до 8.38 вольт (значение переменной VMax) , светодиод мигает короткими одиночными вспышками раз в 4 секунды, примерно.
Если напряжение меньше 7, но больше 6 вольт, то вспышки становятся становятся двойными.
Если напряжение меньше разрешённых 6.2 вольт (значение переменной VMin), то для защиты батареи фара отключается от аккумулятора (выходной мосфет закрывается) , и светодиод показывает этот режим серией тройных вспышек.
2) Однократное нажатие на зелёную кнопку (без фиксации) переключает режим ближний / дальний. При этом, в режиме дальнего света автоматически включается заряд аккумуляторов от динамо (зарядка происходит если тумблер S4 в положении "включено", конечно). О включении режима заряда светодиод сигнализирует непродолжительной серией из нескольких коротких вспышек, как "стробоскоп". При переключении на ближний, заряд аккумуляторов от динамо отключается. Это сделано потому что пульсация от динамо втулки проходит на фару даже через преобразователи, из-за чего при увеличении скорости электроника фары считывает увеличение частоты и выключает ближний свет. Но если питать от батарей, то ближний свет можно включать на любой скорости, но для этого надо отключать динамо-втулку от аккумулятора.
3) Если нужно, чтобы зарядка аккумуляторов происходила и при включенном ближнем свете, можно переключить контроллер в этот режим, если нажать и удерживать зелёную кнопку пару секунд. Светодиод сообщит о включении режима зарядки серией коротких вспышек как "стробоскоп", и после этого переключение режимов не будет отключать зарядку при ближнем свете. Включение ближнего света в этом режиме регулируется так же, как при питании фары от одной лишь динамо втулки - скоростью движения. Отключается режим зарядки при ближнем свете также нажатием у удержанием зелёной кнопки. Ну или можно перезагрузить весь контроллер (выключить и включить красной кнопкой). Полезно включать режим зарядки при включенном ближнем, если фара выключена тумблером S1, (не светит), но при этом мы заряжаем аккумуляторы о динамо втулки (включив тумблер S4), например днём когда не используем фару. Случайные нажатия зелёной кнопки не отменят нам зарядку.
4) Двойное нажатие зелёной кнопки включает режим мигания. Мигает задняя фара, передняя светит как габарит, этот режим потребляет в 2 раза меньше тока. На остановках он помогает быть заметным в темноте. Выключение происходит таким-же способом - двойным нажатием зелёной кнопки. (Позже в эксплуатации выявлена ошибка в программе, из-за которой режим мигания не включается из режима разрешённой зарядки при ближнем свете. Надо переключиться в дефолтный режим, чтобы включить мигание. )
5) Дисплей показывает все режимы, включается при их изменениях, и сам гаснет через примеро 40 секунд.
6) Для защиты от перезаряда, фара отключаеся от зарядки динамой втулкой при превышении напряжения VMax, в каком бы режиме она не находилась. Свет на фары не выключается. На дисплее показывается информация о превышении напряжения. Во время движения, при зарядке от динамо, напряжение не может быть превышено, разве что из-за неисправности. (его уровень устанавливается dc-dc конвертером, который работает как контроллер заряда батереи) Но при подключении внешнего источника питания к штекеру для дополнительных аккумуляторов, который подключается прямо к батареям, защиты от превышения напряжения нет, кроме той что встроена в литиеые аккумуляторы. Контроллер в этом случае только сигнализирует превышение, он не может отключить внешний источник. (Поэтому внутрь блока надо обязательно ставить аккумуляторы с защитой от перезаряда). При превышении напряжения светодиод мигает раз в секунду.
7) Если выключить свет фары тумблером S1, то контроллер отследит нулевое показание датчика тока и через несколько секунд закроет выходной мосфет. После включения света тумблером S1 для включения фары нужно ещё нажать зелёную кнопку смены режимов, чтобы контроллер открыл мосфет (подал ток на фару).
Коробка блока управления помещается в сумочку на раме

К блоку может подключаться штекером ещё несколько аккумуляторов в сборке от "народных" китай-фар (на 8.4V)