Питание от аккумулятора для бортовой сети велосипеда

[Derdemyansky]

Доброго времени суток! Я планирую сделать бортовую сеть велосипеда для питания велофары и габаритных огней, в перспективе - самодельного велокомпьютера. В качестве источника сначала будет использоваться имеющийся в наличии аккумулятор 6В 1.3Ач. Так же, планировал сделать поворотники, но решил отказаться - лишнее энергопотребление, но никто их, к сожалению, не воспримет всерьез. Итак, данные следующие:
1) Велофара. Пока что она будет делаться на белых сверхъярких светодиодах с параметрами U=3.4В, I=20 мА, количество - 5-8 штук (итого 100-140 мА). Изменения яркости делать пока не планирую, т.к. на дальний свет даже на максимальной мощности это не тянет. В планах переход на один мощный светодиод. Есть 2 варианта:1) 1Вт, U=3.6В, I=360мА, 40-50 лм; 2) 3Вт, U=4В, I=800мА, 120 лм. Какой из них лучше будет? + с таким потреблением тока может потребоваться регулировка яркости (пусть не плавная, но все же).
2) Габаритные огни. Пока что в наличии только сверхъяркие красные светодиоды с U=2В, I=20мА. Есть вариант заменить на красные с малым энергопотреблением (2 мА), но тут возникает вопрос, хватит ли силы света в 8-20 мКд против 2180-4200 мКд у сверхъярких? Использоваться будет, конечно же, не один светодиод, а 4-5 штук, поэтому и возник вопрос питания (разница-то в 10 мА и 100 мА существенна).
3) Велокомпьютер. Планирую сделать самый простой вариант со спидометром,одометром, индикатором заряда аккумулятора. большего мне не нужно. Да, есть на рынке самые разные велокомпьютеры, но мне не нравится их исполнение (а именно их дисплеи а-ля калькулятор), к тому же отдельный аккумулятор, а мне не нравится следить за тучей отдельных аккумуляторов (двух телефонов, ноута и планшета хватило, дабы привить мне эту ненависть ). Для отображения информации хватит трех цифровых индикаторов (скорость вряд ли будет больше 100 км/ч, дневное расстояние больше 999 км, и заряд аккумулятора больше 100% ). В качестве микроконтроллера планирую использовать какой-то из семейства ATtiny с низким напряжением 1.8В (как я понимаю, они более энергетически эффективны и для моих целей подходят как нельзя лучше?).

Исходя из всего этого, вопрос следующий - как организовать питание всего этого дела с максимальной эффективностью? Какие микросхемы ШИМ следует использовать для организации стабильного напряжения для всех устройств? У меня есть пока что 2 варианта - 3 отдельных DC-DC преобразователя на нужные напряжения и нужный ток, или один DC-DC на максимальное напряжение, а далее уже понижать (о ужас!) делителями либо как-то еще (линейные стабилизаторы?).

P.S. Делается это все в целях обучения, я новичок

[mikes357]

Есть ещё импульсные понижающие. В принципе, и в повышающей части, и в понижающей, равно как и изготавливать для каждого потребителя свой преобразователь - можно обратить взор на MC34063A, как самую распространённую. Может применяться и с внешним транзистором.
Правда, возможно, придётся повысить энергоемкость Вашего аккумулятора, типа применить литий-ионный, либо скомбинировать его с динамовтулкой, - так называемый "буферный" вариант

[ppp]

В качестве источника сначала будет использоваться имеющийся в наличии аккумулятор 6В 1.3Ач.

Первая ошибка . Проектировать любую энергосистему следует начинать с потребителей. А потом уже в зависимости от потребителей выходить на выбор источника. Потом - вторая, третья и т.д иттерации, пока серия компромиссов по принципу разумной достаточности не приедет всю систему к разумному балансу .

1) Велофара.

Я предпочел бы один источник света. Здесь же важнее оптика, а не электрика. Добиться нормального светового пятна от гирлянды намного сложнее, чем от точечного. Что лучше, 1W или 3W, покажут только стендовые испытания. В отличие от автомобиля, Вам же каждый лишний миллиампер умноженный на обратный КПД преобразователей возить на собственных ногах надо будет.

Если недостаточно слесарного опыта или нет нормальных условий для мехобработки, я бы предпочел остановиться на покупной. Или посмотрел хотя бы в сторону китайских фонариков. Там оптика по крайней мере какая-никакая, а всё же лучше того, что выйдет из-под напильника на кухонной табуретке.

2) Габаритные огни.

Тоже не все так однозначно. Они должны быть хорошо различимы в солнечный день, и не слепить других участников движения ночью. Я бы остановился на не очень ярких, но проблестковых. Опять же, гадать бессмысленно - только стенд поможет определиться. И, уж коли всё равно планируется задействовать микроконтроллер, то полезно предусмотреть возможность перевода всех осветительных приборов в режим генерации сигнала SOS. Очень помогает при путешествиях группой.

3) Велокомпьютер. Планирую сделать самый простой вариант со спидометром,одометром, индикатором заряда аккумулятора. большего мне не нужно.

Я бы добавил часы. С возможностью перевода их в режим секундомера (иногда полезно сразу посмотреть, сколько времени в пути от контрольной точки) и в режим таймера (иногда полезно сразу посмотреть, сколько осталось до контрольного времени).

Для отображения информации хватит трех цифровых индикаторов

Если будут часы, то уже 4-х. И потом, в любом случае, расстояние нужно хотя бы с десятыми выводить, чтобы ориентироваться в начале километра находишься или уже в его конце. Это же велик всё-таки, а не самолет. Даже в машинах одометры с сотнями метров.

Не знаю, что Вы называете цифровыми индикаторами, но если это 7-сегментные LED, то обязательно сделайте макетку на один индикатор, включите от батарейки несколько сегментов и выйдите с этой макеткой под дневное солнце. Сразу станет понятно, почему все велокомьютеры комплектуются ЖКИ дисплеями.

Подумайте, может целесообразнее сделать дисплей всё-таки на "народном" ЖКИ 8х2 или 16х2 с отключаемой подсветкой. И кушать будет меньше, и сразу всю информацию можно вывести. Поверьте, тыкать во время движения в мелкие кнопки для переключения режимов индикации доставляет удовольствие только в первый день после монтажа компьютера .

У меня есть пока что 2 варианта - 3 отдельных DC-DC преобразователя на нужные напряжения и нужный ток, или один DC-DC на максимальное напряжение

Я бы остановился на первом варианте. Он экономичнее и позволит гибко наращивать или урезать количество оборудования.

И я бы прислушался к рекомендации mikes357. Если планируется кататься не только по тротуару вокруг своего дома, то обязательно нужно подумать о системе подзарядки АКБ. Особенно в загородных покатушках. Кроме всех очевидных плюсов, это позволит использовать АКБ меньшей ёмкости, а значит уменьшит стоимость эксплуатации (АКБ - всё-таки расходный материал) и вес системы энергоснабжения в целом.

PS
Я тоже новичёк, как и подавляющее большинство здесь присутствующих. Тех, кто голой ж@#$й гвозди рвет из забора, здесь всего несколько человек, Вы их сразу заметите. Поэтому ко всему выше изложенному нужно подходить со здоровой критикой и сомнениями.

[jonpim]

применить литий-ионный

Это будет получше тяжелого свинцового . При той-же емкости - раз 5 легче .
Применить для каждого потребителя электричества свой шим - оптимальнее .

[Derdemyansky]

Спасибо за ответы, отвечу всем и сразу

Аккумулятор пока просто валяется без дела, поэтому буду использовать его, со временем конечно перейду на литий-ионные, т.к. они гораздо легче (за неимением лучшего, как говорится... ) А так знаю, сначала потребитель, считаешь сколько нужно на вход подавать, потом уже в конце блок питания делать - эта одна из немногих полезных вещей, которые я узнал в университете

Динамовтулку в переднее колесо буду ставить, но попозже. Сначала хотел "обойтись малой кровью" и поставить ободной, но почитал, что это тихий ужас и КПД слишком уж мелкий. По поводу этого задам вопрос - а возможно ли намутить самодельный генератор? Дома валяется куча неодимовых магнитов, 2 кг меди самой разной Неодимки на спицы прикрутить, а катушку/катушки на вилку. Хотя, наверное, все же лучше подождать и поездить без подзарядки.

По поводу велофары - просто есть пара сломанных китайских фонарей, в одном используется 5 светодиодов (и светоотражатель соответствующей конфигурации), осталось только корпус чуть под свои цели допилить, так же есть китайский убитый под 1 большой светодиод (сверхъяркий мощный как раз должен подойти).

От 7 сегментных индикаторов уже отказался, уж больно большое потребление тока выходит - по 20 мА на сегмент (с хорошей яркостью, чтобы на солнце было видно), в худшем случае это выходит же 7*3*0.02 = 0,42А, что _капец_ как много (1 Вт светодиод жрет-то 360 мА ).

Без часов ну никак не выйдет, иначе надо будет городить что-то из математики для расчета средней скорости (когда с часами можно банально поделить пройденную дистанцию на время в пути). По тем функциям, что мне нужны, выбор пал на ATmega8HVA, там места для всяких функций предостаточно). И да, я хотел не мелкие кнопки делать, а многопозиционные тумблеры под пальцы на руле, возле манеток (нужно - функцию переключил, нужно - скорость, и руки убирать не нужно, удобно же ). Сейчас планируемый функционал состоит из:
- Спидометр (текущая скорость, средняя скорость, максимальная скорость)
- одометр (дистанция разовая, общая за все время)
- датчик каденса (текущий, средний, максимальный) - очень важная функция, наверное, важнее других.
- индикация состояния аккумулятора (заряд, когда будет динамовтулка - индикация, что заряжается)
- часы (нужен в основном секундомер - чтобы замерять время в пути, вычислять среднюю скорость и каденс), обычные же часы - наручные есть, хватает за глаза

С блоком питания - да, уже закупил с запасом MC34063A, буду делать разделный вариант (для каждого устройства свой будет). Обвязка тоже есть, практически все в планарном варианте (кроме фильтров-электролитов), осталось дело за малым

P.S. для покатушек возле дома вся эта электроника и не нужна. Для меня дневная норма наката - от 80 км, бывало, что из-за мелких происшествий в пути домой ехал с фонариком в зубах (в прямом смысле), что не слишком удобно Сейчас думаю, как это все дело сделать как можно компактнее и из чего делать корпус (либо взять за основу какую-то коробку, либо же полностью с нуля)

P.P.S. Аккумуляторы типа АА Ni-MH вроде как обладают ёмкостью от 2 Ач, а как они в эксплуатации?

Всем спасибо за ответы!

[ppp]

По поводу этого задам вопрос - а возможно ли намутить самодельный генератор?

Всё можно, были бы руки, голова и желание. Но только насколько это целесообразно? Решать только Вам, но я бы не стал. Много времени уйдет и все равно до уровня промышленной не дотянуться. В моей шимановской то ли 26, то ли 28 полюсов. Плюс внутри какой-то стабилизатор. Это по утверждению производителя, сам я с ним не разбирался, но на самом деле чем больше её скорость вращения, тем меньше сопротивление. При 8-10км/ч уже никакой разницы с обычной втулкой не чувствуешь.

Если желание продиктовано только финансами, то могу поделиться, у меня одна лишняя уже больше трех лет лежит. Только Вам вывоз её из моего леса придется организовывать самостоятельно. Если есть друзья-знакомые в СПб, которые могли бы у меня её забрать и выслать Вам, стучите в личку, обсудим.

Сейчас планируемый функционал состоит из:

Опять же, только Вы сами можете определиться с функционалом. Мне вот часто важно знать, сколько времени осталось до отхода электрички, покрутить педали повеселее или можно расслабиться, поэтому таймер и спидометр на первом месте . Кстати, от велокомпьютера давно отказался в пользу КПК с GPS (они сейчас никому не нужны, а если раздобыть с GPS, то любая программа-навигатор с лихвой заменит самый навороченный велокомпьютер). По дорогам езжу с Сити-Гидом, по лесам - с ОЗИ-эксплоером.

Для меня дневная норма наката - от 80 км

Фигасе, для меня 40 (с обязательным привалом на купание в лесных озерах) - хороший повод посачковать на следующий день . Тем более нужно подумать о подзарядке.

Сейчас думаю, как это все дело сделать как можно компактнее и из чего делать корпус (либо взять за основу какую-то коробку, либо же полностью с нуля)

У меня нет света (в белые ночи фара не актуальна, когда вечерами темно, то уже холодно кататься [ну не фанат я ], габариты в лесу тоже никому не интересны), поэтому на рулевой колонке в маленькой герметичной коробочке преобразователь на 5V 1А. Буфферный АКБ и телефон в рулевой сумочке. КПК устанавливаю над сумкой в герметичном чехле на кронштейне на руле, но редко, чаще в ту же сумочку кладу. Редко он нужен постоянно перед глазами, хотя, при 80 км в день, наверное, некогда останавливаться.

Аккумуляторы типа АА Ni-MH вроде как обладают ёмкостью от 2 Ач, а как они в эксплуатации?

Не, для неравномерного режима зарядки, наверное, не самый лучший вариант. Я бы набирал батарею из 16850 (что в ноутбуках стоят).

Вот здесь много интересной информации для Вас найдется - _http://velofun.ru/repair-shop/index.html

[Derdemyansky]

ppp

О, большое спасибо

80 км, это когда с перерывом на 1 час езжу по загородным трассам (предпочитаю крупные, т.к. на других разрешенная обочина езду превратит в слалом), максимум пока за день - порядка 125 км После таких поездок, конечно, домой приползаю, а не прихожу (но приползаю вполне довольный днем

За генератор определяется скорее не финансами, а тем, что новые колеса вот только-только забрал, отдавать на переделку не хочу снова. Чуть позже, как натренируюсь, возьму втулку на переднее колесо и буферный аккумулятор. Поэтому, спасибо за предложение, но пока откажусь

Вчера взял светодиод 1W, ох как он мне понравился На простом драйвере и батарейках на нем ездил пару часов в потемках - одно удовольствие Если поставить нормальный рефлектор, то на максимальной мощности будет просто класс. От обычных сверхъярких светодиодов отказался однозначно.

За КПК спасибо, как-то даже почему-то не подумал об этом. В плане карт раньше как-то проблем не возникало (пригород более-менее знаю, а в случае чего есть старая добрая энергонезависимая бумажная карта ), потому и не задумывался. Но жаление сделать что-то цифровое, да с таким громким названием осталось

[radio-kot]

Есть хороший НЕДОРОГОЙ светодиодный фонарь "Космос" со встроенной зарядкой от сети, реально светит более 14 часов - вот его хорошо использовать как фару и как источник питания для велоэлектрики и электроники. Легко снять с велика и забрать домой на зарядку. Достаточно в корпус вмонтировать обычное гнездо штекерно.

Вот фото.

[tantrum]

Очень интересная тема Почему многие советуют взять готовый китайский фонарь? Зачем? Я бы взял светодиод (минимум 3Вт, если аккумуляторы слабенькие, то хотябы 1Вт). Прилепить его на хороший радиатор, поцепить отражатель и все! Фонарь готов! Светить будет очень хорошо, в отличии от фонариков с обычными светодиодами. Но один минус: нужно делать драйвер питания, хотя это даже хорошо, потому что яркость светодиода меняться не будет, и не будет зависить от заряда аккумулятора (до окончательной разрядки). Насчет велокомпьютера согласен с вышесказаным, что нужно делать на ЖКИ. Но это немного усложнит конструкцию. И по поводу генератора, втулки Shimano 3Вт (может есть и мощнее?). Мне кажется этого мало, да и не нужно забывать о сопротивлении, оно не большое, но всеравно есть. И стоят они немало... Я бы постарался сделать самодельный генератор, тем более автор говорит, что у него есть неодимовые магниты.

[Derdemyansky]

Значит, походил по магазинам, посмотрел что да как, и пришел к такому выводу - велокомпьютер штука хорошая, но лучше взять магазинный, т.к. с массогабаритными параметрами они будут впереди (из-за моих пока что скудных навыков паяния да и проектирования миниатюрной электроники). Поэтому решил пока велокомпьютер отложить до лучших времен, а уже купленный ATMega8A-PU задействую в другом проекте.

По светодиодам - купил белый холодный на 1 Вт (только такие были), и белый теплый на 3 Вт. Скажу так - это того стоило, после тестов вернулся в магазин и купил еще 4 штуки) Параметры их: 1Вт - 360 мА, 3.5В, 3Вт - 700 мА, 4В. Светят отменно, но смотреть на сам светодиод во время работы даже не на полную мощность не очень хорошо для глаз (минут 5 ходил с фиолетовым пятном в глазах ) К тому же, нашел отражатели с линзами под светодиоды, корпус которых имеет диаметр аккурат под радиатор светодиода. Взял 1 отражатель с линзой для узкого луча (10°) и с рассеивающей линзой. Все получилось так, что сделать герметичный корпус (причем весьма небольшой) будет не такой уж и проблемой Купил так же литий-полимерный аккумулятор на 2000 мАч, приятно порадовала цена, ожидал большей, а так же масса и размеры весьма приятные.

Времени воплотить в жизнь пока нет, но в скорости займусь.

[mishanya-v]

У меня в молодости стояла такая конструкция: обычная советская динамка, четыре аккумулятора НКГЦ 1.5а.ч, передняя фара-фонарь на плоской батарейке, задняя-лампочка в детской пластмассовой шайбе красного цвета.
Сеть: переключатель П2К(строенный переключатель), реле РЭС10 (5в), диодный мост с конденсатором 1000х16в. На динамку выпрямитель, дальше реле. Между контактами реле диод и резистор 3 Ом 1вт. Реле контактами перекидывает плюс между батареей и динамкой. Кнопками включаются передняя фара, задняя или обе. Работает автоматически: с батареи, при движении переключается на динамку с зарядкой батареи. Всё собрано в кожаном бардачке на руле. Проработало года три, пока велик жил

[tantrum]

Значит, походил по магазинам, посмотрел что да как, и пришел к такому выводу - велокомпьютер штука хорошая, но лучше взять магазинный, т.к. с массогабаритными параметрами они будут впереди (из-за моих пока что скудных навыков паяния да и проектирования миниатюрной электроники). Поэтому решил пока велокомпьютер отложить до лучших времен, а уже купленный ATMega8A-PU задействую в другом проекте.

SMD детали паять не составляет никакой сложности. И особых навыков здесь не нужно. Так что все может получиться достаточно компактно, а тем более, если использовать 2х стороннюю плату.