Demostración de energía para bicicletas (compilación): 7 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

El propósito de este Instructable fue crear una demostración interactiva de energía en bicicleta para despertar el interés de los niños en la ingeniería. El proyecto funciona de la siguiente manera, a medida que un niño pedalea la bicicleta más rápido, puede activar más luces en el tablero de la pantalla, y finalmente deletrea la palabra CITADEL en luces LED azules. A medida que el ciclista continúa pedaleando más rápido, puede activar los ojos del bulldog como luces LED rojas. El ancho de cada ensamblaje nunca excede las 30 pulgadas para garantizar que el proyecto pueda caber en las aulas a través de cualquier puerta de tamaño estándar. El tablero de la pantalla está construido sobre ruedas para que sea fácilmente transportable. Con todos los materiales y herramientas disponibles, este proyecto tomará aproximadamente de 6 a 10 días en completarse a un costo estimado de alrededor de ~ $ 400 USD si tiene que comprar todos los componentes eléctricos / hardware, así como la bicicleta.

Herramientas utilizadas: taladro eléctrico, sierra de mesa, sierra de calar, taladradora, lijadora, cinta métrica, mordaza, juego de llaves de tubo, soldador, herramienta para engarzar cables, impresora 3D, varias herramientas domésticas (alicates, tijeras, etc.)

Materiales usados:

Píxeles LED RGB Digitel finos difusos de 12 mm (hebra de 25) (2)

Ventilador GDSTIME 5V DC 50mm (2)

Arduino Uno

Paso de 5 mm (HTD), correa de una cara de 15 mm de ancho

Bicicleta Kent de 20 "Boys Ambush o cualquier otra bicicleta de 20" con clavijas traseras

Disipador de calor grande - Paquete de varios vatios (de Sparkfun) (5)

Weathershield 2 "x4" x8 'Madera tratada a presión Everbilt 1-1 / 2 "(4)

Madera contrachapada para tableros de anuncios (quiero que sean livianos pero algo duraderos)

Tablero de partículas para letras

Tacos de madera cuadrados para patas de tableros de anuncios

Paquete económico de abrazaderas de esquina (18564)

Soporte de esquina para trabajo pesado Everbilt de 2 (paquete de 2)

Tornillos Grip-Rite # 8 x 2”(Modelo # PTN2S1)

Motor de scooter eléctrico de 24 V y 250 W para scooters de transmisión por correa (artículo n.o MOT-24250B)

WIR-110, cable de alimentación negro de calibre 16 (12 pies)

WIR-110, cable de alimentación rojo de calibre 16 (12 pies)

Alambre de calibre 16-20

Regulador de voltaje lineal LM338T / NOPB

Bloque de terminales de 5 grupos (2)

Tableros de soldadura

Resistencias de 1.0 Ohm (5)

Resistencias de 5,1 kOhmios (2)

Resistencia de 150 ohmios

Resistencia de 100 kOhmios

Condensador de 2200 uF

Resistencia de 20 kOhmios

Condensador de 200 pF

Diodo Zener de 5V

Transistor 2N2905 o equivalente

Potenciómetro 1.5k

Amplificador operacional LM308

Kit de cables de puente

Pinceles de pintura / pintura

Paso 1: construcción del entrenador

Comience cortando piezas de madera de 2x4x8 en dos tablas de 28 ", otras dos tablas de 24" y dos más de 16 ". Para esto, necesitará dos tablas de 2x4x8. Corte cuatro tablas adicionales con ángulos de 45 grados en cada extremo. Estas dos tablas deben tener 10 "de largo. Usando las tablas de 16 ", use una sierra de vaivén para cortar muescas en la tabla de 3" de profundidad y 1 3/4 "de ancho. Es útil trazar estas dimensiones antes de hacer el corte.

Tome 2 de las tablas de 10 "y fíjelas a una de las tablas de 16". Coloque la tabla de 16 "hacia arriba a la derecha y apoye las tablas de 10" contra cada lado de la de 16 "para que queden al ras con la tabla y el piso. Use tornillos para sujetar las 3 tablas. Repita este proceso para las 16" restantes y dos tablas de 10 ".

Marque la marca central de 12 "de ambas tablas de 24" y el centro de las tablas de 16 ". Alinee las dos marcas juntas de modo que la tabla de 16" esté en posición vertical y al ras con la tabla de 24 "colocada de lado. Taladre 2 tornillos en el tablero de 16 "al tablero de 24" y 2 más por cada tablero de 10 "al tablero de 24". Repita este proceso con el otro tablero de 24 "y el tablero de 16" con los tableros de 10 "adjuntos.

A continuación, marque el centro de la tabla en cada una de las tablas de 28 ". Haga otra marca de 4" a cada lado de la marca de 14 ". Debe haber 8" entre estas 2 marcas. Alinee los tableros de 24 "en estas marcas con el interior del tablero en la marca. Taladre 2 tornillos en cada uno para sujetar los 3 tableros juntos. Repita esto con el otro tablero de 28" para que todos estén conectados.

Paso 2: Montaje / Montaje del tensor del motor

Encontrar una forma adecuada de tensar el cinturón fue algo con lo que el equipo luchó. Pasamos por algunas ideas diferentes antes de llegar a lo que se ve arriba. Un riel deslizante de metal hubiera sido ideal, pero debido al bajo presupuesto, el equipo tuvo que conformarse con un riel de madera improvisado.

Comience por crear una figura en forma de L usando bloques de 2 "x4". La parte inferior de la L en la que se montará el riel debe tener aproximadamente 8 "de largo. La parte superior aproximadamente 6" de alto. Corte otro bloque de 2 "x4" para el soporte del motor. El equipo utilizó un pequeño poste de madera rectangular de repuesto que encontramos para crear el sistema de rieles. El riel inferior está montado a horcajadas sobre dos rieles montados en la parte inferior del bloque del motor. La clave aquí es usar madera lo suficientemente resistente como para que no se parta cuando se atornilla en las de 2 "x4". El equipo usó un taladro para perforar un agujero a través del bloque de 2 "x4" en el que está montado el motor. Se perforó otro orificio a través de la parte superior de la L. Se pasó un perno largo a lo largo del sistema. Asegúrese de usar arandelas grandes en cada extremo para distribuir la carga. El ensamblaje final se montó en el entrenador usando soportes en L. Se insertó un pequeño bloque de madera entre el riel y el entrenador para evitar la tendencia del sistema a arquearse cuando está bajo alta tensión. Es útil que alguien sostenga el conjunto en su lugar al montarlo en el entrenador para asegurar una alineación adecuada con la llanta trasera.

Paso 3: retire la llanta trasera de la bicicleta y coloque las clavijas traseras

Para quitar el neumático trasero de la bicicleta, primero desinfle el neumático. A continuación, retire las tuercas que sujetan el cojinete en su lugar para la rueda trasera. Desconecte la cadena del engranaje trasero. Si la bicicleta tiene frenos traseros, puede que sea necesario quitar las pastillas de freno traseras. Una vez que la rueda y el neumático estén completamente desmontados, use una palanca para estirar el neumático sobre el costado de la rueda. Mientras mantiene la palanca entre la rueda y el neumático, pídale a alguien que gire la rueda para sacar lentamente el neumático. Una vez completado, siga los pasos en orden inverso para volver a instalar la rueda en la bicicleta. Asegúrese de colocar la correa alrededor de la rueda antes de volver a instalarla. Para instalar las clavijas, deslícelas sobre el eje trasero antes de volver a instalar las tuercas de fijación.

Paso 4: construcción del circuito

El circuito que se ve en el esquema se obtuvo del enlace proporcionado:

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

El circuito que construimos tiene dos funciones. El primero es regular la entrada de voltaje de CC variable del motor a una salida de CC de 5 V constante que se utiliza para alimentar las luces. El segundo es utilizar un divisor de voltaje para reducir la salida de voltaje del motor entre 0 y 5 voltios. Esta salida luego se ingresa en el puerto de entrada analógica del Arduino Uno, que tiene un límite de 5V. El Arduino Uno está codificado para activar luces específicas a un cierto voltaje. Este código se proporciona a continuación.

El circuito que se muestra en el esquema anterior se utiliza para distribuir la corriente de manera uniforme entre 5 reguladores de voltaje lineal (lm338). Estos reguladores no pueden simplemente colocarse en paralelo para distribuir la carga porque las diferencias en sus componentes internos provocan salidas ligeramente diferentes de cada uno. El regulador lineal que proporciona la salida más alta termina tomando la totalidad de la carga. La utilización del circuito anterior estabiliza las salidas y distribuye la carga de manera uniforme. Las luces consumen una corriente máxima de alrededor de 1,5 A configuradas con los colores elegidos (48 azules 2 rojos). Codificar las luces para que todas sean blancas crearía la corriente máxima consumida (3A). El voltaje se regula desde un máximo de 28 V a 5 V. Esta es una diferencia de 23V. 23V x 1.5A = 34.5W de potencia que debe disiparse en forma de calor. Es por eso que la distribución de la carga entre los reguladores es tan importante para el equipo. Si un regulador tomara toda la carga, excedería su temperatura máxima de operación.

Primero, construya el circuito en una placa de prueba sin soldadura. Será necesario colocar un condensador bastante grande (usamos uno de 2200 uF) a través de la salida del motor para disminuir su ruido. Esto limpia la entrada que recibe el Arduino y hace que la pantalla de luz sea más consistente (las luces no parpadean erráticamente). Sin embargo, si desea crear una máquina que produzca convulsiones, ahorre $ 2 y anule el condensador. A continuación, incorpore el circuito divisor de voltaje. Ejecute un cable de puente desde el divisor de voltaje hasta la entrada analógica A0 de Arduino Uno. Puentear el Arduino al suelo también. Ver dibujo adjunto. Puede encontrar más información sobre el cableado de las luces en el siguiente enlace:

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

Paso 5: prueba del circuito

El equipo que se ve en la mesa de laboratorio de arriba es útil pero no es necesario para probar el circuito. Sin embargo, necesitará alguna forma de girar el eje de salida del motor de CC. Idealmente, hubiéramos usado la bicicleta, pero como todavía estaba en el correo, tuvimos que encontrar una solución alternativa. Asegúrese de invertir la polaridad del motor (el cable de tierra (negro) se calienta y el cable caliente (rojo) se pone a tierra). Una vez que todo esté conectado, ajuste el potenciómetro en el circuito hasta que obtenga un voltaje de salida de 5V. Para ello se puede utilizar cualquier voltímetro estándar. El circuito deberá estar bajo una carga sustancial para ajustar correctamente la salida de voltaje. Será necesario descargar el software de computadora Arduino para ejecutar el código del microcontrolador. También será necesario instalar la biblioteca FastLED. Una vez descargado el software y subes el código al Arduino, ve al monitor serial en la esquina superior derecha y podrás observar la entrada de voltaje que está recibiendo el Arduino Uno. Realice los ajustes necesarios para condensar el circuito lo más posible si es necesario y vuelva a realizar la prueba. Asegúrese de que todos los componentes funcionen correctamente antes de seguir adelante.

Paso 6: suelde el circuito

En la imagen de arriba, puede notar que hay dos placas de circuito integradas. Originalmente, el equipo planeaba usar reguladores de voltaje lineal de 10 lm338, pero después de más pruebas, determinó que un circuito con 5 era sustancial. Sin embargo, la placa que terminamos no necesitando contenía el divisor de voltaje, por lo que todavía se utiliza.

Por preferencia personal, el equipo decidió puentear los reguladores lineales a la placa de circuito. Esto nos permitió montarlos un poco más libremente y soportar mejor los grandes disipadores de calor. Suelde todos los componentes de su prototipo a su nueva placa de soldadura. Usamos una placa permaproto para que el circuito fuera una réplica exacta al moverlo de la placa sin soldadura. Se utilizaron dos bloques de terminales de 5 grupos para crear desconexiones rápidas del motor y las luces.

Paso 7: construye el tablero de anuncios

El tablero de anuncios se construyó en una serie de pasos.

1) La placa de visualización consta de una placa y un soporte. La pantalla está construida de madera delgada y montada en un soporte de 57 1/2 pulgadas por 5 pies. El soporte está sostenido por una viga de sección transversal que se extiende a 45 grados. ángulo desde la pierna trasera hasta el soporte vertical. Este fue construido con madera y tornillos. Después de completar el tablero y el soporte, se perforaron cuatro ruedas en el soporte en cada esquina respectiva.

2) La pantalla de las letras (C-I-T-A-D-E-L) se construyó por separado de la pantalla y el soporte. Las letras se dibujaron primero y luego se cortaron en baldosas de madera aglomerada de 20 x 30 cm. Todas las letras tienen un tamaño de 25 cm de alto, con diferentes anchos. Las letras se cortaron con una sierra de cinta para los exteriores y una sierra de calar para los interiores de las letras.

3) Después de cortar las letras, se unieron al tablero con clavo líquido. Esto aseguró que las letras estuvieran aseguradas al tablero. A continuación, se perforaron agujeros en las letras con una broca de 12 '. Esto aseguraría que se mostraran las luces.

4) A continuación, la pantalla se pintó de blanco y las letras (C-I-T-A-D-E-L) se pintaron de azul celeste. Luego se agregó un borde azul al marco del tablero.

5) Las letras (T-H-E) se pintaron en el tablero a 4 de altura con diferentes anchos.

6) El Bulldog en la parte inferior del tablero se pintó sobre el tablero usando una mezcla de pintura acrílica. Se perforaron agujeros a través de los ojos con una broca de 12 mm para adaptarse a las luces.

7) Finalmente, se colocaron las luces en el tablero y se completó el tablero de exhibición.