Генериране на напрежение с велосипед с ергометър: 9 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Разработването на проекта се състоеше в сглобяване на „игра“с цел да се педалират в мотоциклет с ергометър, свързан към генератор и кула от лампи, които се активират с увеличаване на оборотите на двигателя - което се случва в съответствие с педалите на велосипеда. Системата се основава на четене-през аналогов порт на Arduino Mega-генерираното моментално напрежение, след което се предават тези данни към Raspberry Pi 3 чрез серийна RX-TX комуникация и последващото активиране на лампите чрез реле.

Стъпка 1: Материали:

• 1 малина Pi 3;
• 1 Arduino Mega 2560;
• 1 релеен щит с 10 релета 12 V;
• 10 лампи с нажежаема жичка 127 V;
• 1 Велоергометър;
• 1 Електрическа машина (генератор) 12 V;
• Резистори (1x1kΩ, 2x10kΩ);
• 1 електролитен кондензатор 10 µF;
• 1 ценеров диод 5.3 V;
• 1,5 мм кабел (червен, черен, кафяв);
• 1 MDF кула с опора за 10 лампи.

Стъпка 2: Диаграма на системните блокове:

Стъпка 3: Работа на системата:

Системата се основава на трансформацията на кинетичната енергия, генерирана при колоездене на велосипеда в електрическа енергия, отговорна за активирането на релетата, които ще включат лампите.

Напрежението, генерирано от генератора, се отчита от аналогов щифт на Arduino и се изпраща чрез RX-TX към Raspberry Pi. Активирането на релетата е пропорционално на генерираното напрежение - колкото по -високо е напрежението, толкова повече релета ще се задействат и ще светнат повече лампи.

Стъпка 4: Механични аспекти

За механично свързване на постояннотоковия генератор към велосипеда, ремъчната система трябваше да бъде заменена от системата, използвана за обикновени велосипеди (състояща се от корона, верига и пиньон). Към рамката на велосипеда е заварена метална плоча, така че двигателят да може да бъде закрепен с винтове. След това пиньонът беше заварен към вала на генератора, така че веригата да може да бъде поставена, като свързва педалната система с генератора.

Стъпка 5: Отчитане на напрежението:

За да прочетете напрежението на генератора с помощта на Arduino е необходимо да свържете положителния полюс на електрическата машина към щифта A0 на контролера и отрицателния полюс към GND - за да се избегне, че максималното напрежение на генератора е по -голямо от 5 V на Изводите на Arduino, филтър за напрежение, използващ кондензатор от 10 µF, резистор от 1 kΩ и ценеров диод от 5,3 V, бяха конструирани и свързани между контролера и генератора. Фърмуерът, зареден в Arduino, е много прост и се състои само от четене на аналогов порт, умножаване на прочетената стойност с константата 0.0048828125 (5/1024, това е GPIO напрежението на Arduino, разделено на броя битове на неговия аналогов порт) и изпращане на променлива към серийния - кодът ще бъде достъпен в статията.

Процедурата за разрешаване на RX-TX комуникация в Raspberry Pi е малко по-сложна и трябва да следвате процедурата, описана в връзката. Накратко, трябва да редактирате файл, наречен „inittab“-намиращ се в „/etc/inittab“-, коментирайте реда „T0: 23: respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100“(ако файлът не е основана в ОС на Raspberry, трябва да въведете командата: „sudo leafpad /boot/config.txt“и да добавите реда „enable_uart = 1“в края на файла). След като това стане, трябва да отворите отново LX терминала и да деактивирате Serial с командите „sudo systemctl stop [email protected]“и „sudo systemctl disable [email protected]“. След това трябва да изпълните командата "sudo leafpad /boot/cmdline.txt", да изтриете реда "console = serial0, 115200", да запазите файла и да рестартирате устройството. За да бъде възможна комуникацията с RX-TX, библиотеката Serial трябва да бъде инсталирана на Raspberry Pi с командата "sudo apt-get install -f python-serial" и да импортира библиотеката в кода, като вмъкне реда "import serial", инициализиране на сериала чрез вмъкване на реда "ser = serial. Serial (" / dev / ttyS0 ", 9600)" и отчитане на напрежението, изпратено от Arduino с помощта на командата "ser.readline ()" - пълният използван код в Raspberry ще бъдат достъпни в края на статията.

Следвайки процедурата, описана по -горе, стъпката за напрежение за четене и изпращане е завършена.

Стъпка 6: Програмиране на Arduino:

Както бе посочено по -горе, кодът, отговорен за отчитане на напрежението, генерирано при колоездене, е много прост.

Първо, необходимо е да изберете щифта А0 като отговорен за отчитането на напрежението.

В функцията "void setup ()" трябва да настроите щифт A0 на INPUT с командата "pinMode (сензор, INPUT)" и да изберете скоростта на предаване на серийния порт с помощта на командата "Serial.begin (9600)".

В "void loop ()" функцията "Serial.flush ()" се използва за изчистване на буфера всеки път, когато прекратява изпращането на информация чрез сериен; отчитането на напрежението се извършва от функцията "analogRead (сензор)" - като се помни, че е необходимо стойността, прочетена от аналоговия порт, да се преобразува във Volts - процес, цитиран в раздела "напрежение за четене" на статията.

Също така, във функцията "void loop ()" е необходимо да се преобразува променливата x от плаващ в низ, тъй като това е единственият начин за изпращане на променливата чрез RX-TX. Последната стъпка във функцията цикъл е да отпечатате низ в серийния порт, така че да може да бъде изпратен до Raspberry - за това трябва да използвате функцията "Serial.println (y)". Редът „забавяне (100)“е добавен към кода само така, че променливата се изпраща на интервали от 100 ms - ако това време не бъде спазено, ще възникне серийно претоварване, генериращо възможни сривове в програмата.

напрежение_читай.ino

поплавъчен сензор = A0;

voidsetup () {

pinMode (сензор, INPUT);

Serial.begin (9600);

}

voidloop () {

Serial.flush ();

float x = analogRead (сензор)*0.0048828125*16.67;

Низ y = "";

y+= x;

Serial.println (y);

забавяне (100);

}

вижте rawvoltage_read.ino, хоствано с ❤ от GitHub

Стъпка 7: Програмиране на Raspberry Pi 3:

lamp_bike.py

import os #import the os library (използва се за изчистване на екрана, когато е необходимо)

импортирайте библиотека RPi. GPIOas gpio #import, използвана за управление на GPIO на Raspnerry

import serial #import библиотека, отговорна за серийната комуникация

import time #import library, което дава възможност да се използва функцията за забавяне

импортиране на подпроцес #import библиотека, отговорна за възпроизвеждането на песните

#старт сериал

ser = serial. Serial ("/dev/ttyS0", 9600) #дефинирайте името на устройството и скоростта на предаване

#ясен екран

clear = lambda: os.system ('clear')

#set щифтове за управление на релето

gpio.setmode (gpio. BOARD)

gpio.setup (11, gpio. OUT) #лампа 10

gpio.setup (12, gpio. OUT) #лампа 9

gpio.setup (13, gpio. OUT) #лампа 8

gpio.setup (15, gpio. OUT) #лампа 7

gpio.setup (16, gpio. OUT) #лампа 6

gpio.setup (18, gpio. OUT) #лампа 5

gpio.setup (19, gpio. OUT) #лампа 4

gpio.setup (21, gpio. OUT) #лампа 3

gpio.setup (22, gpio. OUT) #лампа 2

gpio.setup (23, gpio. OUT) #лампа 1

#стартови записи

name = ["Няма"]*10

напрежение = [0.00]*10

#прочетете файла с записи

f = отворен ('записи', 'r')

за i inrange (10): #10 -те най -добри резултата се появяват в списъка

име = f.readline ()

име = име [: len (име )-1]

напрежение = f.readline ()

напрежение = поплавък (напрежение [: len (напрежение )-1])

f.close ()

ясно ()

#задайте максималното напрежение

макс = 50,00

#изключете лампите

за i inrange (11, 24, 1):

ако i! = 14 и i! = 17 и i! = 20:

gpio.output (i, gpio. HIGH) #set to HIGH, релетата са изключени

#старт

whileTrue:

#начален екран

отпечатайте „Записи: / n“

за irange (10):

отпечатайте име , ":", напрежение , "V"

current_name = raw_input ("Напишете името си, за да започнете:")

ясно ()

#Промяна на максималната стойност

ако current_name == "макс":

max = вход ("Запишете максималното напрежение: (2 десетични знака)")

ясно ()

иначе:

#предупреждение за стартиране

за i inrange (11, 24, 1): #цикълът започва в ПИН 11 и спира в ПИН 24

ако i! = 14 и i! = 17 и i! = 20: #PIN 14 и 20 са GND щифтове, а 20 е 3.3 V щифт

gpio.output (i, gpio. LOW) #включете лампите

time.sleep (0.5)

k = 10

за i inrange (23, 10, -1):

ясно ()

ако i! = 14 и i! = 17 и i! = 20:

subprocess. Popen (['aplay', 'Audios/'+str (k)+'. wav'])

time.sleep (0.03)

ясно ()

отпечатайте "Подгответе се! / n", k

time.sleep (1)

k- = 1

gpio.output (i, gpio. HIGH) #изключете лампите (една по една)

subprocess. Popen (['aplay', 'Audios/go.wav']) #пуска началната музика

time.sleep (0.03)

ясно ()

отпечатайте "GO!"

time.sleep (1)

ясно ()

#четене на напрежение

ток_напрежение = 0,00

напрежение1 = 0,00

за irange (200):

ser.flushInput ()

предишен = напрежение1

напрежение1 = поплавък (ser.readline ()) #събира данните на Arduino, прехвърлени от RX-TX

ясно ()

напрежение за печат1, "V"

ако напрежение1> ток_напрежение:

ток_напрежение = напрежение1

# в зависимост от генерираното напрежение светват повече лампи.

ако напрежение1 <макс/10:

за i inrange (11, 24, 1):

ако i! = 14 и i! = 17 и i! = 20:

gpio.output (i, gpio. HIGH)

ако напрежение1> = макс/10:

gpio.output (11, gpio. LOW)

за i inrange (12, 24, 1):

ако i! = 14 и i! = 17 и i! = 20:

gpio.output (i, gpio. HIGH)

ако напрежение1> = 2*макс/10:

за i inrange (11, 13, 1):

gpio.output (i, gpio. LOW)

за i inrange (13, 24, 1):

ако i! = 14 и i! = 17 и i! = 20:

gpio.output (i, gpio. HIGH)

ако напрежение1> = 3*макс/10:

за i inrange (11, 14, 1):

gpio.output (i, gpio. LOW)

за i inrange (15, 24, 1):

ако i! = 17 и i! = 20:

gpio.output (i, gpio. HIGH)

ако напрежение1> = 4*макс/10:

за i inrange (11, 16, 1):

ако аз! = 14:

gpio.output (i, gpio. LOW)

за i inrange (16, 24, 1):

ако i! = 17 и i! = 20:

gpio.output (i, gpio. HIGH)

ако напрежение1> = 5*макс/10:

за i inrange (11, 17, 1):

ако аз! = 14:

gpio.output (i, gpio. LOW)

за i inrange (18, 24, 1):

ако аз! = 20:

gpio.output (i, gpio. HIGH)

ако напрежение1> = 6*макс/10:

за i inrange (11, 19, 1):

ако i! = 14 и i! = 17:

gpio.output (i, gpio. LOW)

за i inrange (19, 24, 1):

ако аз! = 20:

gpio.output (i, gpio. HIGH)

ако напрежение1> = 7*макс/10:

за i inrange (11, 20, 1):

ако i! = 14 и i! = 17:

gpio.output (i, gpio. LOW)

за i inrange (21, 24, 1):

gpio.output (i, gpio. HIGH)

ако напрежение1> = 8*макс/10:

за i inrange (11, 22, 1):

ако i! = 14 и i! = 17 и i! = 20:

gpio.output (i, gpio. LOW)

за i inrange (22, 24, 1):

gpio.output (i, gpio. HIGH)

ако напрежение1> = 9*макс/10:

за i inrange (11, 23, 1):

ако i! = 14 и i! = 17 и i! = 20:

gpio.output (i, gpio. LOW)

gpio.output (23, gpio. HIGH)

ако напрежение1> = макс:

за i inrange (11, 24, 1):

ако i! = 14 и i! = 17 и i! = 20:

gpio.output (i, gpio. LOW)

ако напрежение 1

прекъсване

#изключете лампите

за i inrange (11, 24, 1):

ако i! = 14 и i! = 17 и i! = 20:

gpio.output (i, gpio. HIGH)

#победоносна музика

ако current_voltage> = max:

subprocess. Popen (['aplay', 'Audios/rocky.wav'])

time.sleep (0.03)

ясно ()

отпечатайте "МНОГО ДОБРО, ПОБЕДИХТЕ!"% (u '\u00c9', u '\u00ca', u '\u00c2')

за irange (10):

за j inrange (11, 24, 1):

ако j! = 14 и j! = 17 и j! = 20:

gpio.output (j, gpio. LOW)

time.sleep (0.05)

за j inrange (11, 24, 1):

ако j! = 14 и j! = 17 и j! = 20:

gpio.output (j, gpio. HIGH)

time.sleep (0.05)

time.sleep (0.5)

subprocess. Popen (['aplay', 'Audios/end.wav'])

time.sleep (0.03)

ясно ()

отпечатайте "Край на играта … / n", текущо_напрежение, "V"

#записи

time.sleep (1.2)

достигна = 0

за irange (10):

ако current_voltage> напрежение :

достигна+= 1

temp_voltage = напрежение

напрежение = напрежение_ток

current_voltage = temp_voltage

temp_name = име

име = текущо_име

current_name = име на temp_name

ако е достигнато> 0:

subprocess. Popen (['aplay', 'Audios/record.wav'])

time.sleep (0.03)

ясно ()

f = отворен ('записи', 'w')

за irange (10):

f.write (име )

f.write ("\ n")

f.write (str (напрежение ))

f.write ("\ n")

f.close ()

ясно ()

вижте rawlamps_bike.py, хоствано с ❤ от GitHub

Стъпка 8: Електрическа схема:

Arduino и Raspberry Pi 3 се захранват от 5V източник с 3A ток.

Електрическата верига започва със свързването на DC генератора (свързан с велосипеда) към Arduino чрез филтър за напрежение, съставен от ценеров диод от 5,3 V, кондензатор от 10 μF и резистор от 1 kΩ - входът на филтъра е свързан към терминали на генератора и изходът е свързан към A0 порта и GND на контролера.

Arduino е свързан към Raspberry чрез RX-TX комуникация-осъществява се чрез резистивен делител с помощта на 10kΩ резистори (изисква се от портовете на контролерите, работещи при различни напрежения).

GPIO на Raspberry Pi са свързани към релетата, отговорни за включването на лампите. „COM“на всички релета е свързан помежду си и е свързан към фазата (AC мрежа), а „N. O“(нормално отворен) на всяко реле е свързан към всяка лампа и неутралът на AC мрежата е свързан към всички лампи. По този начин, когато се активира GPIO, отговорен за всяко реле, релето се превключва към фазата на AC мрежата и включва съответната лампа.

Стъпка 9: Резултати:

След окончателното сглобяване на проекта беше потвърдено, че той работи според очакванията - според скоростта, която потребителят педалира на мотора, се генерира повече напрежение и светват повече лампи.