Arduino project DF: de electronische schakeling, deel 1.

De bouw van mijn eigen gemaakte alternatief voor de Veloputer, de nieuwe 'RobboPuter' vordert gestaag. Het Arduino schema dat ik in mijn vorige velomobiel  gebruikt heb hoef ik maar hier en daar wat aan te passen. Verder neem ik een aantal basis elementen uit m'n oude Quest  mee in de nieuwe besturing:

• Arduino Nano
  
• oled scherm
• (buiten) temperatuur meter
• transistoren voor schakeling licht
  

Een paar dingen ga ik anders doen: geen draaiknop meer voor het scherm, maar drukknopje in een van de uiteinden van het stuur. Dat draaiknopje in de Quest was een zogenaamde rotary encoder. Tijdens het rijden bleek dat de bediening ietwat te gevoelig was voor mijn lompe motoriek. Een simpel drukknopje in het stuur neemt het bladeren door het scherm straks over.

Een andere verandering is de accu meter. In de Quest had ik een spanningsdeler aan de Arduino hangen om zo de spanning op de accu te meten. Je had zo een grove indicatie van hoe lang je nog kon doorrijden met de verlichting. Helaas is de spanningsdaling in een LiPo accu helemaal niet lineair. Bij gebruik van een volle accu daalt de spanning eerst vrij snel, om daarna een heel eind vrijwel rechtlijnig af te lopen. Aan het eind daalt de spanning ineens vrij snel, totdat de accu leeg is. Zo'n spanningsdeler is dus geen betrouwbare meetmethode voor een LiPo accu.

Toevallig kwam ik tijdens het bladeren op internet, om-te-kijken-wat-ik-nou-weer-allemaal-in-mijn-projectje-wilde-hebben,  de Sparkfun LiPo Gauge tegen. Dit is een kleine chip welke met een mega- geheim algoritme de precieze belading van een LiPo accu kan meten.

Ik wil weer gewoon (net zoals in de Quest) met twee accu's gaan rijden. Dus ik heb er maar gelijk twee van besteld. Het enige probleem met de LiPo Gauge is dat deze communiceren via de I2C bus. En aangezien ze alle twee het zelfde I2C adres gebruiken, heb ik nog een extra bordje nodig:
 

De TCA9548A 1-to-8 I2C Multiplexer. 

Met deze schakeling kan ik tot acht I2C apparaten met hetzelfde I2C adres met de Arduino laten babbelen. Via een eenvoudig commando naar de LiPo Gauge krijg ik nu keurig netjes het voltage en het beladings percentage van de beide (toekomstige) accu's terug.

Mijn bureau ligt nu vol met een verwarrende hoeveelheid draden die met een breadbord met elkaar verbonden zijn. Ik moet voorzichtig manoeuvreren om niet per ongeluk een draadje los te trekken.

 Er moet hier en daar nog wat bijgeschaafd worden, maar het lijkt allemaal te werken. Wordt vervolgd.....

Arduino Project 4. De accumeter

Mijn fiets heb ik tien jaar geleden uitgerust met twee LiPo accu's, destijds gekocht bij Batteryspace in Amerika. Ze hebben een capaciteit van 5500 mAh en 6850mAh. Ze zijn alletwee standaard voorzien met elektronica om overbelading te voorkomen, en schakelen netjes uit wanneer de spanning onder een bepaalde waarde komt. Deze accu's voldoen na tien jaar eigenlijk uitstekend en ik heb dan ook geen reden om ze te vervangen. Dus het nog prima vonkende duo krijgt gewoon een plaatje in m'n nieuwe project.

Wanneer een LiPo accu vol geladen is, heeft deze een spanning van 12.5 V, de accu schakelt zichzelf uit bij 10.6 V. De bedoeling is dat ik de lading van de accu middels een status bar op het LCD scherm laat zien.

schema spanningsdeler

Een Arduino is standaard voorzien van een aantal analoge poorten, die ik kan gebruiken om de spanning op een accu te meten. Het maximale voltage dat een Arduino op zo'n poort kan hebben is echter 5 V,  dus zal ik iets moeten doen om de spanning op een accu om te zetten naar een waarde waar de Arduino wat aan heeft. Zoiets kan met een spanningsdeler. Zo'n spanningsdeler bestaat uit twee weerstanden die, wanneer juist gekozen, de spanning verlagen van zeg maar 12 V (V-in) naar pak 'em beet 5 V (V-out). De Arduino kan aan de hand van de waarde van de gebruikte weerstanden uitrekenen wat dan de werkelijke spanning op de accu's is. Dit gebeurt dan volgens onderstaande formule. Nu zijn er op internet een aantal sites die je eenvoudig de waarden van de beide weerstanden (R1 en R2) laat berekenen. Hier is de link waarmee ik het gedaan heb.

Aan de hand van bovenstaande formule kwam ik uit op een waarde voor R1 van 100 kΩ , en R2 wordt 47 kΩ. Het schema voor het aansluiten van de accu's op de Arduino ziet er nu als volgt uit.

Nu moet ik de Arduino zo programmeren dat met bovenstaande formule het juiste voltage berekend wordt. Daarna moet het beladings-percentage berekend worden, en moet er een grafiek van beide accu's op het LCD scherm komen. Na wat puzzelwerk met de library van de aansturing van het scherm (U8glib) kom ik tot iets dat wel presentabel is...

Het 128x64 scherm

De twee balken representeren de twee accu's, en de pijl daartussen geeft aan welke van de twee accu's in gebruik is. Dit kan ik door middel van een schakelaartje omzetten. Ik zit er stiekem nog aan te denken om de Arduino zelf te laten omschakelen naar een andere accu wanneer de spanning naar een te laag niveau daalt. Maar misschien komt dit later nog. Voorlopig doe ik het even zo. Eerst maar even door naar het volgende hoofdstuk van het project: de hall sensoren voor de snelheidsmeter en de cadansmeting.

Nog even wat toelichting op het scherm hierboven: rechtsboven dus de snelheid, daaronder de cadansmeting en de temperatuur (jawel, het was warm). Die lege vakjes daaronder worden straks gevuld door de icoontjes voor de richting aanwijzer, de zijlichten en de hoofdverlichting,

Even recupereren....

De afgelopen maanden ben ik bezig geweest met een aantal projecten; het achterlicht, de accumeter en er is een begin van aktiviteiten aan de extra lamp die ik boven m'n hoofd wil plaatsen. Omdat ik graag lijstjes maak is hier een lijst van de afgeronde en de te ondernemen aktiviteiten aan mijn toekomstige ligfiets:

• achterlicht: bijna afgerond, lampvoet moet nog een kwastje hebben en de onderdelen moeten nog aan elkaar gezet worden.
• accumeter: klaar.
• knipperlichten: ik heb een schema van iemand op internet gevonden. De onderdelen daarvoor moet ik nog kopen. Verder ben ik aan het nadenken over de armaturen zelf. Voor de lampjes zelf heb ik al goedkoop drie Luxeon 1W lampjes kunnen vinden (one to go). De lampjes moeten naast knipperen ook nog continu kunnen branden, maar dan wel in een dimstand.
• het hoofdlicht: kan nog van alles worden. Op www.ligfiets.net zag ik dat Wilfred van Norel bezig was met het mengen van het harde blauw-witte licht van standaard Luxeons met het licht van warm-witte leds. Erg interessant. Ook wil ik de mogelijkheid hebben het licht te dimmen. Verder ben ik aan het nadenken over een mogelijkheid om de dimstand op het schakelbord in de Quest te kunnen zien, daarvoor wil ik dezelfde schakeling gebruiken als die van de accumeter.
• uitrusting: een goede fietshelm en Shimano SPD schoenen. Als ik die schoenen heb wil ik ze gelijk gaan uitproberen op mijn huidige ligfiets: een Optima Condor. Als ik mijn mede-liggers op ligfiets.net mag geloven kan je eigenlijk niet zonder......
• diversen: onder andere stevige kastjes voor de Li-Po accu's, het inbouwen van het schakelbord, uitzoeken welke stekkerverbindingen ik zal gebruiken (moeten vochtbestendig zijn).

Al met al nog heel wat uitzoek- en knutselwerk, maar dat mag, want ik heb nog een half jaar de tijd.

Technisch geleuter over de accumeter

Vandaag de accumeter in elkaar gesoldeerd. Alles ging goed, ik had alleen twee weerstanden verwisseld waardoor m'n IC bijna doorfikte (slik). Ik ga hier even uitwijden over de accumeter en hoe deze in te regelen, want hier heb ik op internet weinig van kunnen vinden. Eerst een schema met de onderdelen:

• U1: de LM3914 ic
• C1: condensator 100nf
• R1: weerstand 1K
• R2: weerstand 10K
• P1: instel potmeter 10K
• P2: instel potmeter 25K
• SW1: schakelaar om de leds op dot- of bar te laten branden
• D1....D10: de LEDs

Voor P1 en P2 heb ik in plaats van normale één-slag potmeters, 20-slag potmeters genomen. Voordeel: nauwkeuriger instelbaar en deze potmeters verlopen in tegenstelling tot de één-slag meters nauwelijks.

In plaats van tien afzonderlijke LEDs gebruik een LED-Bar. Kost iets meer maar het voordeel is dat de LEDs lekker compact bij elkaar staan en ik verder niet hoef te pielen met de spatiëring. De LED-Bar bestaat uit zeven groene- en 3 rode LEDs, en ik zet het geheel zo in elkaar dat de rode leds gaan branden als de accu bijna leeg is.

Nu het afregelen. Met P2 wordt de bovengrens van het meetbereik ingesteld. Dit is in mijn geval 12.9V; de maximum capaciteit van m'n LiPo accu. Met P1 stel ik de ondergrens van het meetbereik in, en dat wordt 9V. Dit is het punt waarop de accubewaking op de LiPo accu de stroomafname uitzet om onderbelading van de accu te voorkomen.

Kosten: ongeveer € 13,- exclusief printplaat. Gebruik je wat goedkopere onderdelen dan kan de prijs net onder de € 10,- blijven.

Hieronder een foto van mijn eerste zelfgemaakte printje, inclusief componenten. Ik ben er toch eigenlijk best wel trots op......

Printje Accu meter

Vandaag het printje voor de accu-meter geëtst. Op internet diverse sites gevonden waar een uitgebreide omschrijving van die schakeling vermeld wordt. Zo'n accu meter telt maar zeven componenten. Het meeste werk is het maken van een printschema. Met het programma Layo knutsel ik een schema in elkaar. Daarna loop ik alles nog eens langs om te kijken of ik geen fouten maak (dit is niet mijn dagelijks werk). Op m'n werk druk ik het schema in de stille uurtjes af op een overhead sheet. Dit gaat prima, de maten komen precies overeen met de werkelijkheid. Waar ik wel op moet letten is dat de print in spiegelbeeld op de printplaat gelegd moet worden, daar hou ik met het ontwerp rekening mee door wat tekst in spiegelbeeld op het ontwerp te plaatsen (QUEST ACCUBAR ... bladiebla). Als ik die tekst leesbaar op de printplaat leg zit ik goed.

Bij het etsen van de print in het achterlicht had ik de belichtings- en ontwikkeltijden al bepaald, dus ik kan nu direkt aan de slag. Ik zaag een printplaat uit van 5x5.5 cm. Vervolgens gaat de overhead sheet erover en belicht ik het geheel 60 seconden onder een UV lamp (een oude gezichtsbruiner). Daarna krijgt de print een bad in een NaHO oplossing, waarbij het belichte deel wordt opgelost. Vervolgens gaat de print in een etsbad (FeCl3) en wordt het koper opgelost. Dit duurt een tijdje en kan versneld worden door het geheel in een bakje warm water te verwarmen. Als al het koper weg is (is goed te zien, de print wordt doorzichtig), kan de print afgespoeld worden. Gaatjes er in (0.8mm) en klaar.

Hieronder een paar foto's ter verduidelijking:

1. De printplaat met de beschermende folie er nog op.
2. De plaat na het belichten 'ontwikkelen', de printbanen zijn vaag zichtbaar.
3. Het etsen van de printplaat.
4. Klaar, hier zie je de printplaat en de overhead sheet



Voor geïnteresseerden is hier het printschema op te halen (gebruik voor het inlezen het programma Layo. Nu nog solderen.... plaatjes en uitleg zullen nog volgen....

LED-Bar

Er lopen nu verschillende projecten door elkaar heen, en zo af en toe is het een flinke rommel op m'n bureau. Ik ben nu bezig met een accu meter. Met een handvol onderdelen kan zo'n ding al in elkaar gezet worden. Hart van de schakeling is een IC, genaamd de LM3914. Deze kan direkt 10 LEDs aansturen. Ik heb gekozen voor een zogenaamde LED-Bar, een blokje LEDs bestaande uit zeven groene en drie rode LEDs. Ik wil het zo in elkaar zetten dat de rode LEDs gaan branden als de accu (bijna) leeg is. Ik koop een experimenteer bord en de voor de schakeling benodigde onderdelen (waarover later meer) en prik de componenten op het bordje. Daarna de draadjes erop en aansluiten maar. En hier is het voorlopige resultaat, m'n eerste werkende electronische schakeling: