Велофара своими руками – пошаговая инструкция по изготовлению

Рынок запчастей для велосипедов изобилует различными фонарями и фарами, но всегда приятнее изготовить такую деталь самостоятельно. Тем более что это не слишком сложно и к тому же даёт простор для творчества: вы можете выбрать цвет луча, размер корпуса и способ крепления, настроить силу свечения и т.д. Как сделать фару на велосипед, вы узнаете из дальнейшей инструкции.

Фонарь для велосипеда

Почему стоит сделать велофару своими руками

Велофары известных производителей стоят очень дорого и не для всех они по карману. Недорогие фары могут быть низкого качества, поэтому лучше всего сделать ее своими руками. Кроме того, самодельная велофара—уникальный элемент велосипеда, который будет отличать ваш двухколесный транспорт от других моделей. Чтобы сделать велофару своими руками, нужно проявить творчество, фантазию. Если вы решили сделать фару самостоятельно, то вы можете использовать яркие светодиоды высокой мощности по своему желанию.

Схема

Перед тем, как сделать фару на велосипед своими руками, важно начертить ее схему. Используем 3 светодиода. Соединяем их последовательно. Конденсаторы располагаем параллельно цепочке светодиодов. Через них проходит ток 50мА.

Апгрейд заднего велофонаря — DRIVE2

Велосипедист из меня не аховый, и ездить по дорогам страшно. Чтобы видели меня издалека, подарили мне в том году велофонарик Cyclotech XC-998R.

Фонарь как фонарь, ничего особенного: кнопка и мигалка о пяти светодиодах. Едешь по дороге а она сигналит водителям: «смотри, тут кто-то есть!» — красота!

Вот только его нужно включать, потом выключать, так лениво это всё!

Прошлогодний велосезон закончился, а меня всю зиму не покидала мысль об этом тыркании кнопки.

«Программист я, или где?» — подумал я — «Ведь можно сделать чтобы он сам включался и сам выключался». И я принялся за переделку.

Идея состояла в том, чтобы разместить на плате акселерометр, и когда велосипед занимает парковочное положение и не претерпевает вибраций — выключать фонарь, а когда вибрирует снова — включать.

Выбор акселерометра

Вся конструкция питается от двух «мизинчиковых» аккумуляторов, то есть напряжение варьирует в пределах от 1,8 до 3,2 Вольта. Имеющиеся у меня акселерометры никак не хотели работать при таких низких напряжениях.

Например LIS331DL хотел на входе иметь минимум 2,16 Вольта, а MMA7660FC — так вообще 2,4.

При этом первый хотел кушать аж 300 мкА при частоте 100 показаний в секунду, а производители второго наивно считали достоинством его прожорливость на уровне 47 микроампер при частоте 1 показание в секунду! С такими каши не сваришь, батарейки не сэкономишь.

И тут, случайно пробегаясь глазками по каталогу местного магазинчика радиодеталей, я увидел LIS3DH

всего за 78 рублей. Почитав документашку на девайс, я прыгал от восторга, ведь это именно то что я искал!— Рабочее напряжение: 1,71 — 3,6 Вольта— Разрядность по каждой из 3х осей: 16 бит— Частота снятия показаний: от 1 до 5000 в секунду.

— Потребление тока в спящем режиме 0,4 мкА, при 10 в секунду — 4 мкА, при 200 в секунду — 38 мкА. Это не считая режима низкого энергопотребления при котором уменьшается точность, но и снижается потребление тока!

• В общем, я собрал манатки и помчался в магазин, покупать такую штуку.
• Микроконтроллер

Так как я умею возиться только с AVR, то выбор не богат. Но так как речь идёт об экономии батареек в ждущем режиме, то выбор пал на устройства pico-power, в частности на ATmega88PA-AU.

На самом деле, в начале выбор пал на ATmega48PA-AU, но в какой-то момент мои хотелки не поместились в 4ре килобайта, и я перепаял его на 88.

Светодиоды

Штатные светодиоды я тоже решил заменить на сверхъяркие Cree C503B-RBN, для которых обещают аж 10 Кандел при токе 20мА. Хотя и угол освещения при этом у них 23 градуса. Но нам углами разбрасываться и не нужно — светодиоды светят в основном назад, и два по краям — в стороны.

1. Изготовление внутренностей
2. Вначале всё исходное содержимое фонаря было вытряхнуто, отпаяно и разобрано:

• В штатной версии всё что есть — это маленькая микросхемка на маленькой платке, к которой подводится питание и сигнал от кнопки.

Затем я изготовил точно такие же по размеру (если не считать на полмиллиметра большей толщины) платы. Но на этот раз микроконтроллер размещается на большой платке, а на маленькой — только дорожки к светодиодам. Поэтому место их крепления друг с другом стало чуть сложнее. Заодно я усилил его пайкой с обратной стороны.

Делал всё методом «ЛУТ». Затем залудил паяльником всё, кроме места под кнопкой, и напаял элементы.

Схема простая, не считая пары конденсаторов, и пяти резисторов (без которых, кстати, можно было бы обойтись — т.к. падение напряжения на выводах МК как раз хорошо ограничивает ток на нужном уровне), на схеме присутствуют только МК и акселерометр.

Большие прямоугольные площадки — это для припаивания разъёма программатора. Полноценный разъём здесь размещать негде, поэтому вот так.

И вот так всё выглядит в сборе:

Сопряжение МК и акселерометра

Сопрягаются они меж собой по шине SPI, причём со стороны МК используется USART в режиме SPI-мастера.Акселерометр может работать как на шине SPI, так и на шине I2C (она же TWI в терминах AVR).

Но I2C требует подтягивающих резисторов и передача данных сопряжена с довольно значительными утечками тока — до двух миллиампер, в зависимости от скорости обмена. На такое никаких батареек не напасёшься! Кроме того, I2C работает на скорости не выше 400кГц, и значительно сложнее в реализации.

Так что выбор очевиден — SPI. Но в этих МК есть обычный SPI а есть возможность использовать USART в режиме SPI-мастера.

Поскольку один из выводов SPI одновременно является выходом ШИМ, и он задействован на светодиоде, то остаётся USART.

Дополнительно я подключил прерывание INT2. С этим я немного лоханулся: как оказалось, эта модель акселерометра, в отличие от его собрата LIS331DL, не умеет выводить признак готовности новых данных на INT2, только на INT1. Впрочем, проблема была успешна решена программными средствами.

Измерение ускорения

В активном режиме акселерометр работает на частоте 200 показаний в секунду, в диапазоне -2g…+2g. С него приходят три 16-битных знаковых числа, каждое из которых кодирует ускорение по одной из трёх осей в этом диапазоне. Соответственно +16384 соответствует ускорению +1g.

Итак, на нас валится шквал показаний, любые мелкие вибрация и удары отмечаются резким кратким всплеском ускорения по той, или иной оси.

Чтобы определить общую тенденцию к ускорению, нужно избавиться от этих всплесков. Иначе говоря — применить фильтр низких частот.

Так как в вычислительной мощности мы ограничены, то фильтр должен быть достаточно простым. Подходит такой вариант для каждой из трёх осей:

F = Fпред + (V — Fпред) * k

,где F — новое значение фильтра, Fпред — предыдущее значение, V — новое значение с акселерометра, а k — положительный коэффициент меньше единицы.

Чем меньше k тем ниже частота среза. Операцию умножения можно заменить операцией арифметического сдвига, например, если k = 0,25, то умножение будет замещено арифметическим сдвигом вправо на две позиции.

Далее, нам интересно определить тенденцию к вибрации: стоит ли велосипед, или мчится стремительным домкратом. Для упрощения вычислений годится такой алгоритм:Возьмём для каждой оси модуль |V — F| — это как раз модуль высокочастотной составляющей. Максимум среди всех трёх осей и будем считать текущей вибрацией.

Если взять значение текущей вибрации и пропустить через фильтр по вышеприведённой формуле, то у нас будет некое фильтрованное значение — показывающее текущую тенденцию к вибрации.

Алгоритм обработки

Итак, получив очередные показания с акселерометра, пропускаем через вышеописанные фильтры, получаем отфильтрованное ускорение, текущую вибрацию и тенденцию к вибрации. Когда эти показания выходят за установленные границы, включаем счётчик. Если в течение нескольких порций данных подряд показания оставались за пределами допустимых границ, то значит произошло оцениваемое событие.

1. Например, если вдоль продольной оси, в течение 4х показаний подряд, отфильтрованное значение ускорения превышает 0,2g — то значит применяется торможение.
2. А если в течение секунды подряд, ускорение по горизонтальной оси больше 0,5g, или ускорение вдоль вертикальной оси отрицательно — значит велосипед упал.
3. Реализованные функции

Как сделать велофару своими руками

Изготовить велофару самостоятельно несложно. Главное – найти подходящий корпус. Рассмотрим процесс изготовления велофары своими руками из перечницы с сетчатой подложкой.

1. Диск, на котором будут закреплены светодиоды, будем изготавливать из алюминия. Толщина металла 3мм.
2. На круге диаметром 50мм делают 4 отверстия:

• 3 – по бокам и один – в центре. Диаметр трех боковых отверстий составляет 3,5 мм, а диаметр центрального отверстия немного меньше – 3,4 мм. На нем делают резьбу.
• В боковые отверстия вставляются ножки коллиматора, а затем монтажным термоклеем крепятся светодиоды.

1. По краю диска сверлят отверстие диаметром 3,3 мм, делают в нем резьбу. Данное отверстие необходимо для установки конденсаторов.
2. Из перечницы сетку удаляют, откладывают защитное кольцо.
3. Вырезают стеклянный диск из защитных очков.
4. В крышку ставят уплотнительное кольцо, стеклянный диск и фиксируют защитным кольцом. Для лучшей фиксации можно использовать силиконовый клей.
5. Срезают нижнюю часть перечницы, чтобы коллиматор и светодиоды плотно соприкасались с ней.
6. С боковой части корпуса просверливают отверстие толщиной 4 мм для того, чтобы соединить светодиоды с кабелем.

Передний фонарь из подручных материалов

Чтобы смастерить яркий фонарь для велосипеда своими руками, в первую очередь, определимся со светодиодом. В нашем случае сердцем схемы будет CREE XM-L мощностью 10 Вт. Его светоотдачи в 1000 лм хватит не только осветить дорожное полотно, но и удивить водителей встречного транспорта. Для формирования узконаправленного луча понадобится небольшая линза и крепление для неё. В качестве фиксатора можно использовать фланец от транзистора П213 и часть пластиковой трубки от какой-либо катушки.

Второй способ предполагает монтаж более мощного радиатора с ребрами, улучшающими теплоотвод. Прекрасно подойдет любой радиатор, демонтированный с советской аппаратуры или с процессора старого компьютера. Обрезаем его до нужных размеров, примеряем и сверлим два отверстия под крепление светодиода. Затем сверлим 4 отверстия в пластмассовом корпусе диаметром 4,5 мм под стяжки. Нейлоновые стяжки должны быть не самые тонкие, например, 4 мм на 160 мм, которыми крепко стягиваем радиатор с корпусом катафота.

Теперь устанавливаем красный светодиод мощностью 1 Вт на радиатор с обязательным нанесением термопасты. Припаиваем два провода, заранее продуманной длины, к светодиоду и выводим их на штекер с другой стороны. Вся сборка должна подключаться к источнику питания через драйвер или на крайний случай через резистор.

Сделанный фонарь полностью герметичен, что одновременно и хорошо и плохо. С одной стороны, такая задняя фара полностью защищена от любых погодных условий. С другой стороны, корпус из текстолита и пластмассы препятствует возможности охлаждения светодиода.

Чтобы снизить тепловые потери на светодиоде, самодельный задний фонарь можно усовершенствовать несколькими способами:

• подключить светодиод к регулируемому драйверу, задав режим половинной мощности;
• использовать радиатор другого форм-фактора, чтобы избежать его полной изоляции;
• установить несколько сверхъярких красных светодиодов типа smd 3014.

Велофары на велосипедах обеспечивают функции освещения в темное время суток. Не один профессиональный велосипедист не может обойтись без этой важной детали на велосипеде. За счет них можно избежать серьезных аварий на проезжей части, поскольку именно они помогают обозначить велосипедиста на дороге.

Свойства самодельной фары со светодиодами

Самодельная фара с мощными светодиодами обладает рядом положительных свойств.

1. Одним из важных качеств самодельной фары на велосипед считается яркое освещение. Некоторые покупные модели фар светят настолько слабо, что могут лишь обозначить велосипед на дороге. Самодельная фара с мощными светодиодами подходит для полностью темных участков дорог, а также в лесу.
2. Корпус для самодельной велофары сделан из нержавеющей стали, поэтому он прослужит достаточно длительное время.
3. Размер фары небольшой, поэтому имеет малый вес.
4. Монтаж велофары своими руками достаточно прост и удобен.
5. Благодаря мощному аккумулятору фара держит заряд длительное время.

О дешевом фонарике на руль

Ну и немного о том самом дешевом фонарике. Наверное, самом дешевом, что попадался на али. Сегодня цена что-то около 250 рублей с доставкой. Ссылка на продавца (большое количество заказов, высокий рейтинг).

Смешная цена в три доллара заставила было думать, что это бесполезная игрушка. Но с удивлением обнаружил, что фонарь заслуживает внимания. И я даже оставлю его себе, потому что ему однозначно найдется применение в велохозяйстве.

Изготовлен в алюминиевом корпусе. Такие корпуса, похоже, штампует какой-то очень крупный завод в Китае, потому что аналогов у него очень много, а стоят они очень недорого.

Построен на диоде Q5 (менее мощный и менее яркий чем T6 и тем более U2).

Вес фонаря без аккумулятора 47 грамм, вместе с креплением — всего 84 грамма.

Изготовление крепления для велосипедной фары

Устанавливают велосипедную фару на руль с помощью специальных креплений, которые можно сделать самостоятельно.

Подготовка креплений

В качестве креплений используют зажим, который изготавливают из 2 металлических скоб диаметром 2 мм. В скобах аккуратно проделывают отверстия.

Основание

В качестве основания используют алюминиевый уголок. Чтобы он не скользил, его с 2 сторон проклеивают резиновой прокладкой. Сверлят в уголке отверстие и прикручивают его к рулю винтом и гайкой.

Осветительный элемент — какой лучше

Для велосипеда хватает одного светодиода, такой фонарь долго живет от одной батарейки или заряда аккумулятора. Светодиоды монтируются в небольшие фонарики очень легко, и купить из стоит совсем немного.

Можно приобрести и большую лампу, которая более требовательная, но и производительность у нее гораздо выше.

Есть еще вариант фонариков, работающих от трения с передним колесом, чем выше скорость, тем больше световой поток «Динамка».