Бесконтактный генератор на велосипед своими руками. Велосипедный педальный генератор большой мощности для подзарядки аккумуляторов Самодельный бесконтактный генератор для велосипеда

Я совсем недавно купил велосипед для езды на работу, да и вообще, чтобы кататься и получать удовольствие от велосипедных прогулок. Для безопасности я включаю передние и задние фонари, чтобы участники дорожного движения меня лучше замечали. Мои светодиодные фонари работаю от двух пальчиковых батареек «АА». И заряда хватает всего на 4 часа езды. Собственно, это и натолкнуло меня задуматься о приобретении велосипедного генератора, который смог бы питать все фонари.
Я ничего не нашел в магазинах. Все фонари предлагают с питание от батареек. Тогда я решил сделать генератор для велосипеда сам, из того что под руку попадётся так сказать...

Что понадобиться ещё для генератора?

• - Шаговый двигатель от принтера или другой техники.
• - 8 штук диодов, любых, на ток 0,5 -
• - Регулятор напряжения LM317 –
• - Радиатор для LM317 -
• - Макетная плата -
• - Переключатель –
• - Корпус для регулятора -
• - Провода.
• - Крепление от крыла.
• - Колесико от машинки.

Схема регулятора с выпрямителем

Сборка генератора

Крепление регулятора

Проверка работы генератора

Провода от регулятора я подвел к переднему фонарю. Подключил параллельно элементам питания. В итоге, когда велосипед стоит фонарь светит от батареек. А когда велосипед едет – фонарь светит от генератора, а элементы немного заряжаются. В идеале конечно нужно использовать аккумуляторы, но пальчиковые аккумуляторы напряжением 1,2 вольта, фонарь будет гореть тускло. А принципе батарейки можно вообще выкинуть, и фара будет гореть только в движении. В общем кто как хочет.

Идея о создании этого велогенератора родилась в тот момент, когда заряд у аккумуляторов полностью истощился. Если вы хотите, чтобы фонарь на вашем велосипеде ярко освещал вам путь, и при этом не желаете иметь хлопот с перезарядкой или покупкой батарей – этот материал для вас!



Краткое описание проекта:
- Отсутствие батарей! Энергия будет накапливаться в двух суперконденсаторах емкостью по 100Ф и рабочим напряжением 2,7В.
- Зарядка займет несколько минут, но фонарь будет светить максимально ярко, как только вы начнете крутить педали.
- Прежде чем фонарь начнет тухнуть с момента остановки должно пройти не менее 15 минут (например, при остановке на светофоре или при другой ситуации, когда генератор не работает). Мощный светодиод на 1Вт имеет рабочее напряжение равное 3,5В. Приняв это во внимание и используя нужные резисторы, можно изменять этот временной промежуток с 4 до 30 минут. Светодиоды потребляют ток до 350мА, конструкция в примере питается от тока 350мА и при этом свет остается достаточно ярким для того, чтобы ослеплять водителей.
- Генератор обеспечивает освещение и при этом сохраняет заряд в конденсаторах. В примере был использован шаговый электродвигатель от матричного принтера. С помощью мультиметра было определено, что он может вырабатывать ток силой до 500мА.
- Еще одним преимуществом является то, что конденсаторы являются саморегулирующимися. Это значит, что они не будут перегружены при зарядке.

Прежде всего, для сборки велогенератора вы должны найти подходящий для наших целей шаговый двигатель. Вам нужен мотор с очень низким сопротивлением в катушках. В примере использован двигатель, на наклейке которого указаны 2,88В и 2,4А, с сопротивлением в катушках 1,2Ом. На испытаниях этот мотор выдавал ток силой 500мА при 400 об/мин. При езде на велосипеде при скорости 15 км/ч, генератор будет делать от 160 до 200 оборотов в минуту. Это означает, что мотор надо установить рядом с втулкой заднего колеса для снижения усилия на его вращение, в отличие от старого динамо, рассчитанного на 1000 об/мин.
Во-вторых, вам нужно будет приобрести пару суперконденсаторов о которых шла речь выше.
В-третьих, вам также понадобятся:
- Импортные диоды 1N4004 (8шт) – они преобразуют переменный ток, выработанный двигателем, в постоянный.
- Стабилизатор напряжения LM317T (1шт).
- Керамический конденсатор 0,1мкФ (1шт).
- Резисторы 240Ом и 820Ом 0,25Вт для стабилизатора напряжения, которые дадут нам ток 5,5В, необходимый для конденсаторов. Это значение не должно быть превышено!
- Светодиод мощностью 1Вт (1шт).
- Резистор для светодиода 11Ом 0,25Вт (1шт), даст ток силой около 160мА.

Вот список того, что также понадобится:
- Корпус фары для того, чтобы вставить туда светодиод.
- Небольшой корпус для защиты конденсаторов от повреждений.
- Провода.
- Отрезок пластиковой трубы диаметром 10см шириной около 2,5см. Он будет закреплен эпоксидной смолой на спицах колеса.
- Резиновый шкив или колесо для двигателя диаметром 5см.
- Различные инструменты, в том числе паяльник.

Приступим к сборке нашего велогенератора.


Во-первых, я не озаботился созданием печатной платы, а просто спаял все компоненты схемы вместе, после чего залил все эпоксидным клеем для защиты.
У двигателя в примере имеется шесть проводов, два из которых использованы не будут (Com), а другие четыре, с обмоток – и есть те, которые нам понадобятся.

Спаяв диоды таким образом, как показано на схеме, мы получим параллельную схему из двух диодных мостов, которая преобразует переменный ток в постоянный. Припаяйте конденсатор между «плюсом» и «минусом», это стабилизирует регулятор напряжения. После этого припаяйте на место LM317 и резисторы. Установите светодиод и токоограничивающий резистор в корпусе фары. Соедините проводами фару с конденсаторами, включив в цепь между ними выключатель, и далее – со стабилизатором напряжения.

Последовательность соединения:
Шаговый двигатель - Стабилизатор напряжения - Конденсаторы - Выключатель - Фара

Теперь приступим к монтажу двигателя на велосипед. Для фиксации мотора используйте хомуты для труб, которые можно закрепить в отверстиях под дисковые тормоза. Резиновое колесико двигателя должно бегать по поверхности секции пластиковой трубы диаметром 10см. Эта секция должна быть закреплена при помощи эпоксидного клея и клеящей ленты, но, возможно, потребуются резьбовые хомуты для более надежного крепления – это предупредит проскальзывание резинового колесика велогенератора по ее поверхности.

Приветствую, мозгочины ! Самоделка данного мозгоруководства имеет великолепное свойство — она позволяет совместить приятное с полезным, а именно, занимаясь спортом еще и генерировать электричество.

Основа самоделки – велосипед сопряженный с двигателем, который и будет переводить ваши калории в электрический ток. А если подробнее, то вращение педалей передается на заднее колесо, которое соответственно вращает вал двигателя, вследствие этого в обмотках двигателя возникает электрический ток, который через контроллер заряда поступает на подключенный аккумулятор и «консервируется» там. К аккумулятору подключен инвертор, имеющий два выхода-розетки и два USB-выхода. Для управления и контроля всей электроники используется микроконтроллер Arduino, включающий/отключающий контроллер заряда и инвертор, а также отображающий посредством ЖК-дисплея параметры с датчиков.

Материалы и компоненты:

Велосипедная рама с задним колесом
Пиломатериалы и болты (для подставки)
Велосипедный стенд для тренировок
Мотор 24В
Ремень от системы охлаждения
Шкив для ремня
Аккумулятор 12В
Зарядное устройство DC-DC
Инвертор DC-AC с USB-выходами и розетками
Arduino (я использовал Leonardo, но и другие сгодятся)
МОП-транзистор (полевой транзистор с изолированным затвором)
Светодиод и фотодиод
Датчик с эффектом Холла
ЖК-экран
Тумблер «On/Off»
Реле, регулятор напряжения 5В, диод, кнопки и резисторы

Шаг 1: Подставка

Для начала сооружаем подставку передней вилки из куска фанеры 60х180см, брусков 5х10см и шпильки с гайками. Я сделал ее потому, что велосипед мне достался без переднего колеса и пришлось придумывать как его зафиксировать. Подставка поделки получилась функциональная и выдерживает напор даже самых рьяных «гонщиков».

Для заднего колеса тоже можно сделать какую-либо стойку, но я пришел к выводу, что велосипедный стенд наиболее подходящий вариант. Просто нужно снять дополнительную нагрузку на колесо, какая иногда бывает на этих стендах, так как для генерации она только помешает.

В качестве генератора можно взять 24-х вольтовый мотор от мотороллера, который заставим не «кушать» электричество, а вырабатывать его. С обода заднего колеса снимаем покрышку с камерой и надеваем ремень от системы охлаждения , от ее же берем шкив , который соответственно устанавливаем на вал мотора. После того надеваем ремень на шкив и натягиваем его, затем закрепляем мотор в данном положении на фанерном основании.

Конструкция стенда такова, что имеет возможность подстройки, и данная опция позволяет натягивать ремень, а также вынимать велосипед при необходимости.

Шаг 2: От генератора к аккумулятору

В качестве «накопителя» можно использовать почти любую аккумуляторную батарею, я к примеру, взял 12В свинцово-кислотный аккумулятор, потому что он был под рукой. Но в любом случае нужно знать технические характеристики и условия эксплуатации выбранного аккумулятора для правильного заряда/разряда, которые можно узнать из тех.паспорта. В моем случае аккумулятор не «любит» когда напряжение повышается больше 14В, и силу тока не выше 5.4А.

Полный разряд, а также перегрузка аккумулятора может повредить его или снизить срок службы, поэтому в мозгоцепь установлен тумблер «On/Off» который предотвращает утечки тока под фантомными нагрузками, а еще установлен микроконтроллер Arduino, отображающий состояние цепи.

Естественно, что нельзя напрямую подключить аккумулятор к клеммам мотора, это попросту «убьет» аккумулятор, поэтому между ними устанавливаем контроллер заряда , который будет подавать на аккумулятор электричество тех силы тока и напряжения, которые ему требуются. Сам контроллер будет включаться при начале кручения педалей самоделки , а 3-х секундное удержание кнопки пуска контроллера проверит состояние аккумулятора, и если ему требуется зарядка, то она начнется. При остановке кручения педалей контроллер выключается.

При покупке контроллера заряда главное подобрать нужные характеристики, то есть, чтобы он работал в тех же диапазонах, что и генератор с аккумулятором. Так для моей мозгоподелки нужен контроллер, который может принимать входное напряжение до 24В и обеспечивать 14В с силой тока не более 5.4А. В основном контроллеры имеют возможность настройки параметров, поэтому я просто выставил на нем силу тока в 5А, как и требуется для моего мозгоаккумулятора.

Шаг 3: Инвертор

Просто подключить для зарядки свои гаджеты к аккумулятору нельзя, так как для этого требуются тоже определенные напряжение и сила тока, поэтому к аккумуляторы подключаем инвертор , выдающий через свои розетки и USB-выходы электричество с нужными для зарядки параметрами.

Инвертор для поделки следует покупать в соответствии с параметрами аккумулятора и рассчитанной мощностью. Так аккумулятор выдает 12В, мощность для зарядки телефона примерно 5Вт, а ноутбука 45-60Вт. Я подобрал инвертор с мощностью 400Вт, 2-мя розетками и 2-мя USB-выходами, хотя не планирую одновременно заряжать гаджетов на 400Вт.

Инвертор можно не устанавливать если вы планируете заряжать только телефон или другие USB-устройства. Тогда нужно лишь понизить напряжение от аккумулятора до 5В и «вывести» его через USB-шнур. При данном способе электричество лишний раз не преобразуется из постоянного в переменное, а затем из переменного в постоянное, но многие все же склонны доверять инвертору, чем импровизированному USB-порту.

Сам инвертор подключается просто: положительный вход инвертора к положительной клемме аккумулятора, отрицательный мозговход к отрицательной клемме. Да и работает все просто: мотор заряжает аккумулятор через контроллер заряда, аккумулятор «питает» инвертор, а тот заряжает подключенные гаджеты.

Шаг 4: Arduino и заряд батареи

Ранее уже было сказано, что для того чтобы началась зарядка аккумулятора нужно удерживать кнопку пуска контроллера заряда в течение 3-х секунд. Это немного не удобно, особенно хлопотно объяснять порядок включения самоделки другим людям. Поэтому «взломаем» контроллер заряда и добьемся того, чтобы простое нажатие кнопки запускало всю систему и можно было просто крутить педали.

Контроллер заряда это «волшебная» коробочка, к одной стороне которой подходят положительный и отрицательные контакты от аккумулятора, а с другой подводятся провода от мотора. Все что находится «между этими сторонами» выходит за рамки этого мозгоруководства , но все же эту коробочку придется вскрыть и прикоснуться к «магии».

Кнопки подключены к схеме 5-дорожечным кабелем, и когда одна из кнопок нажата, то сигнал с пятой дорожки через эту кнопку переходит по подключенной к ней дорожки на плату. Меняем этот 5-дорожечный кабель на связку пяти обычных проводов, то есть, выпаиваем кабель и припаиваем пять проводов, на другой конец которых устанавливаем разъем через который подключим макетную плату. На этой макетной плате размещаем 4 кнопки, которыми пока не подключен микроконтроллер, будем управлять контроллером заряда.

ВАЖНО!!! Если вы решите, так же как я, оставить плату контроллера без корпуса, то обязательно организуйте теплоотвод, так как при «интенсивной» езде контроллер сильно греется.

Чтобы «научить» Arduino нажимать кнопку пуска необходимо использовать мозгореле , которое будет по сигналу микроконтроллера выдерживать 3-х секундное «нажатие» и включать контроллер. И хотя многие реле имеют встроенные диоды для защиты, я все же рекомендую установить дополнительный, чтобы избежать обратной утечки тока к контактам Arduino.

Возникает вопрос: когда Arduino должен подавать сигнала запуска? Ответ очевиден – при начале кручения педалей, иначе запускать контроллер нет смысла. Контроллер заряда не будет «заряжать» уже полную батарею, но можно лишний раз не проверять уровень заряда вручную, а переложить эту обязанность на микроконтроллер, то есть заставить его отслеживать параметры напряжения и силы тока. Для этого можно задействовать аналоговые входы Arduino, вот только они работают в пределах от 0 до 5В, в то время на клеммах батареи 11-14В, а выходах мотора от 0 до 24В, поэтому применим делители напряжения. При подключении аккумулятора для деления напряжения берем один резистор 1кОм, и второй, идущий на заземление, 2.2кОм. Тогда при максимальном напряжении 14В от аккумулятора на втором резисторе, с которого будет считываться происходить считывание, будет около 4.4В (подробнее в статье о делителях). При подключении мотора используем в делителе напряжения резисторы 1кОм и 4.7кОм, тогда при 24В от генератора Arduino будет считывать как 4.2В. Все эти измерения в коде для Arduino легко конвертировать в действительные значения.

Чтобы исключить перезарядку аккумулятора самоделки напряжение на его клеммах должно быть меньше 14В, а вот для генератора параметры более гибкие – если велосипедист «вырабатывает» напряжение достаточное для включения контроллера, то контроллер может заряжать батарею. В итоге, параметры напряжения будут таковы: от генератора больше 5В, а для аккумулятора менее 14В.

Сам микроконтроллер будет включаться через «кнопку» или что-либо подобное, так как постоянно держать его включенным не резонно. И «запитывать» его лучше не от сменной батарейки 9В, а от 12В-го аккумулятора. Для этого подключаем микроконтроллер через разъем и регулятор напряжения 5В к аккумулятору, хотя Arduino и поддерживает напряжение питания 12В. Кстати от этих 5В можно запитать еще какую-либо электронику, а не использовать для этого 5В-й пин на Arduino. Регулятор обязательно размещаем на радиаторе, так как при работе он сильно греется.

Пример кода:

// complete code at the end of this Instructable

int motor = A0; //motor/generator pin on the Arduino

int batt = A1; //12V battery pin

int cc = 8; //charge controller pin

int wait = 500; //delay in milliseconds

float afactor = 1023.0; //Arduino’s analog read max value

float motorV, battV; //motor voltage and battery voltage

boolean hasBeenOn = false; //to remember if the charge controller has been turned on

pinMode(motor, INPUT);

pinMode(batt, INPUT);

pinMode(cc, OUTPUT);

motorV = getmotorV(); //motovr/generator output voltage

if (motorV > 1.0 && !hasBeenOn) { //if our DC motor gives out more than 1V, we say it’s on

digitalWrite(cc, HIGH); //the cc pin is connected to a relay

//that acts as the «Start» button for the charge controller

delay(3500); //our charge controller requires the start button to be held for 3 seconds

digitalWrite(cc, LOW); //electrically releasing the start button

hasBeenOn = true; //the charge controller should be charging the battery now

delay(wait); //we want our Arduino to wait so not to check every few millisec

else if(motorV > 1.0 && hasBeenOn){

delay(wait); //again, we don’t want the Arduino to check every few millisec

hasBeenOn = false; //the person is no longer biking

//we wrote separate functions so we could organize our code

float getmotorV(){

return (float(analogRead(motor)) / afactor * 5.0); //the motor gives out about a max of 5V

float getbattV(){

return (float(analogRead(batt)) / afactor * 14.0); //the battery technically is~13.5V

Шаг 5: Arduino и инвертор

Держать постоянно подключенным инвертор к аккумулятору не выгодно по нескольким причинам. Во-первых, фантомная нагрузка разряжает мозгоаккумулятор , а во-вторых, нужно сделать «защиту» от хитрецов желающих подзарядить гаджет, но не желающих покрутить для этого педалей. Поэтому снова задействуем Arduino, который будет включать/выключать инвертор и тем самым контролировать выходы для зарядки, не полагаясь на честность и технические знания пользователей.

Интегрировать инвертор и Arduino как ключ для него, с помощью МОП-транзистора . Это по сути обычный транзистор, но требующий малые отпирающие токи, при больших проходящих (но запирающее напряжение должно быть больше чем у обычных транзисторов, хотя для Arduino это не проблема) .
МОП-транзистор включаем в цепь так, чтобы отрицательный выход инвертора был соединен с коллектором, отрицательный выход аккумулятора с эмиттером, а выход Arduino с базой. Когда все требуемые параметры совпадают (такие как продолжительность езды, подаваемое напряжение и т.д.) Arduino подает сигнал на транзистор и тот открывается, позволяя течь току от аккумулятора к инвертору; если Arduino прерывает сигнал, то транзистор запирается, прерывая цепь, и инвертор отключается.

Замечу, что при прохождении больших токов через транзистор поделки он сильно греется, поэтому, так же как и на регулятор напряжения, установка радиатора на транзистор обязательна!

Пример кода:

//the bolded code

int mosfet = 7; // used to turn on the inverter

unsigned long timeOn, timecheck; // for time checking

if (motorV > 1.0 && !hasBeenOn) {
timeOn = millis();

inverterControl();

// the separate function

void inverterControl() {

battV = getbattV(); //check the battery voltage

timecheck = millis() — timeOn; //check how long the user has been biking

/* We want the user to have biked for a certain amount of time

before allowing the user to charge the user’s electronics.

We also need to be sure that the battery isn’t undercharged.

if (hasBeenOn && (battV > 10.0) && (timecheck > 5000) && !mosfetOn) {

digitalWrite(mosfet, HIGH); //the inverter is on when the Arduino turns on the MOSFET

mosfetOn = true;

else if ((battV <= 10.0)) { //turns off inverter if the battery is too low

digitalWrite(mosfet, LOW);

mosfetOn = false;

else if(timecheck <5000) { //turns off if the user stopped/hasn’t biked long enough

digitalWrite(mosfet, LOW);

mosfetOn = false;

Шаг 6: Arduino и обратная информация

В качестве обратной связи во время тренировки можно взять значения частоты вращения заднего колеса, то есть «велосипедист» будет не только заряжать аккумулятор, но и получать информацию об интенсивности своей тренировки. Чтобы считать обороты заднего колеса можно использовать оптический датчик и датчик Холла.

Оптический датчик

В своей мозгоподелке я пошел путем установки оптического датчика для считывания числа оборотов заднего колеса, и сделал этот сенсор из попавшихся по руку деталей. Суть проста: к ободу колеса прикреплен непрозрачный объект, здесь тонкий крашеный пластик, который при вращении периодически прерывает луч светодиод-фотодиод. Сами фотодиод и светодиод установлены в куске пенопласта с выбранной полостью, в которой вращается колесо (см. фото). Из-за податливости пенопласта в нем легко разместить и настроить систему светодиод-фотодиод, а именно разместить их на одной линии, это важно, так как фотодиоды очень чувствительны к углу падающего луча. В итоге, пластик при вращении должен не мешать самому вращению обода, и прерывать луч.

Схема подключения диодов тоже проста: на оба диода подается от микроконтроллера 5В, но в цепи светодиода обязательно установить резистор, так как светодиод обладает низким сопротивлением и значит ток, текущий по нему будет большим и светодиод попросту перегорит. Поэтому последовательно со светодиодом монтируем резистор 1кОм, и тогда ток по светодиоду будет течь примерно 5мА. Принцип работы фотодиода противоположен работы светодиода, то есть свет используется для получения напряжения, а не наоборот. И, следовательно, в цепи фотодиод нужно устанавливать в обратном направлении, чем светодиод. Напряжение, создаваемое фотодиодом, измеряется на резисторе подключенного после фотодиода, и величина напряжения не важна, потому что нам важно лишь прерывание луча от светодиода. Номинал резистора после фотодиода нужно подобрать таким, чтобы даже при попадании на фотодиод света от ламп освещения, напряжение будет равно 0. Путем мозгоопытов я подобрал резистор 47кОм, и при блокировке луча светодиода напряжение равно 0, а при попадании луча на фотодиод напряжение вырабатывается достаточное для считывания. Таким образом, при нулевом значении напряжения Arduino понимает, что колесо совершило одно вращение.

Датчик Холла

Чтобы считать значение оборотов колеса поделки можно использовать и датчик Холла , который реагирует на изменение магнитного поля попадающего на него. Значит, чтобы считывать обороты этим способом, можно разместить на ободе магнит, а датчик Холла установить примерно также как и светодиод из предыдущего способа. Принцип работы датчика Холла в том, что он вырабатывает напряжение пропорциональное приложенному к нему магнитному полю, то есть каждый раз когда магнит проходит рядом с датчиком Arduino считывает изменение напряжения.

Пример кода:

//the complete code can be found at the end of this Instructable
//the bolded code is what we add to the code from above

int pdiode = A3; // photodiode for rpm

int photodiode;

int cycle = 0;

int numCycle = 20; // for averaging use

float t0 = 0.0;

float t1;

pinMode(pdiode, INPUT);

if (motorV > 1.0 && !hasBeenOn) {

cycle = 0;

t0 = float (millis());

getRpm();

void inverterControl() {

else if(timecheck <5000) {

cycle = 0; //this is a safety since arduino can’t run multiple threads

t0 = float (millis());

void getRpm() {

//may want to consider an if else/boolean that makes sure increasing cycle only when biking

if (t0 == 0.0) { //safety for if the arduino just started and t0 hasn’t been set yet

t0 = float (millis());

photodiode = analogRead(pdiode);

if (((photodiode != 0) && (analogRead(pdiode) == 0)) || ((photodiode == 0) && (analogRead(pdiode) != 0))) {

cycle++;

t1 = float(millis());

if (cycle > numCycle) {

rpm = (float(cycle)) / (t1 — t0)* 1000.0 * 60.0; //conversion to rotations per minute

cycle = 0;

t0 = float (millis());

Шаг 7: Arduino и датчик силы тока

Контроллер заряда нашей самоделки отображает силу тока идущей от аккумулятора, но можно использовать еще силу тока в качестве индикатора интенсивности тренировки. И для этих целей будем использовать эффект Холла упомянутого в предыдущем шаге, то есть пропуская ток от контроллера заряда через специальный датчик с эффектом Холла , который вырабатывает напряжение пропорциональное магнитному полю, создаваемое проходящим током, можно косвенно измерить силу тока идущего на батарею. Для обработки полученных значений, к сожалению, нет конкретных таблиц соотношений вырабатываемых напряжений и токов, но эту мозгозадачку можно решить пропусканием через датчик известных токов и замера вырабатываемого датчиком напряжения. По полученным таким образом данным и выводится соотношения напряжения и тока.

Этот ток может быть преобразован в другую статистику — энергии подаваемой на аккумулятор и общей выработанной энергии. То есть сравнивая энергию идущую на аккумулятор и энергию потребляемую для зарядки подключенных устройств, можно определить нужна ли зарядка аккумулятора, в случае если подключенные устройства расходуют боле энергии, чем может выдать аккумулятор.

Пример кода:

/the complete code can be found at the end of this Instructable

//the bolded code is what we add to the code from above

int hall = A2; //for current sensing

float Wh = 0; //for recording the watt-hours generated since Arduino has been on

pinMode(hall, INPUT);

else if(motorV > 1.0 && hasBeenOn){

getCurrent();

void getCurrent(){ //the current going into the battery

current = (float(analogRead(hall))-514.5)/26.5; //equation for current from experimental plot

Wh = Wh + float(wait)/3600.0*current*13.0; // calculation for watt-hour

//assume 13V charge controller output into battery

Шаг 8: ЖК-дисплей

Существует много вариантов вывода информации используя Arduino и ЖК-дисплей. Выбранный мной экран имеет 2 строки с 16-ю символами в каждой, 4 кнопки направления, кнопка «выбор» и кнопка «сброс». Для упрощения кодирования я использовал в коде лишь кнопки направлений, сам код довольно «сырой» с примерными значениями для многих параметров. Если вы владеете С++, то можете написать свой более профессиональный мозгокод . Я хотел чтобы «велосипедист» имел сохраненную статистику о лучшем времени одного заезда, общей дистанции, общего количества Ватт/часов с начала эксплуатации поделки . Во время заезда я планировал отображать на дисплее время заезда, скорость в км/ч, сгенерированную мощность и энергию в Ватт/часах выработанную за заезд. Если вы впервые сталкиваетесь с использованием ЖК-дисплея в своей самоделке , то полезно ознакомится вот с этим .

Рассчитать необходимые данные не трудно: для получения частоты вращения и км/с нужно разделить количество оборотов колеса на время, потраченное для совершения этого количества оборотов колеса, и перевести в соответствующие единицы измерения. Измерив радиус заднего колеса, он равен 28см, получаем длину окружности 175.929см или 0.00175929км. Далее по формуле «скорость*время=расстояние» получаем пройденное расстояние. По формуле «сила тока*напряжение» рассчитываем мощность, а для получения значения энергии с помощью суммы Риманна умножили мгновенную мощность на прошедшее время (0.5с) и прибавили каждые полсекунды вращения педалей.
Относительно меню, я проиндексировал каждое отображение и использовал фиктивную переменную для перемещения по отображениям.

Что касается меню, индексируется каждый экран и используется фиктивная переменная подсчета, чтобы перемещаться по экранам. «Вверх» и «вниз» будет повышать или понижать фиктивную переменную, «Влево» ведет на меню более высшего уровня, а «Вправо» ведет в подменю.

Схема меню:

Главное Меню
> Лучшее время
>> Показать значение
> Общее расстояние
>> Показать значение
> Сгенерированная мощность
>> Показать значение
> О
>> Любая информация о велосипеде.
//Полный код можно найти в конце этого мозгоруководства

//the bolded code is what we add to the code from above

// include the library code:

#include

#include < Adafruit_MCP23017.h>

#include< Adafruit_RGBLCDShield.h>

//This portion is taking word for word from Adafruit’s tutorial, which we linked above

// The shield uses the I2C SCL and SDA pins. On classic Arduinos
// this is Analog 4 and 5 so you can’t use those for analogRead() anymore

// However, you can connect other I2C sensors to the I2C bus and share

// the I2C bus. Adafruit_RGBLCDShield lcd = Adafruit_RGBLCDShield();

// These #defines make it easy to set the backlight color

#define RED 0x1

#define YELLOW 0x3

#define GREEN 0x2

#define TEAL 0x6

#define BLUE 0x4

#define VIOLET 0x5

#define WHITE 0x7

//here starts the part we coded

int ptr = 0; // menu pointer

int mins, secs, kmh;

//long term storage variables

int timeAddress = 0;

int distanceAddress = 1;

int powerAddress = 2;

byte timeValue, distanceValue, powerValue;

boolean isHome = true;

lcd.begin(16, 2);

lcd.print(«Hello, world!»);

lcd.setBacklight(WHITE);

timeValue = EEPROM.read(timeAddress);

distanceValue = EEPROM.read(distanceAddress);

powerValue = EEPROM.read(powerAddress);

root(); //set display to root menu

uint8_t i=0; // we put this in because the tutorial included it (not exactly sure what it’s for)

menuFunction(); //see if button is pressed

if (motorV > 1.0 && !hasBeenOn) {

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print(«Warming up…»);

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(«Keep pedaling. «);

lcd.setBacklight(GREEN);

digitalWrite(cc, HIGH); //press start on charge controller

lcd.setBacklight(YELLOW);

delay(3500); //press start for 3.5 seconds

digitalWrite(cc, LOW); //stop pressing start

//battery should now be charging

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,0);

hasBeenOn = true;

lcd.print(«Charging battery»);

lcd.setBacklight(RED);

lcd.setCursor(3, 1);

timeOn = millis();

//time of how long person has been pedaling

lcd.print((millis()-timeOn)/1000);

isHome = false;

else if(motorV > 1.0 && hasBeenOn){

secs = int((millis()-timeOn)/1000);

mins = int(secs/60);

secs = int(secs%60); //this could also be written as a separate function

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(mins);

lcd.setCursor(2, 0);

// print the number of seconds since start biking

lcd.print(«:»);

lcd.setCursor(3, 0);

lcd.print(secs);

lcd.setCursor(9, 1);

lcd.print(rpm);

lcd.setCursor(13,1);

lcd.print(«RPM»);

isHome = false;

getCurrent(); //this prints W, Wh

getkmh(); //this prints km/h

if (timeValue > (millis()-timeOn/1000/60)){

timeValue = int(millis()-timeOn/1000/60);

EEPROM.write(timeAddress, timeValue);

root();

void getkmh() {

kmh = rpm*60.0*revolution;

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(kmh);

lcd.setCursor(2,1);

lcd.print(«km/h «);

void getCurrent(){

current = (float(analogRead(hall))-514.5)/26.5;

lcd.setCursor(6, 0);

lcd.print(int (current*13));

lcd.setCursor(8,0);

lcd.print(«W»);

Wh = Wh + float(wait)/3600.0*current*13.0;

lcd.setCursor(10,0);

lcd.print(Wh);

lcd.setCursor(13,0);

lcd.print(«Wh»);

void menuFunction() {

delay(200);

uint8_t buttons = lcd.readButtons();

if (buttons) {

if (buttons & BUTTON_UP) {

scrollUp(ptr);

if (buttons & BUTTON_DOWN) {

if(ptr >0){

scrollDown(ptr);

if (buttons & BUTTON_LEFT) {

if(ptr >=1 && ptr <=4){

root();

else if(ptr >= 5){

menu();

if (buttons & BUTTON_RIGHT) {

scrollRight();

void menu() {

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«MENU (scroll V)»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«Top times»);

ptr = 1;

void root() {

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Bike to Charge!»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«Menu (Right >)»);

ptr = 0;

isHome = true;

void scrollRight() {

Serial.println(ptr);

if(ptr == 0){

menu();

else if(ptr == 1){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Top time»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(timeValue); // RECALL NUMBER!!! TOP TIME

lcd.setCursor(13,1);

lcd.print(«min»);

ptr = 5;

else if(ptr == 2){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Total distance»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(distanceValue); // RECALL NUMBER!!! TOTAL DISTANCE

lcd.setCursor(14,1);

lcd.print(«mi»);

ptr = 6;

else if(ptr == 3){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Total energy»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(powerValue); // RECALL NUMBER!!! TOTAL WATTHOURS

lcd.setCursor(15,1);

lcd.print(«J»);

ptr = 7;

else if(ptr == 4){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Scroll down to «);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«read more!!! (V)»); // RECALL NUMBER!!! TOTAL WATTHOURS

ptr = 8;

void scrollDown(int i){

Serial.println(i);

if (i == 1){

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«Total distance «);

ptr = 2;

else if (i == 2){

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«Total energy «);

ptr = 3;

else if (i == 3){

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«About! «);

ptr = 4;

else if (i == 8){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Electronics bike»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«worked on by: «);

ptr = 9;

else if (i == 9){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«A. McKay ’13»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«J. Wong ’15»);

ptr = 10;

else if (i == 10){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«A.Karapetrova’15»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«S. Walecka ’15»);

ptr = 11;

else if (i == 11){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«S. Li ’17»);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«N. Sandford ’17»);

ptr = 12;

else if (i == 12){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«For His Majesty «);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«Dwight Whitaker «);

ptr = 13;

else if (i == 13){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Phys 128 «);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«Pomona College «);

ptr = 14;

else if (i == 14){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Paid for by the «);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«SIO and Dept of «);

ptr = 15;

else if (i == 15){

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(«Physics and «);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(«Astronomy. «);

ptr = 16;

void scrollUp(int i){

if (i ==2){

menu();

if (i>2){

scrollDown(i-2);

Шаг 9: Общая схема и код

95% нашей цепи собрано на монтажной плате, а датчики и другие электронные компоненты подключены через штырьковые разъемы, что очень удобно. Полный код прикреплен файлом или выложен

Окончательным шагом мозгопроектом является «окультуривание» поделки, то есть придание ей завершенного вида.

Просто аккуратно собираем провода в жгуты и скрываем их в коробе в передней части стенда. Провода, идущие к задней части, скрываем половинкой ПВХ-трубы, которую затем крепим к основанию. Аккумулятор также скрываем – помещаем в коробку, на руль монтируем пластиковый стенд для книги или телефона, на него же крепим ЖК-дисплей. Тумблер из Шага 2, который защищает от фантомных нагрузок, изолируем и крепим на ручке руля.

И в качестве финального аккорда, окрашиваем самоделку в любой выбранный цвет (не закрашивая, конечно, электронику и движущиеся элементы).

Идеи для улучшения поделки :
Радиатор для контроллера заряда
Защита от воздействий окружающей среды (чтобы использовать самоделку и на улице)
Установка датчика Холла для считывания оборотов колеса
Более функциональный стенд для книг, держатель чашки
Расширенное и более удобное меню
Более продвинутый код

Итак, мозго -вело-генератор готов, надеюсь было полезно!

Велогенератор для зарядки телефона и поддержания работы фар - это портативное устройство, позволяющее вырабатывать энергию путем вращения педалей.

Электрогенератор, устанавливаемый на велосипед, - это удобное портативное устройство, которое дает возможность самостоятельно вырабатывать электрический ток для поддержания работы фар или других электроприборов. Например, с его помощью получится на ходу бесплатно заряжать телефон или GPS-навигатор.

Принцип работы заключается в генерации переменного тока, который преобразуется в постоянный за счет диодного моста. Факты о велогенераторах:

• в зависимости от навыков и скорости езды велосипедист производит 0,15-0,25 КВт в час;
• рекордный показатель, достигнутый за 24 часа, составил 12 КВт;
• чем выше частота вращения педалей, тем больше генерируется электроэнергии. Подобная закономерность характерна как для покупных, так и самодельных генераторов электричества на велосипед;
• педальные генераторы бывают стационарными: приспособление получится изготовить самостоятельно, используя старый и ненужный велосипед.

В промышленных масштабах использование педальных генераторов теряет смысл, так как на выработку 1 КВт энергии уходит около 10 часов, но для личного использования такой прибор - хороший выбор. Ведь главные преимущества: возможность бесплатно добывать ток и днем, и ночью, дешевизна оборудования и простота обслуживания. Еще больше снизить стоимость получится, если сделать велогенератор своими руками.

Стационарный педальный генератор также выступает альтернативой или батареям, которые не всегда получается использовать из-за климатических условий. Приспособление никак не зависит от солнца, ветра и легко размещается в доме или квартире.

Виды конструкций для велосипедистов

Выделяют следующие типы велогенераторов:

• бутылочная динамо-машина;
• динамо-втулка;
• бесконтактный генератор.

Каждая из конструкций обладает рядом преимуществ и недостатков, поэтому велосипедисту следует заранее определить приоритеты: играет ли решающую роль стоимость, удобство обслуживания, уровень воспроизводимого шума или другие характеристики.

Бутылочная динамо-машина

Приспособление по форме напоминает бутылку. По сути, это небольшой электрический генератор, который крепится на боковую стенку велосипедной шины. Принцип работы: когда велосипедист движется, покрышка прокручивает ролик динамо-генератора.

В таблице рассмотрены преимущества и недостатки такого типа конструкций:

Важно: если велогенератор такого типа неправильно отрегулирован, то во время поездки он может зацепиться за спицы. Но в некоторых моделях предусмотрены дополнительные петли для предотвращения подобных ситуаций.

Велосипедисту следует знать: падение на землю способно существенно повредить велогенератор. Перед каждой поездкой рекомендуется проверять, не ослаблены ли крепежные винты.

Динамо-втулки - это подвид динамо-машин, которые размещаются не на покрышке, а в ступице велосипедного колеса. Генератор создала английская производственная компания Sturmey-Archer, затем подобные приспособления стали выпускать производители Shimano и Schmidt.

В основе работы лежит многополюсный магнит, который располагается в ступице велошины и вращается вокруг неподвижной катушки, закрепленной на оси. Мощность для разных моделей разнится от 1,8 до 3 Вт.

Перед покупкой лучше ознакомиться с главными преимуществами и недостатками динамо-втулок:

В комплекте со многими туристическими велосипедами идут именно динамо-втулки. Стоит отметить, что такой велогенератор своими руками в домашних условиях смастерить возможно.

В бесконтактном типе электрогенератора велосипедная шина выступает ротором: на ней фиксируется специальный обод с закрепленными 28 магнитами с чередующимися разными полюсами. Статор в этой системе - индукционная катушка, вырабатывающая ток. Фары уже встроены в электрогенератор, поэтому электричество поступает напрямую.

Плюсы и минусы приспособления подробно представлены в таблице:

В целом велосипедисты отмечают, что яркость свечения фар на бесконтактных моделях примерно такая же, как у обычных аккумуляторных ламп. Тот, кто желает сэкономить, может собрать бесконтактный генератор для велосипеда своими руками.

Портативные электрогенераторы - это девайс, который пригодится каждому велосипедисту. Лучше остановить свой выбор на бесконтактных приборах или динамо-втулках, но при ограниченном бюджете удастся найти интересные и не очень шумные бутылочные модели. ТОП-производителей, на которых стоит обратить внимание: Shimano, CadenceX, Sturmey-Archer, Schmidt.

Как вырабатывать электричество крутя педали? Один киловатт-час стоит 5 центов. Для получения такого количества энергии необходимо вращать педали 10 часов. Нет никакого смысла говорить о промышленных масштабах производства электроэнергии с помощью педальных генераторов. Тем не менее такой способ получения электрического тока требуется достаточно часто, потому что с помощью мускульной силы мы можем вырабатывать электричество где угодно без потребления топлива, днём и ночью. Оборудование дешёвое и практически не требует технического обслуживания.

В основном они требуются в двух случаях:

1. Для во время путешествий на велосипеде.
2. Для выработки как можно большего количества электроэнергии на стационарных педальных генераторах.

Педальные велогенераторы предназначены для получения электричества в отдалённых районах, где неудобно использовать солнечные батареи неудобны. Генератор для велосипеда может вырабатывать до 300 Вт электроенерги (в среднем 40-150 Вт в зависимости от велосипедиста).

В интернете дано много рекомендаций, работающий за счёт вращения педалей. не лучший выбор, так как они содержат много редких ненужных деталей или требуют много работы по адаптации генератора к велосипеду, страдают от проблем с трением, проскальзыванием ремня и быстрого износа.

Как правильно выбрать велогенератор.

• Мотор устанавливается на неподвижный велосипед — это задний втулочный мотор (переднее колесо неподвижного велосипеда не вращается).
• Для хорошей производительности в моторе должны использоваться современные редкоземельные постоянные магниты, велогенератор должен быть бесщёточной конструкции.
• Для получения хорошего эффекта инерции, он должен быть тяжёлым и представлять собой электрическое велосипедное колесо.
• Для уменьшения механических потерь мотор должен быть прямоприводным/не использовать передач на шестерёнках.
• Чтобы человек мог справится с педалированием в течении длительного времени, мотор должен давать мощность не менее 200 Вт. Чем больше — тем лучше (снижаются потери, возрастает масса).
• Напряжение мотора должно превышать заданное выходное напряжение, чтобы оно не падало ниже критического значения, даже во время педалирования не на полную мощность.

На рисунке вверху показано внутреннее устройство мотор-колеса, исполненного в виде втулочного генератора на 24 В, 500Вт производства Golden Motor / Jiangsu, заряжающего аккумулятор 12 В.

Установка генератора на велосипед.

1. Найдите велосипед — любую рухлядь, но с работающими передней осью, педалями, цепью, седлом и желательно задним переключателем.
2. Замените заднее колесо на втулочный мотор.
3. Установите велосипед на опору так, чтобы заднее колесо могло свободно вращаться. Также можно подвесить зад велосипеда, чтобы он совсем не касался земли, взять подставку из металлических кронштейнов, установленных на деревянное основание.

Вернуть велосипед в его исходное состояние можно очень быстро — нужно лишь снять с опоры и поставить колесо назад.

Электрическая схема подзарядки аккумуляторов с помощью педального генератора.

Мотор-генератор расположен слева схемы, выходящее напряжении (+/-12 В) — справа. К выходу можно подсоединить любую нагрузку: лампочки, люминесцентные лампы, светодиодное осветительное оборудование, радио, телевизор, спутниковый ресивер, инвертор. Все подключённые устройства должны быть рассчитаны на 12 В.

Разберём схему более детально. Велосипедный генератор производит 3-трёхфазный переменный ток, который перед использованием необходимо преобразовать в постоянный. Трёхфазный выпрямитель можно сделать из шести диодов или приобрести в готовом виде (используется в ветроэнергетике). Он выглядит как обычный мостовой выпрямитель, только снабжён пятью клеммами вместо четырёх. Выпрямитель должен быть рассчитан не меньше чем на 100 В и 35 А. Каждый из диодов должен выдерживать такое же напряжение, но только половину тока (20 А). Для выпрямителя требуется некоторое охлаждение — поэтому прикрепите его к большой металлической детали.

Выходная мощность выпрямителя не может напрямую подаваться на лампочку или телевизор, так как при не вырабатывается стабильное напряжение. Оно будет колебаться между нулём и максимумом и может повредить оборудование. Данная проблема решается подсоединением аккумулятора параллельно к выходу выпрямителя, который будет поглощать лишнюю мощность вырабатываемую генератором и заполнять промежутки времени, когда генератор не вырабатывает достаточно мощности или даже останавливается на короткое время. Аккумулятор не обязательно должен быть большим или каким-то особенным — подходит любой свинцово-кислотный аккумулятор. Если он имеет большую ёмкость это тоже неплохо. Можно использовать старый аккумулятор компьютерного ИБП на 12 В 16 А·ч. Для домашнего применения рекомендуются герметичные аккумуляторы, не выделяющие газов.

На схеме есть и другие компоненты. Один из них это плавкий предохранитель, который нужен на случай короткого замыкания. Аккумулятор производит настолько сильный ток, что даже может воспламенится кабель. Рекомендуется кабель 2.5 мм 2 и плавкий предохранитель на 30 А. Также на схеме есть два измерительных прибора (нет на фотографии). Один вольтметр (со своим плавким предохранителем) и один амперметр. Несмотря на то что педальный генератор работает и без них, вольтметр крайне рекомендуется ради исправности аккумулятора. Лучше брать цифровой вольтметр. Как только на нём высветится 14 В (для систем на 12 В) нужно прекратить вращать . Никогда не превышайте 15 В. Напряжение также не должно падать ниже 10.5 В. Аналоговый амперметр (с нулевой отметкой в середине шкалы) не очень важен, но он показывает идёт ли закачка энергии в аккумулятор (в итоге ведущая к полной зарядке аккумулятора) или потребление (ведущее к разряду аккумулятора). В схеме не может использоваться цифровой амперметр, так как ток меняется слишком часто, что не позволяет стабильно считывать показания. Диапазон амперметра зависит от отводимого нагрузкой тока. Лучше всего купить с диапазоном +/- 20 А.

Взаимосвязь напряжения аккумулятора, напряжения генератора, размеров передней и задней звёздочек.

Напряжения аккумулятора и генератора, размер передней и задней звёздочек влияют на затрачиваемые человеком усилия и его каденс. При правильном подборе данных параметров на выбранной мощности система выдаёт требуемое выходное напряжение при адекватном каденсе (50 - 60 об/мин).

Чтобы проверить эту зависимость на практике необходимо установить напряжение генератора выше, чем напряжение аккумулятора, а также попробовать использовать разные передачи (потребуется велосипед с исправным переключателем).

По мере зарядки аккумулятора каденс возрастает и только своевременная смена звездочек переключателем позволяет поддерживать стабильный каденс. Наличие передач также необходимо для индивидуальной настройки педального генератора под каждого отдельно взятого человека.

Технические характеристики системы на базе Golden Motor / Jiangsu: генератор на 24 В, аккумулятор на 12 В, передняя звезда на 42 зуба, задняя звезда на 14 зубьев (18 зубьев, если напряжение аккумулятора ниже 11 В).