การสร้างแรงดันไฟฟ้าด้วยจักรยาน Ergometer: 9 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

รายละเอียดเพิ่มเติมของโครงการประกอบด้วยการประกอบ "เกม" โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเหยียบจักรยานยนต์ที่มีเครื่องวัดความเร็วลมที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและโคมไฟที่เปิดใช้งานเมื่อความเร็วรอบเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น ซึ่งเกิดขึ้นจากการปั่นด้วยจักรยาน ระบบนี้ใช้การอ่านผ่านพอร์ตแอนะล็อกของ Arduino Mega ซึ่งสร้างแรงดันไฟฟ้าทันที จากนั้นส่งข้อมูลนี้ไปยัง Raspberry Pi 3 ผ่านการสื่อสารแบบอนุกรม RX-TX และการเปิดใช้งานหลอดไฟผ่านรีเลย์ในเวลาต่อมา

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุ:

• 1 ราสเบอร์รี่ Pi 3;
• 1 Arduino เมกะ 2560;
• 1 รีเลย์ชิลด์พร้อม 10 รีเลย์ 12 V;
• 10 หลอดไส้ 127 V;
• 1 จักรยาน Ergometer;
• 1 เครื่องใช้ไฟฟ้า (Generator) 12 V;
• ตัวต้านทาน (1x1kΩ, 2x10kΩ);
• 1 ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า 10 µF;
• 1 ซีเนอร์ไดโอด 5.3 V;
• สายเคเบิล 1.5 มม. (แดง ดำ น้ำตาล);
• 1 หอ MDF พร้อมรองรับ 10 หลอด

ขั้นตอนที่ 2: ไดอะแกรมบล็อกระบบ:

ขั้นตอนที่ 3: การทำงานของระบบ:

ระบบนี้อิงตามการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์ที่เกิดขึ้นเมื่อขี่จักรยานเป็นพลังงานไฟฟ้าซึ่งมีหน้าที่ในการสั่งงานรีเลย์ที่จะเปิดไฟ

แรงดันไฟฟ้าที่สร้างโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้นอ่านโดยพินอะนาล็อกของ Arduino และส่งผ่าน RX-TX ไปยัง Raspberry Pi การเปิดใช้งานรีเลย์เป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้น - ยิ่งแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น รีเลย์ก็จะยิ่งทำงานมากขึ้นและหลอดไฟจะสว่างขึ้น

ขั้นตอนที่ 4: ด้านกลศาสตร์

ในการเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเข้ากับจักรยานด้วยกลไก ระบบสายพานต้องถูกแทนที่ด้วยระบบที่ใช้กับจักรยานทั่วไป (ประกอบด้วยเม็ดมะยม โซ่ และเฟือง) แผ่นโลหะเชื่อมเข้ากับโครงจักรยานเพื่อให้ยึดเครื่องยนต์ด้วยสกรู หลังจากนั้นปีกนกถูกเชื่อมเข้ากับเพลาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อให้สามารถวางโซ่ได้โดยเชื่อมต่อระบบเหยียบกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ขั้นตอนที่ 5: การอ่านแรงดันไฟฟ้า:

ในการอ่านแรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยใช้ Arduino จำเป็นต้องเชื่อมต่อขั้วบวกของเครื่องไฟฟ้ากับพิน A0 ของคอนโทรลเลอร์และขั้วลบกับ GND เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้แรงดันไฟฟ้าสูงสุดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามากกว่า 5 V ของ พิน Arduino, ตัวกรองแรงดันไฟที่ใช้ตัวเก็บประจุ 10 µF, ตัวต้านทาน 1 kΩ และไดโอดซีเนอร์ 5.3 V ถูกสร้างขึ้นและเชื่อมต่อระหว่างคอนโทรลเลอร์กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เฟิร์มแวร์ที่โหลดใน Arduino นั้นง่ายมากและประกอบด้วยการอ่านพอร์ตอะนาล็อกเท่านั้น คูณค่าที่อ่านด้วยค่าคงที่ 0.0048828125 (5/1024 นั่นคือแรงดันไฟฟ้า GPIO ของ Arduino หารด้วยจำนวนบิตของพอร์ตอะนาล็อก) และส่ง ตัวแปรเป็น Serial – รหัสจะมีอยู่ในบทความ

ขั้นตอนการเปิดใช้งานการสื่อสาร RX-TX ใน Raspberry Pi นั้นซับซ้อนกว่าเล็กน้อย และคุณต้องทำตามขั้นตอนที่อธิบายไว้ในลิงก์ โดยสังเขป คุณต้องแก้ไขไฟล์ชื่อ “inittab” – ซึ่งอยู่ใน “/etc/inittab” – แสดงความคิดเห็นในบรรทัด “T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100” (หากไฟล์นั้นไม่ใช่ ก่อตั้งขึ้นในระบบปฏิบัติการของ Raspberry คุณต้องป้อนคำสั่ง: “sudo leafpad /boot/config.txt” และต่อท้ายบรรทัด “enable_uart=1” ต่อท้ายไฟล์) เมื่อเสร็จแล้ว คุณต้องเปิด LX Terminal อีกครั้งและปิดใช้งาน Serial ด้วยคำสั่ง "sudo systemctl stop [email protected]" และ "sudo systemctl disable [email protected]" หลังจากนั้นคุณต้องรันคำสั่ง "sudo leafpad /boot/cmdline.txt" ให้ลบบรรทัด "console = serial0, 115200" บันทึกไฟล์และรีสตาร์ทอุปกรณ์ เพื่อให้การสื่อสาร RX-TX เป็นไปได้ ต้องติดตั้งไลบรารีอนุกรมบน Raspberry Pi ด้วยคำสั่ง "sudo apt-get install -f python-serial" และนำเข้าไลบรารีลงในโค้ดโดยแทรกบรรทัด "import serial", เริ่มต้นอนุกรมโดยใส่บรรทัด "ser = serial. Serial (" / dev / ttyS0 ", 9600)" และอ่านค่าแรงดันไฟฟ้าที่ส่งโดย Arduino โดยใช้คำสั่ง “ser.readline()” – รหัสเต็มที่ใช้ ใน Raspberry จะวางจำหน่ายในตอนท้ายของบทความ

ตามขั้นตอนที่อธิบายไว้ข้างต้น ขั้นตอนการอ่านและส่งแรงดันไฟฟ้าจะเสร็จสมบูรณ์

ขั้นตอนที่ 6: การเขียนโปรแกรม Arduino:

ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ รหัสที่รับผิดชอบในการอ่านแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นเมื่อปั่นจักรยานนั้นง่ายมาก

ประการแรก จำเป็นต้องเลือกพิน A0 เป็นตัวอ่านแรงดันไฟฟ้า

ในฟังก์ชัน "การตั้งค่าเป็นโมฆะ ()" คุณต้องตั้งค่าพิน A0 เป็น INPUT ด้วยคำสั่ง "pinMode(เซ็นเซอร์, INPUT)" และเลือกความเร็วในการส่งพอร์ตอนุกรมโดยใช้คำสั่ง "Serial.begin(9600)"

ใน "void loop ()" ฟังก์ชัน "Serial.flush ()" ถูกใช้เพื่อล้างบัฟเฟอร์ทุกครั้งที่ยุติการส่งข้อมูลผ่านซีเรียล การอ่านค่าแรงดันไฟฟ้าดำเนินการโดยฟังก์ชัน "analogRead (เซ็นเซอร์)" – จำไว้ว่าจำเป็นต้องแปลงค่าที่อ่านโดยพอร์ตอะนาล็อกเป็นโวลต์ – กระบวนการที่อ้างถึงในส่วน "แรงดันการอ่าน" ของบทความ

นอกจากนี้ ในฟังก์ชัน "void loop ()" จำเป็นต้องแปลงตัวแปร x จาก float เป็น string เนื่องจากเป็นวิธีเดียวในการส่งตัวแปรผ่าน RX-TX ขั้นตอนสุดท้ายในฟังก์ชันวนรอบคือการพิมพ์สตริงในพอร์ตอนุกรมเพื่อให้สามารถส่งไปยัง Raspberry - สำหรับสิ่งนี้ คุณต้องใช้ฟังก์ชัน "Serial.println (y)" มีการเพิ่มบรรทัด "delay (100)" ลงในโค้ดเท่านั้นเพื่อให้ส่งตัวแปรในช่วงเวลา 100 มิลลิวินาที - หากไม่ปฏิบัติตามเวลานี้ Serial overload จะเกิดขึ้นทำให้เกิดการขัดข้องในโปรแกรม

voltage_read.ino

เซ็นเซอร์ลอย = A0;

voidsetup() {

pinMode(เซ็นเซอร์, INPUT);

Serial.begin(9600);

}

โมฆะลูป () {

Serial.flush();

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

สตริง y="";

y+=x;

Serial.println(y);

ล่าช้า (100);

}

ดู rawvoltage_read.ino โฮสต์ด้วย ❤ โดย GitHub

ขั้นตอนที่ 7: การเขียนโปรแกรม Raspberry Pi 3:

lamps_bike.py

import os #import the os library (ใช้เพื่อล้างหน้าจอเมื่อจำเป็น)

นำเข้า RPi. GPIOas gpio #import ไลบรารีที่ใช้ในการควบคุม GPIO. ของ Raspnerry

นำเข้าไลบรารีซีเรียล #import ที่รับผิดชอบด้านการสื่อสารแบบอนุกรม

เวลานำเข้า #นำเข้าห้องสมุด ที่ทำให้สามารถใช้ฟังก์ชั่นการหน่วงเวลาได้

นำเข้ากระบวนการย่อย #นำเข้าไลบรารีที่รับผิดชอบในการเล่นเพลง

#เริ่มซีรี่ย์

ser = serial. Serial("/dev/ttyS0", 9600) #define ชื่ออุปกรณ์และอัตราบอด

#หน้าจอใส

clear = lambda: os.system('ชัดเจน')

#เซ็ตพินสำหรับคอนโทรลรีเลย์

gpio.setmode(gpio.บอร์ด)

gpio.setup(11, gpio. OUT) #หลอดไฟ10

gpio.setup(12, gpio. OUT) #หลอดไฟ 9

gpio.setup(13, gpio. OUT) #โคมไฟ8

gpio.setup(15, gpio. OUT) #หลอดไฟ7

gpio.setup(16, gpio. OUT) #โคมไฟ6

gpio.setup(18, gpio. OUT) #หลอดไฟ5

gpio.setup(19, gpio. OUT) #หลอดไฟ4

gpio.setup(21, gpio. OUT) #โคมไฟ3

gpio.setup(22, gpio. OUT) #โคมไฟ2

gpio.setup(23, gpio. OUT) #หลอดไฟ 1

#เริ่มบันทึก

name=["ไม่มี"]*10

แรงดันไฟฟ้า=[0.00]*10

#อ่านบันทึกไฟล์

f =open('บันทึก', 'r')

สำหรับ i inrange(10): #the 10 คะแนนที่ดีที่สุดปรากฏบนรายการ

ชื่อ=f.readline()

ชื่อ=ชื่อ[:len(ชื่อ)-1]

แรงดันไฟฟ้า=f.readline()

แรงดันไฟฟ้า=ลอย(แรงดันไฟฟ้า[:len(แรงดันไฟฟ้า)-1])

f.close()

แจ่มใส()

#ตั้งค่าแรงดันไฟสูงสุด

สูงสุด=50.00

#ปิดไฟ

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (11, 24, 1):

ถ้า i!=14and i!=17and i!=20:

gpio.output(i, gpio. HIGH) #set to HIGH รีเลย์จะปิด

#เริ่ม

ในขณะที่จริง:

#หน้าจอเริ่มต้น

พิมพ์"บันทึก:\n"

สำหรับฉันอยู่ในช่วง(10):

พิมพ์ชื่อ, ":", แรงดันไฟฟ้า, "V"

current_name=raw_input("เขียนชื่อของคุณเพื่อเริ่มต้น: ")

แจ่มใส()

#เปลี่ยนค่าสูงสุด

ถ้า current_name =="max":

max=input("เขียนแรงดันสูงสุด: (ทศนิยม 2 ตำแหน่ง)")

แจ่มใส()

อื่น:

#เริ่มเตือน

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (11, 24, 1): # การวนซ้ำเริ่มต้นใน PIN 11 และหยุดใน PIN 24

if i!=14and i!=17and i!=20: #PIN 14 and 20 เป็นพิน GND และ 20 เป็นพิน 3.3 V

gpio.output(i, gpio. LOW) #เปิดหลอดไฟ

เวลานอน(0.5)

k=10

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (23, 10, -1):

แจ่มใส()

ถ้า i!=14and i!=17and i!=20:

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

เวลานอน(0.03)

แจ่มใส()

print"Prepare!\n", k

เวลานอน(1)

k-=1

gpio.output(i, gpio. HIGH) #ปิดไฟ (ทีละดวง)

subprocess. Popen(['aplay', 'Audios/go.wav']) #เล่นเพลงเริ่มต้น

เวลานอน(0.03)

แจ่มใส()

พิมพ์ "ไป!"

เวลานอน(1)

แจ่มใส()

#อ่านค่าแรงดัน

current_voltage=0.00

แรงดันไฟ 1=0.00

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (200):

ser.flushInput()

ก่อนหน้า=แรงดันไฟฟ้า1

voltage1=float(ser.readline()) #collects ข้อมูลของ Arduino ที่ถ่ายโอนโดย RX-TX

แจ่มใส()

แรงดันการพิมพ์1, "V"

ถ้าVoltage1>current_voltage:

current_voltage=voltage1

# ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้น หลอดไฟจะสว่างขึ้น

ถ้า voltage1<max/10:

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (11, 24, 1):

ถ้า i!=14and i!=17and i!=20:

gpio.output(i, gpio. HIGH)

ถ้า voltage1>=max/10:

gpio.output(11, gpio. LOW)

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (12, 24, 1):

ถ้า i!=14and i!=17and i!=20:

gpio.output(i, gpio. HIGH)

ถ้า voltage1>=2*max/10:

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (11, 13, 1):

gpio.output(i, gpio. LOW)

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (13, 24, 1):

ถ้า i!=14and i!=17and i!=20:

gpio.output(i, gpio. HIGH)

ถ้า voltage1>=3*max/10:

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (11, 14, 1):

gpio.output(i, gpio. LOW)

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (15, 24, 1):

ถ้าฉัน!=17และ ฉัน!=20:

gpio.output(i, gpio. HIGH)

ถ้า voltage1>=4*max/10:

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (11, 16, 1):

ถ้าฉัน!=14:

gpio.output(i, gpio. LOW)

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (16, 24, 1):

ถ้าฉัน!=17และ ฉัน!=20:

gpio.output(i, gpio. HIGH)

ถ้า voltage1>=5*max/10:

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (11, 17, 1):

ถ้าฉัน!=14:

gpio.output(i, gpio. LOW)

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (18, 24, 1):

ถ้าฉัน!=20:

gpio.output(i, gpio. HIGH)

ถ้า voltage1>=6*max/10:

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (11, 19, 1):

ถ้าฉัน!=14และ ฉัน!=17:

gpio.output(i, gpio. LOW)

สำหรับฉันอยู่ในช่วง(19, 24, 1):

ถ้าฉัน!=20:

gpio.output(i, gpio. HIGH)

ถ้า voltage1>=7*max/10:

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (11, 20, 1):

ถ้าฉัน!=14และ ฉัน!=17:

gpio.output(i, gpio. LOW)

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (21, 24, 1):

gpio.output(i, gpio. HIGH)

ถ้า voltage1>=8*max/10:

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (11, 22, 1):

ถ้า i!=14and i!=17and i!=20:

gpio.output(i, gpio. LOW)

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (22, 24, 1):

gpio.output(i, gpio. HIGH)

ถ้า voltage1>=9*max/10:

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (11, 23, 1):

ถ้า i!=14and i!=17and i!=20:

gpio.output(i, gpio. LOW)

gpio.output(23, gpio.สูง)

ถ้า voltage1>=max:

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (11, 24, 1):

ถ้า i!=14and i!=17and i!=20:

gpio.output(i, gpio. LOW)

ถ้าแรงดันไฟฟ้า1

หยุดพัก

#ปิดไฟ

สำหรับฉันอยู่ในช่วง (11, 24, 1):

ถ้า i!=14and i!=17and i!=20:

gpio.output(i, gpio. HIGH)

#เพลงแห่งชัยชนะ

ถ้า current_voltage>=max:

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

เวลานอน(0.03)

แจ่มใส()

print"ดีมาก คุณชนะ!"% (u'\u00c9', u'\u00ca', u'\u00c2')

สำหรับฉันอยู่ในช่วง(10):

สำหรับ j inrange (11, 24, 1):

ถ้า j!=14and j!=17and j!=20:

gpio.output(j, gpio. LOW)

เวลานอน (0.05)

สำหรับ j inrange (11, 24, 1):

ถ้า j!=14and j!=17and j!=20:

gpio.output(j, gpio. HIGH)

เวลานอน (0.05)

เวลานอน(0.5)

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

เวลานอน(0.03)

แจ่มใส()

พิมพ์"จบเกม…\n", current_voltage, "V"

#บันทึก

เวลานอน(1.2)

ถึง=0

สำหรับฉันอยู่ในช่วง(10):

ถ้า current_voltage > แรงดันไฟฟ้า:

ถึง+1

temp_voltage=แรงดันไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้า=current_voltage

current_voltage=temp_voltage

temp_name=name

ชื่อ=current_name

current_name=temp_name

ถ้าถึง >0:

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

เวลานอน(0.03)

แจ่มใส()

f =open('บันทึก', 'w')

สำหรับฉันอยู่ในช่วง(10):

f.write(ชื่อ)

f.write("\n")

f.write(str(แรงดันไฟฟ้า))

f.write("\n")

f.close()

แจ่มใส()

ดู rawlamps_bike.py โฮสต์ด้วย ❤ โดย GitHub

ขั้นตอนที่ 8: โครงการไฟฟ้า:

Arduino และ Raspberry Pi 3 ใช้พลังงานจากแหล่งจ่าย 5V ที่มีกระแสไฟ 3A

วงจรไฟฟ้าเริ่มต้นด้วยการเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง (ควบคู่ไปกับจักรยาน) กับ Arduino ผ่านตัวกรองแรงดันไฟที่ประกอบด้วยไดโอดซีเนอร์ 5.3V ตัวเก็บประจุ 10μF และตัวต้านทาน 1kΩ - อินพุตตัวกรองเชื่อมต่อกับ ขั้วต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเอาต์พุตเชื่อมต่อกับพอร์ต A0 และ GND ของคอนโทรลเลอร์

Arduino เชื่อมต่อกับ Raspberry ผ่านการสื่อสาร RX-TX - ดำเนินการผ่านตัวแบ่งตัวต้านทานโดยใช้ตัวต้านทาน10kΩ (จำเป็นโดยพอร์ตของคอนโทรลเลอร์ที่ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าต่างกัน)

GPIO ของ Raspberry Pi เชื่อมต่อกับรีเลย์ที่รับผิดชอบในการเปิดหลอดไฟ "COM" ของรีเลย์ทั้งหมดเชื่อมต่อถึงกันและเชื่อมต่อกับเฟส (กริดไฟฟ้ากระแสสลับ) และ "N. O" (ปกติเปิด) ของรีเลย์แต่ละตัวเชื่อมต่อกับหลอดไฟแต่ละดวง และความเป็นกลางของกริดไฟฟ้ากระแสสลับเชื่อมต่อกับหลอดไฟทั้งหมด ดังนั้น เมื่อ GPIO ที่รับผิดชอบสำหรับรีเลย์แต่ละตัวถูกเปิดใช้งาน รีเลย์จะเปลี่ยนเป็นเฟสของเครือข่าย AC และเปิดหลอดไฟที่เกี่ยวข้อง

ขั้นตอนที่ 9: ผลลัพธ์:

หลังจากการประกอบขั้นสุดท้ายของโครงการ ได้รับการตรวจสอบแล้วว่าทำงานได้ตามที่คาดไว้ – ตามความเร็วที่ผู้ใช้เหยียบจักรยาน แรงดันไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นและไฟส่องสว่างมากขึ้น