Генератор с велосипедным приводом. Велосипед-генератор снабдит дома электричеством, а графеновый кабель предоставит доступ к неисчерпаемым запасам геотермальной энергии, проект Billions in Change (видео) - ЭкоТехника. Генератор бутылочный для велосипеда

Генератором электрической энергии называется устройство, преобразующее химическую, механическую или тепловую энергию в электрический ток. Таким генератором, использующимся на велосипедах для питания задних фонарей и передней фары, является динамо-машина.

Разновидности

Рассмотрим существующие виды велосипедных динамо-машин заводского исполнения.

Бутылочная

Этот вид велосипедного генератора наиболее доступный и простой. Однако его мощность не самая большая из всех видов. Приводной ролик генератора вращается за счет касания к протектору шины колеса во время движения.

Втулочная динамо-машина

Динамо-втулка по своему устройству является осевой динамо-машиной. Исполнения таких моделей могут быть различного вида. Стоимость втулочного генератора довольно высока. Установка более сложная, по сравнению с бутылочным вариантом.

При приобретении необходимо проверить число спиц и метод фиксации установочного колеса. К достоинствам втулочного генератора относится его защищенность от влаги, в отличие от бутылочного генератора, приводной ролик которого в сырую погоду проскальзывает по покрышке велосипеда. Устройство заключено внутри втулки колеса, и работа происходит от его вращения.

К недостаткам такого устройства относится то, что выключить работу втулочного генератора не получится.

Цепная

Цепной вариант велосипедного генератора встречается достаточно редко. Однако есть несколько разных исполнений этого вида. Устройство может оснащаться USB портом для зарядки мобильных гаджетов.

Недостатком такой конструкции является малый срок службы, так как при эксплуатации происходит воздействие металлической велосипедной цепи на пластиковые элементы генератора.

Бесконтактная

Это оригинальная динамо-машина с бесконтактным принципом действия. Колесо велосипеда играет роль ротора. На колесо фиксируется специальный обруч, на котором закреплены 28 магнитов. Они расположены поочередно, с разными полюсами.

Статором является индукционная катушка, в которой вырабатывается электрический ток. В эту систему включена аккумуляторная батарея для накопления энергии. По заверениям производителя для обеспечения нормального светового потока достаточно двигаться со скоростью 15 км в час.

Достоинствами этой конструкции является:

• Отсутствие трущихся элементов.
• Бесшумная эксплуатация.
• Неограниченный срок эксплуатации (кроме батареи аккумуляторов).

Недостатком бесконтактной модели является малая емкость аккумуляторов. Ее хватает всего на несколько минут. Однако многие умельцы легко исправляют этот недостаток различными способами, в том числе заменой батареи на более мощную.

Другие конструкции

В настоящее время очень популярны различные интересные устройства, которые изготовлены в Китае. Иногда видишь такие устройства, которые раньше нигде не производили. Даже их принцип действия не всегда понятен, однако они работают.

Такое китайское устройство можно смело назвать велогенератором будущего. Динамо-машина из поднебесной выглядит по аналогии фантастических фильмов. Судя по внешнему виду, для ее функционирования нет необходимости в контакте с шиной колеса или цепью. Также нет никаких магнитов.

Принцип ее работы не совсем понятен. Возможно, это является технологическим секретом завода изготовителя.

Конструктивные особенности и работа

Наиболее популярной моделью динамо-машины на велосипедах является ее бутылочная конструкция, за ней идет динамо-втулка. Остальные виды используются значительно реже. Поэтому рассмотрим самые распространенные модели.

Динамо-бутылка

Динамо-машина бутылочного вида работает на боковой части передней шины велосипеда. Выполнена в виде небольшого генератора электрической энергии, и служит для работы заднего фонаря и передней фары велосипеда, а также зарядки электронных мобильных устройств.

Такой мини-генератор может монтироваться как на переднее колесо, так и на заднее. В первом случае устройство может совмещаться со встроенным фонарем. Для отключения генератора предусмотрен специальный откидной механизм, фиксирующий корпус генератора в том положении, когда нет соприкосновения с шиной колеса велосипеда.

Название этого устройства происходит от внешнего сходства формы с бутылкой. Бутылочный велогенератор имеет и другое название – боковое динамо. Приводной резиновый или металлический ролик приводится во вращение на боковой стороне шины колеса. При движении велосипеда шина придает вращательное движение ролику велогенератора, который вырабатывает электрический ток.

Достоинства

• Отключенный привод генератора не оказывает сопротивления движению велосипеда. При включенном генераторе велосипедисту приходится прикладывать больше силы для движения. Динамо-втулка в отличие от бутылочного велогенератора, всегда оказывает сопротивление вращению колеса, хотя значение этого сопротивления незначительно. Если бутылочный велогенератор включен, но фонари и фара не подключены к питанию, то сопротивление движению велосипеда меньше.
• Легкая и простая установка. Такое устройство легко установить на любой велосипед, в отличие от втулочного генератора, для установки которого необходима сборка всего динамо-колеса со спицами.
• Небольшая стоимость. Такие модели обычно стоят дешевле других видов велосипедных генераторов, хотя бывают и исключения из этого правила.

Недостатки

• Сложная настройка. Требуется тщательная настройка и регулировка соприкосновения с покрышкой колеса под определенным углом, давлением в шине, высотой. Если велосипед упадет, либо ослабнут фиксирующие винты, генератор может быть поврежден. Неправильно отрегулированное устройство генератора будет издавать много шума, создавать чрезмерное сопротивление, проскальзывать по колесу. Если винты крепления слишком ослабнут, то механизм может сдвинуться с места и попасть в спицы колеса, что приведет к поломке спиц и выходу колеса велосипеда из строя. Некоторые велогенераторы оснащены специальными петлями, предохраняющими их попадание в спицы.
• Для переключения требуется физическое усилие. Чтобы привести в действие генератор, необходимо переместить его корпус до соприкосновения с колесом. Втулочные генераторы могут включаться автоматически или с помощью электроники. Для этого не нужно прикладывать усилия.
• Повышенный шум. При эксплуатации слышен шум в виде жужжания, в то время как динамо-втулки не создают шума.
• Износ шины колеса. Для эксплуатации генератора требуется соприкосновение с шиной, в результате происходит трение и износ покрышки. Если сравнить с динамо-втулкой, то там трение с покрышкой отсутствует.
• Сопротивление движению. Бутылочная динамо-машина оказывает значительно больше сопротивление движению велосипеда, чем втулочная модель. Однако при правильной настройке сопротивление незначительное, а в отключенном виде отсутствует.
• Проскальзывание. При сырой дождливой погоде приводной ролик бутылочного генератора будет скользить по шине колеса, что уменьшает выработку электрического тока и снижает яркость света фары и заднего фонаря. Втулочные генераторы не требуют для работы хорошего сцепления с покрышкой, и не зависят от погоды и других неблагоприятных условий.

Динамо-втулка

Втулочная конструкция велогенератора разработана в Англии, а производится различными фирмами во многих странах. Мощность такой конструкции может достигать 3 ватт при напряжении 6 вольт. Технологии их изготовления постоянно совершенствуются, размеры конструкции становятся меньше и мощнее. Современные фары для велосипеда стали излучать более эффективный свет, так как применяются и .

Динамо-втулки при работе не создают шума, но их масса больше, чем у других моделей. Трущиеся части во втулочном варианте устройства отсутствуют. Они функционируют за счет магнита, имеющего множество полюсов, и выполненного в виде кольца. Он находится в корпусе втулки и вращается вокруг неподвижного якоря с катушкой, зафиксированной на оси. Сопротивление вращению такой конструкции очень незначительное.

Динамо-втулки вырабатывают переменный ток. На малых скоростях вырабатывается больше электричества, по сравнению с бутылочной моделью, за счет низкой частоты тока. Существуют схемы выпрямителей для динамо-машины. Они выполнены по простой схеме моста из четырех диодов.

Динамо-машина втулка вырабатывает низкое напряжение, поэтому при применении кремниевых диодов потери составляют значительную величину – 1,4 вольта. С германиевыми диодами потери снижаются, и составляют всего 0,4 вольта.

Принцип работы динамо-машины

Динамо-машина вырабатывает электрический ток с помощью эффекта электромагнитной индукции. Ротор вращается в магнитном поле, в результате чего в обмотке возникает электрический ток. Концы обмотки ротора подключены к коллектору, выполненному в виде колец. Через них с помощью прижимающихся щеток электрический ток поступает в сеть.

Ток в обмотке имеет максимальное значение, если ротор находится перпендикулярно по отношению к магнитным линиям. Чем больше угол поворота обмотки, тем ток меньше. Вращение обмотки в магнитном поле изменяет направление тока за один оборот два раза. Поэтому ток называют переменным.

Подобный генератор для постоянного тока изготавливается на этом же принципе. Разница в некоторых деталях. Концы обмотки соединяют не с кольцами, а с полукольцами, которые изолированы друг от друга. При вращении обмотки щетка контактирует поочередно с каждым полукольцом. Поэтому ток, поступающий на щетки, будет иметь только одно направление и будет постоянным.

Бесконтактный генератор MAGNIC – первая компактная бесконтактная динамо – машина для велосипеда. Новое изобретение, которое может сделать революцию в оснащении велосипеда электрооборудованием. Генератор может вырабатывать электрическую энергию, не прикасаясь к колесу, как классические генераторы.

На рынке есть некоторые модели, которые также вырабатывают электричество не соприкасаясь с колесом, но при этом на колесе должны располагаться магниты. MAGNIC работает без магнитов, причём в полной мере давая светодиодам, являющимися источником света необходимое количество электроэнергии. Крепится к вилке велосипеда, если используется в качестве фары или на задние перья, если используется в качестве габаритных огней. Снимается и устанавливается за несколько секунд.

Принцип работы бесконтактного генератора электричества для велосипеда

Генератор MAGNIC работает со всеми видами металлических сплавов, из которых можно изготовить обода велосипеда (алюминий, сталь, магний). Алюминий и магний как известно не являются магнитными металлами, но они являются токопроводящими.

При движении обода колеса велосипеда, относительно магнита, на границе токопроводящего материала из которого сделан обод возникают вихревые индукционные токи – в данном случае металлической оправе. Эти вихревые токи имеют собственные магнитные поля, которые поглощаются катушкой в MAGNIC.

Таким образом вырабатывается электрическая энергия. Хотя нет никакого трения, магнитное поле вихревых токов всё же имеет минимальный эффект торможения, но он настолько незначительный, что его не принимают в расчёт.

Преимущества бесконтактного генератора электричества

• малый вес;
• быстрая установка и снятие;
• не нужны батареи и аккумуляторы;
• нет шума;
• нет трения;
• нет износа покрышки, как в контактном генераторе;
• работает со всеми металлами, из которых сделан обод, кроме карбоновых
• размер колёс не имеет значения
• отсутствие проводов – всё заключено в одной герметичной коробке;
• может работать в любых погодных условиях (дождь, грязь, снег) – расстояние между ободом и генератором составляет 5 мм.

Наконец-то появилась возможность показать вам видео по теме, которая интересует очень многих пользователей интернета. В этом видеоуроке покажем, как сделать довольно мощный электрический генератор из велосипеда, который будет вырабатывать ток напряжением 12 и 220 вольт. Благодаря этому устройству можно за 1-1,5 часа зарядить аккумулятор и через инвертор запитать от него на несколько часов телевизор или другие электроприборы. Как бонус такой генератор становится хорошим велотренажером, на котором “ехать” приятно, осознавая пользу, которую он приносит. Использовать велогенератор можно на даче, дома при частом выключении света, а в походе он станет великолепным подспорьем для создания почти городского комфорта, если сделать все детали конструкции складными и достаточно мобильными.

Технические характеристики велогенератора. При неспешной “езде” вращением педалей вырабатывается электрический ток 5 Ампер, напряжением 220 Вольт. Ускорение вращения выдает более 10 Ампер; в этом режиме у автора этого устройства сгорел предохранитель.

Для работы понадобится:
– коллекторный мотор на 12 вольт;
– насадка на ось мотора – патрон от дрели;
– бесперебойник или инвертор с 12 на 220;
– диод на 10 ампер: Д214, Д242, Д215, Д232, КД203 и т.д.;
– провода;
– велосипед;
– аккумулятор на 12 вольт (чем выше мощность, тем на дольше хватит его заряда).

Сборка.
Сначала устанавливаем велосипед таким образом, чтобы заднее колесо было подвешено над землей и свободно вращалось. Для закрепления велосипеда в нужном положении автор видеоурока использовал подручные материалы и из досок сделал подставку. На ось мотора он закрепил патрон от дрели и установил мотор так, чтобы при помощи пружины он надежно прижимался к заднему колесу. Соединение оказалось надежным, без проскальзываний.

В данной конструкции мотор выполняет функции генератора, поэтому можно использовать любой коллекторный мотор на 12 вольт. Чем больше мощность мотора, тем больше энергии он выработает. В устройстве, которое выполнил автор, используется вентилятор от автомобиля ВАЗ. Его номинальная мощность 120 Вт.

Для того, чтобы выяснить, сколько по мощности способен этот мотор выработать электроэнергии в режиме генератора, подсоединяем к нему лампочку на 90 ватт и видим, что производительность генератора настолько высока, что лампочка при усилении оборотов двигателя может перегореть.

Для накопления электроэнергии целесообразно использовать аккумулятор. Хорошо подойдет для этой цели автомобильный аккумулятор. Чтобы мотор не стал вращаться от аккумулятора, нужно собрать схему с диодом, который будет перекрывать ток в нужном направлении и предотвратит ненужную разрядку. Анодом диода к плюсу двигателя, катодом к плюсу аккумулятора.

Теперь можно заряжать 12-вольтовый аккумулятор, напряжение с которого можно снимать для аппаратуры с соответствующим напряжением. Но для того, чтобы на выходе генератора напряжение было 220 вольт, поможет бесперебойник от компьютера.

В конструкции бесперебойника есть маленький 12-вольтовый аккумулятор низкой мощности. При отключении тока в сети, преобразователь, который заложен в схему ИБП повышает 12 вольт до 220, давая возможность компьютеру некоторое время работать от него. Для того, чтобы обеспечить работу на длительное время, можно убрать из схемы маломощный аккумулятор и подключить вместо него, как было написано выше, мощный автомобильный аккумулятор.

Теперь простым вращением педалей на можно получить 220 вольт, практически те же самые, которые в обычной сети. Такой генератор способен запитать многие электроприборы в доме. Есть одно но. Если подключать к бесперебойнику нагрузку более 500 ватт, то он начинает греться и быстро разряжается аккумулятор. Поэтому необходимо соизмерять мощность велосипедного генератора и встроенного в него аккумулятора и предполагаемую нагрузку. Вместо бесперебойника можно использовать автомобильный инвертор с 12 вольт на 220 вольт.

При зарядке аккумулятора вращением педалей напряжение на нем будет повышаться. Когда оно достигнет 14,4 Вольт, аккумулятор зарядится. Далее продолжать зарядку нельзя, так как при перезаряде нем начнет выкипать электролит.

В отличие от бензинового генератора, электрогенератор на основе велосипеда не требует ресурсов, которые могут быть в дефиците.

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!

При использовании обычных «динамок» для велосипеда всегда возникает вопрос их долговечности. Ведь в таком устройстве вращается ротор, вследствие чего в подшипниках (или втулках) возникает трение, которое впоследствии разрушает генератор. Также лишняя сила трения приводит к потере энергии, то есть велосипед катиться уже не так далеко и нужно прикладывать больше усилий, чтобы его разогнать.

Выходом из этой ситуации может стать использование бесконтактного генератора. В таком устройстве нет вращающихся деталей, и оно может работать практически вечно. Как правило, роль ротора выполняет само колесо велосипеда, ну а статор крепится к раме или вилке. Стоимость таких генераторов довольно велика, поэтому есть смысл попробовать создать его самому.

Ниже будет рассмотрен простейший способ создания бесконтактного генератора для велосипеда. Но это лишь модель , принцип, который можно брать для создания подобных самоделок .

Материалы и инструменты для самоделки:
- мощный магнит (автор использует неодимовый от жесткого диска);
- три катушки (можно сделать самому);
- задний фонарь тремя светодиодами;
- конденсатор на 4700 нФ;
- передняя фара (с пятью белыми светодиодами);
- двойной переключатель от компьютерного блока питания;
- два винта с гайками и шайбами (для крепления магнита к колесу);
- отвертки и гаечные ключи, паяльник, изолента;
- провода, переключатели и другие мелочи.

Процесс изготовления генератора:

Шаг первый. Установка элементов генератора на велосипед
Все работает по очень простой схеме. К колесу велосипеда с помощью двух винтов и гаек крепится мощный неодимовый магнит от жесткого диска компьютера (Автор использует три магнита, это позволяет убрать вибрации. Можно использовать и больше). Напротив него к вилке велосипеда на минимальном расстоянии размещается катушка, при прохождении возле нее магнита в ней возникает ток. У автора катушки три, одна нужна для работы заднего фонаря, а две для работы переднего. Так как ток получается импульсным, то при езде фонари будут мигать. Чем ближе магнит будет проходить возле катушки, тем больше она сможет выработать энергии.

Катушки можно намотать как самому, так и найти уже готовый, для этих целей подойдут старые реле. В идеале сопротивление катушки должно составлять 100-200 Ом, автор же использует две катушки по 600 Ом и уверяет, что все работает отлично. Чем выше будет сопротивление катушки, тем больше она будет вырабатывать энергии, но при этом снижается КПД из-за потерь в катушке. Желательно придумать для катушек какой-то корпус, либо иначе защитить их от попадания воды и грязи.
Если все сделано верно, то при вращении колеса катушки уже будут вырабатывать импульсное напряжение.

Шаг второй. Подключаем задний фонарь
Передний и задний фонари в системе абсолютно независимые. Задний фонарь питается всего от одной катушке. Для того чтобы немного стабилизировать напряжение, в схеме предусмотрен конденсатор на 4700 нФ. Исходное напряжение здесь составляет 2.2 Вольта. Как именно генерируется напряжение катушками, можно посмотреть на осциллографе.
При полном обороте колеса должно быть три импульса, так как в системе установлено три магнита.

Чтобы подключить фонарь, его нужно разобрать. Из него нужно извлечь батарейки, поскольку они тут более не понадобятся. Вместо батареек в фонарь нужно установить конденсатор. После того как фонарь будет собран, его можно установить на велосипед и затем с помощью двужильного провода подключить к одной из катушек. При вращении колеса задний фонарь должен начать мигать.

Шаг третий. Подключение переднего фонаря
Передняя фара питается от двух катушек, здесь автор установил пять светодиодов белого цвета. Схема устроена таким образом, что при езде передняя фара также будет мигать. Здесь не используется конденсатор, но его можно установить параллельно со светодиодом «3», потому что на него никогда не подается отрицательное напряжение. Таким образом, при езде один светодиод будет постоянно гореть, а три мерцать. Катушки не вырабатывают энергию одновременно, если их подключить последовательно, то одна катушка будет поглощать часть энергии другой, в этой схеме все работает иначе.

Ну а далее все подключается так, как и в случае подключения заднего фонаря. После сборки можно пробовать протестировать систему. Важно понимать, что чем быстрее будет двигаться велосипед, тем больше генератор будет вырабатывать энергии, а это может привести к перегоранию светодиодов. Так что на будущее важно придумать схему, которая будет ограничивать подачу тока на светодиоды.