Luci bici automatiche solari

Luci_bici_automaticheGirare in bici al buio può essere pericoloso, sia per noi che non vediamo e sia per gli altri che non vedono noi, inoltre non sempre ci ricordiamo di accendere le luci e ci capita spesso di ritrovarci con tonnellate di batterie scariche da cambiare. Vediamo allora come sia possibile costruire un impianto luci automatico solare.

La maggior parte delle bici come le city bike vengono già dotate di fari a batterie, nel mio caso 2AA posteriori e 3AAA anteriori.

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Le luci posteriori sono semplicemente 3 led rossi, ciascuno con la propria resistenza in serie da 40 Ohm, questo porta ad un consumo medio di 2,5V/0,04k=62mA, circa 20mA ciascun led, la tensione dei led rossi è di circa 1,8V quindi su un totale di 2,5V medi, ai led finisce solo il 1,8/2,5= 70% circa mentre il 30% è sprecato sulla resistenza.

Luci_bici_automatiche5Così ho scelto una tensione che andasse bene per tutti i led senza troppe perdite, 4V e ho messo 2 coppie di led in serie, ho usato 4 led identici ad alta luminosità che avevo e li ho fissati con della colla a caldo.

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Le luci anteriori sono 5 led bianchi ad alta luminosità tutti in parallelo, la tensione media è di circa 4V mentre i led richiedono 3,3V, quindi circa 80% sui led, che va già meglio, non ci sono grossi sprechi così ho deciso di rimuovere il microcontrollore ed il pulsante per il lampeggio dei led e di tenerli tutti in parallelo, così come sono, in serie ai led ho messo un diodo BYV95C in modo da avere circa 0,7V di caduta rispetto ai 4V e poi li ho messi in parallelo ai led rossi.

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Mi sono procurato dei pannelli solari per qualche euro su eBay, i pannelli sono policristallini a 12V, circa 1,5W ciascuno, circa 14V a vuoto e 150mA in corto circuito, li ho scelti sia in modo che ci stessero sul portapacchi e sia per avere un po’ di tensione anche con cielo nuvoloso e li ho fissati, in serie a dei diodi 1n4007, con del silicone sul portapacchi.

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Sarà comunque possibile utilizzare il portapacchi.

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Ho usato del cavo telefonico che avevo per fare tutto il cablaggio.

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Per ridurre a 5V e stabilizzare la tensione ho usato un caricabatteria usb da auto, si trovano su eBay per circa 1 Euro, dopo averlo smontato ho ridotto le dimensioni e prelevato il solo circuito abbassatore.

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Avevo una batteria di un cellulare agli ioni di Litio con integrato il suo circuito di protezione, che ho infilato nel faro anteriore insieme al convertitore dc/dc, con un diodo 1n4007 per caricare la batteria, per la sovraccarica ci penserà il circuito di protezione della batteria, mentre per la sottocarica (oltre al circuito di protezione) sotto ai 3,8V le luci si spegneranno e non consumeranno più nulla.

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Mi sono procurato un contatto reed su eBay (10 per circa 1 Euro) ed un mini magnete al Neodimio da un lettore cd non funzionante, e ho fissato il tutto su ruota e sulla forcella con della colla a caldo e fascette.

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A questo punto mi serviva un circuito per accendere e spegnere le luci solo con buio e bici in movimento, è nato così il seguente circuito.

Luci_bici_automaticheIl funzionamento è il seguente, quando la ruota gira, attraverso il sensore reed e la resistenza da 10k si carica il condensatore, una volta carico manterrà il Gate di un pmos basso, che accenderà le luci solo se è buio, infatti in questa situazione le fotoresistenze in parallelo al condensatore saranno quasi un circuito aperto e non lo scaricheranno, diversamente scaricheranno il condensatore e impediranno l’accensione dei led, portando il Gate a livello alto, quando la ruota non gira il contatto reed è aperto e non passa corrente per caricare il condensatore, quindi il mos non conduce e le luci rimangono spente, ho usato un p-mos per mantenere la massa comune con il convertitore di tensione.

Si sarebbe potuto formare semplicemente un partitore con una resistenza e una fotoresistenza e poi collegare il reed ad un condensatore e ad un mosfet, oppure usare un microcontrollore, entrambe le soluzioni, anche con microcontrollore in sleep, avrebbero consumato corrente con bici non in uso.

Ecco le luci finite, praticamente identiche a quelle originali, non si notano cavi o grosse differenze, è tutto nascosto nel contenitore del faro anteriore, sul manubrio ci sono i sensori e 4 cavi, Gate del mosfet, +5V del convertitore, +4V della batteria e massa, non si sa mai per future modifiche e possibilità di ricaricare la batteria in condizioni di emergenza.

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E possibile ritoccare i valori, la resistenza da 500k imposta la soglia minima di accensione dei led e diminuisce il consumo di giorno, aggiungendo fotoresistenze in serie si aumenta la durata delle luci, diminuendo la resistenza da 10k si aumenta la rapidità con cui si carica il condensatore e quindi le luci ma aumenterà anche la corrente consumata in movimento.

La capacità della batteria è di circa 1000mAh il convertitore dovrebbe erogare circa 3W solari quindi 3W/5V=0,6A (600mA), quindi teoricamente in circa 2 ore di sole si dovrebbe ricaricare la batteria, nella realtà un po’ di più, volendo è possibile inserire un presa usb femmina nel cavo da +5V.

Va però detto che all’inizio il condensatore è scarico e ci metterà un po’ di tempo a caricarsi e ad andare a regime di carica e scarica, per accelerare questa operazione basta posizionare il magnete sul contatto reed per qualche secondo, quando non si usa la bici bisogna verificare di non avere il magnete sul sensore oppure si accenderanno le luci, un trucchetto per sapere in che posizione è il magnete è quello di usare un catarinfrangente come riferimento.

Dopo varie prove posso dire che mi trovo bene con 10k e un condensatore da 47uF, il sistema è decisamente più rapido a caricarsi e anche a scaricarsi rispetto a 100uF.

Di giorno e a bici in movimento questo circuito consumerà qualcosa dato dal cortocircuito delle fotoresistenze, ma veramente poco, vediamo quanto, supponiamo il condensatore sempre scarico, 4V/10k=0,4mA supponiamo un uso della bici di 5 ore, sono circa 2mAh, il contatto reed non sarà sempre chiuso ma supponiamo che copra come in una fetta di torta l’1% dell’area dell’intera ruota, allora 2mAhx0,01= 0,02mAh cioè 20uAh (in realtà ancora meno grazie ai 500k), però di giorno il consumo, rispetto alla ricarica dei pannelli solari, è trascurabile, durante il resto del tempo il reed è aperto e il consumo è nullo, eccetto l’autoscarica della batteria, un saluto e alla prossima.

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