Fiets computer systeem
Een van mijn grootste hobby's iets fietsen. In de zomer vakantie 2 weken fietsen, op mijn Koga Miyata Traveller 2002, in Italië of Frankrijk is al jaren de vakantie besteding.
Omdat de andere hobby de elektronica is, zal het u niet verbazen dat deze twee gecombineerd zijn. De fiets computer houd de snelheid, afstand en gemiddelde snelheid bij, maar ook temperatuur, vochtigheid, trapsnelheid, klim percentage etc.
Om de computer van spanning te voorzien gebruik ik 2 LiPo accu's van 3200mAh in serie. Deze worden geladen door de naafdynamo en zonnecellen op de bagage drager. Eventueel kunnen ze ook door een externe spanningsbron b.v. een adapter worden geladen. De accu's zorgen ook voor de verlichting en de voeding van de GPS. Eventueel is met een 12V aansluiting ook nog een apparaat, die werkt op een 12V autoaansluiting, aan te sluiten. Dat wil wel zeggen dat het vermogen niet te hoog mag zijn, want bij 25W is de accu na een uur ook geheel leeg. Voor het opladen van een telefoon of MP3 speler is het prima te gebruiken.
De zonnecellen type CSM9040 leveren per stuk 3,9V/90mA. Hiervan heb ik er 4 in serie staan en daarvan 2 parallel. In totaal 8 stuks achter op de bagagedrager. Tijdens fietstochten is bijna alles wel in tassen te stoppen, zodat de bagagedrager vrij blijft. Deze bevindt zich dan op de meest gunstige positie in de zon. In de volle zon bedraagt de laad stroom ca 150mA voor de LiPo accu's. Genoeg om het hele circuit van stroom te voorzien, maar het betekent wel ruim 20 uur in de volle zon laden om de accu's vol te laden. Zelfs in de zonnige Zuid-Europese landen zijn hier meerdere dagen voor nodig. De cellen zijn afgedekt met een lexaan afdekplaat en afgekit, om beschadiging te voorkomen.
Een andere manier van laden is de fiets naafdynamo. Dit is van het type Shimano HB-NX30 en zou 6V-3W moeten kunnen leveren volgens de specificaties. Echt veel informatie is over deze dynamo niet bekend, zodat ik zelf heb moeten meten wat de dynamo levert. Ik heb gemeten dat de dynamo 14 polen heeft en een pulserende gelijkstroom levert. De spanning van 6V is alleen bij belasting van b.v. een gloeilampje, als deze niet belast is loopt de spanning al gauw tot zo'n 20V op. Toch belangrijk om hier rekening mee te houden, vandaar dat ik een 12V stabilisator heb opgenomen in het schema, zodat de uitgangsspanning nooit hoger kan worden dan 12V. Ik gebruik hier de L4940V12 voor, een low-drop stabilisator.
Als er genoeg vermogen voorhanden is uit de zonnecellen of dynamo, zal het uitgangscircuit daar door gevoed worden en eventueel de accu's geladen. Als er geen vermogen is, zal de accu aangesproken worden om de energie te leveren. De 2 LiPo accu's leveren maximaal een spanning van 8,4V bij volledig geladen accu's. Het liefst lever ik aan de uitgang een stabiele 12V en daarom bevindt zich als laatste een 12V boost converter. Deze converter van het type LT1070 is zowel software matig als hardware matig uit te schakelen.
Lipo accu circuit.
Het accu pakket bestaat bij mij uit 2 accu's van 3,7V - 3200mAh in serie geschakeld, in totaal 7,4V nominale spanning. Deze worden geladen met een LTC1731 van Linear Technology. Een bijzonder handig laad IC met slechts weinig externe componenten. De laadstroom is instelbaar, daarbij houd het IC de maximale stroom, tijdsduur en zorgt voor een precharge bij lage accu spanning.
Het hele laad proces wordt hierdoor prima in de gaten gehouden en dat is voor Lithium accu's (Lipo of Li-ion) geen overbodige luxe. Deze accu's zijn erg gevoelig voor verkeerd laden en kunnen zelfs exploderen bij verkeerd gebruik. Dat betekend ook dat de accu's bij het ontladen in de gaten gehouden moeten worden. Zo mag de spanning niet onder de 2,7V per cel komen en de uitgangstroom mag niet te hoog worden (Overigens kunnen Lipo accu's tot soms 10C = 10x de capaciteit aan stroom leveren. In ons geval zo'n 32A !!) Ook met het laden, als de cellen wat in onbelans raken, zal een van de accu's eerder zijn absoluut maximale spanning van 4,2V halen. Het laden moet dan stoppen om schade aan de accu's te voorkomen.
Het geheel wordt dan ook continu in de gaten gehouden door een microcontroller. Ik gebruik hiervoor een AVR controller van Atmel (ATmega644). Deze processor kan ruimschoots aan de behoefte voldoen. De microcomputer bevind zich in de metalen bak onder de bagage drager evenals de accu's. Als uitvoer gebruik ik grafisch display EA-DOGM128 wit reflectief met daaronder een meerkleurig display verlichting. Het fijne van dit display is dat deze aangestuurd kan worden door de SPI protocol en genoegen neemt met een voedingsspanning van 3,3V. Hierdoor kan het aantal draden van achter naar voren beperkt blijven. Een paar stuur lijnen ( verlichting en reset) worden door een PCF8574 (I2C input/ouput) aangestuurd.
Om de microcomputer te kunnen bedienen en zo door de diverse menu's te kunnen stappen, wordt gebruik gemaakt van 2 druk schakelaars (S1 en S2) resp. links en rechts aan de stuureinden.