DIY Arduino轉(zhuǎn)向信號自行車安全背心

描述

“LightVest”是一款?開源的 Arduino轉(zhuǎn)向信號自行車安全背心，旨在成為一種可穿戴技術(shù)。該產(chǎn)品是一種自行車套裝，旨在增加騎車人的能見度，尤其是在夜間。此外，改善騎自行車者與路上其他駕車者和行人的溝通和意圖。

背景背景：

這是一個有點奇怪的挑戰(zhàn)。我想看看我們?nèi)绾螌㈨椖孔兂山鉀Q現(xiàn)實世界問題的“產(chǎn)品”。自舉500美元的投資。4 周后，介紹 LightVest。

注意：本項目是為您改進(jìn)和開發(fā)而設(shè)計的。隨意貢獻(xiàn)，并探索更多用例。（下面的 GitHub 回購）

現(xiàn)在我們已經(jīng)解決了所有問題，讓我們開始吧！

LightVest 概述

總體而言，LightVest 是一種由微控制器控制的燈帶，可安全地應(yīng)用于可穿戴織物，例如背心。從這一點出發(fā)，我們可以在這個想法的基礎(chǔ)上，使其防風(fēng)雨、輕便、便攜，甚至可以與其他設(shè)備通信。

特征

• 輕便的防風(fēng)雨 LED 背心（帶有 IP67 級 LED）
• 轉(zhuǎn)向信號燈– 完全可編程的 RGB LED
• 用于控制燈光的無線遙控器（帶有四個完全可定制的按鈕）
• ?連接到您的自行車的自行車支架
• 開/關(guān)開關(guān)按鈕
• Go Hand's Free 使用內(nèi)置加速度計- 控制來自自行車把手的轉(zhuǎn)向信號。
• SmartMode –?通過電話發(fā)送數(shù)據(jù)并跟蹤您的旅程

LightVest 包括：

• 背面的菱形指示器
• 肩部前燈條

下表解釋了每個 LED 段的功能：

詳細(xì)來說，Bike Remote 和 LED Bike Vest 有兩個 Arduino（微控制器），它們通過藍(lán)牙相互通信。

LED背心的工作原理是使用Arduino根據(jù)用戶的動作控制一組LED燈條（WS2812B）。Arduino 還可以通過 LED 燈條控制可單獨尋址的 RGB LED。

自行車遙控器有四個可定制的按鈕。當(dāng)按下按鈕時，會向 LightVest 的 Arduino 發(fā)送一個值，根據(jù)接收到的特定值觸發(fā) LED 燈條/WS2812B 以特定方式點亮。

示例 #1：

動作：當(dāng)您按下遙控器的右按鈕時

通信：值“R”（代表 Right 通過藍(lán)牙發(fā)送到 LED Vest 微控制器）

結(jié)果：LED 燈條將點亮 LED 燈條的右箭頭。

但您可能也想知道，“這意味著您每次需要轉(zhuǎn)彎時都需要按下遙控器……如果我騎自行車怎么辦？！”

這就是陀螺儀（MPU6050）發(fā)揮作用的地方。使用 MPU6050 的相對位置/方向，我們可以確定自行車是左轉(zhuǎn)還是右轉(zhuǎn)。因此，基于上述相同的原理，我們可以將遙控器安裝到自行車把手上并做同樣的事情。

示例 #2

行動：當(dāng)您向右轉(zhuǎn)動車把時。

微控制器：陀螺儀檢測向右方向的相對變化。值“R”（代表右）通過藍(lán)牙發(fā)送到 LED Vest 微控制器。

結(jié)果：LED 燈條將點亮 LED 燈條的右箭頭。

您可以通過查看由人類手勢控制的機械臂來了解更多關(guān)于加速度計如何工作的信息，這將在這方面進(jìn)行更詳細(xì)的介紹。

零件清單側(cè)重于 Prototype 的面包板實現(xiàn)，這是開發(fā)/實驗背心的理想選擇。有關(guān)零件清單的更多詳細(xì)信息，請訪問Building Lightvest 原創(chuàng)文章。

工作原理 - WS2812B LED 燈條。

仔細(xì)看，WS2812B LED 燈條由 5050 個 RGB LED 燈組成，集成了一個更小的 WS2812B LED 驅(qū)動器。

由于它由 RGB 燈組成，我們可以控制 RGB（紅、綠、藍(lán)）十六進(jìn)制值的強度，以提供我們喜歡的顏色色調(diào)以及要點亮的單個 LED。

令人興奮的部分是我們可以只用數(shù)據(jù)線上的一個 Arduino 引腳來控制整個條帶。此外，當(dāng)前 LED 的數(shù)據(jù)輸出焊盤連接到下一個 LED 的輸入焊盤。

注意：具有諷刺意味的是（盡管很漂亮），所有 LED 都依賴于一條線（5V、DATA、GND）。單個 LED 的任何破損/問題都會影響 LED 的其余部分。

LED線路的分類：

• 5V
• 數(shù)據(jù)（迪）
• 接地

每個 LED 在全亮度下消耗 ~ 20mA。鑒于此 LightVest 有多達(dá) 90 個 LED。我們需要在 5V 電壓下運行約 2000maH。

對于較少數(shù)量的 LED，Arduino 5V 可以處理這個問題。

對于此實施，我們使用 5V、22000maH RC 電池作為外部電源。

下圖顯示了 Arduino 設(shè)置和 LED 燈條，以生成如下所示的彩虹 LED 燈條。

注意：在 LED 和燈帶之間使用了一個 330 歐姆的電阻器，以減少該線路上的噪聲，以避免顏色出現(xiàn)故障。

此外，5V 和 GND（接地）之間的 100uF 以平滑電源。

筆記：

• LED燈條是IP67防水保護(hù)的LED燈條，可以承受很好的暴雨。但是，請勿嘗試浸入水中。
• 雖然 WS2812B/LED 燈帶非常靈活，但請避免反復(fù)彎曲燈帶，這可能會導(dǎo)致連接松動/斷裂。

您可以在下面的示例中找到 LED 燈條 Neo-Pixel 的代碼。有關(guān) LED 燈條的更多上下文和其他用途，請訪問帶有轉(zhuǎn)向信號指示燈的電動滑板。

切割 WS2812B LED 燈條

這個 LED 燈條需要以某種方式連接到可穿戴的衣服上。然而，LED 燈條和電子設(shè)備需要以某種方式拆卸以進(jìn)行清洗。防水且足夠小，可以將電子設(shè)備安全地放入背心。

幸運的是，這些是靈活的 LED 燈條，可以切割成任何長度并重新連接成任何形狀。請記住，重新連接 LED 燈條的主要方法有兩種：

• 焊接
• 使用夾式連接器

無論哪種方式都很好。然而，對于這個版本，夾子連接器用于重新連接 LED 燈條，因為它是一種更清潔的解決方案，只需簡單的夾子即可。

LightVest – 面包板實現(xiàn)：

LightVest 包括：

• LED 自行車背心 – LED 燈條，我是 Arduino
• 自行車套裝遙控器 - 通過藍(lán)牙控制 LED 燈條

下圖顯示了面包板的實現(xiàn)。

完成所有設(shè)置后，當(dāng)您按下四個按鈕之一（每個按鈕代表一個方向）時，遙控器代碼將用作具有四個按鈕的無線遙控器。

自行車背心遙控器

對應(yīng)的 LED 燈會亮起，表示按鍵已成功按下。結(jié)果，將使用 HC05 藍(lán)牙模塊通過藍(lán)牙將值從遠(yuǎn)程 Arduino 發(fā)送到 Bike Vest Arduino。

自行車背心套裝 - 代碼概述

LED Vest 接收遠(yuǎn)程發(fā)送的值。根據(jù)提供的值：

L - 左

D – 向下

U - 向上

R – 右

LightVest 遠(yuǎn)程 Arduino 將調(diào)用與接收到的值相關(guān)的函數(shù)。例如值 'L' 調(diào)用 stripLeft(); 功能

電池，安全

當(dāng)談到 LightVest 時，牢記安全很重要。因此，電池需要足夠小以適合自行車背心，并且足夠耐用以承受劇烈跌落和外部撞擊。

Li-Po 是最初的選擇。它小巧緊湊。但它落下的地方是它沒有太多的保護(hù)，如果它被損壞或刺破，可能會成為一個問題。

作為替代方案，Lion RC 電池組被用作次佳替代方案。它堅固耐用，可以承受更惡劣的條件。我們必須妥協(xié)的唯一因素是尺寸。因此，LED 遙控器和 Suit 電子設(shè)備的占用空間會稍大一些。

但是，為了保持一定的安全水平，這是值得的。如果您還有其他選擇，請在評論中留下。

設(shè)計 – 背心組裝

LightVest 是完全可定制的，可以應(yīng)用于選擇的可穿戴設(shè)備。

注意：請記住隱藏任何明線并使用防風(fēng)雨材料，例如 IP67 防風(fēng)雨涂層 LED 燈條。在您對背心的耐候性完全滿意之前，請避免在雨天使用這款 LightVest。

您可以使用 3D 打印外殼保護(hù)電路，并用塑料套管覆蓋裸露的 L 型連接器，使其免受“菱形”指示器的影響。

LED燈條是如何可拆卸的？

對于這個初始原型，我們的目標(biāo)是讓燈帶易于拆卸，以便清潔衣物。考慮到這一點，通過反復(fù)試驗——最好的方法是使用 Velcro 緊固件將條帶固定到位。

4 個放置的 Velcro 緊固件可以環(huán)繞 LED 指示燈以將指示燈固定到位。

3D 打印和縮小外形

如果您希望 3D 打印相同的外殼，您可以在下面找到指向 .STL 文件的鏈接：

PCB設(shè)計

PCB 旨在最終確定我們對面包板實施的了解并保持所有部件就位。如果您想創(chuàng)建自己的，可以在此處獲取 Light Vest PCB 的原理圖。（Fritzing & Eagle CAD 文件）。

使用 JLCPCB 構(gòu)建您自己的 PCB：https ://jlcpcb.com/DEK

代碼

下面的代碼概述了 LightVest 如何工作的基本功能，以及如何對 LED 燈條進(jìn)行編程。以及與遙控器通信：

LED 套裝

#include 
#ifdef __AVR__
#include  // Required for 16 MHz Adafruit Trinket
#endif
#define LED_BACK    5
#define LED_LEFT    4
#define LED_RIGHT   6
// How many NeoPixels are attached to the Arduino?
#define LED_COUNT 52 // Define the number of LEDs in the strip
char state = 0; // Changes value from ASCII to char
int light_delay = 50; //How long to keep the LED on for (ms)

將 NeoPixel 條帶聲明為對象

// Declare our NeoPixel strip_back object:
Adafruit_NeoPixel strip_back(LED_COUNT, LED_BACK, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
Adafruit_NeoPixel strip_left(LED_COUNT, LED_LEFT, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
Adafruit_NeoPixel strip_right(LED_COUNT, LED_RIGHT, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

初始化 NeoPixels 并設(shè)置 LED 燈條的亮度。將串口設(shè)置為波特率 9600 以啟動藍(lán)牙通信

void setup() {
// These lines are specifically to support the Adafruit Trinket 5V 16 MHz.
// Any other board, you can remove this part (but no harm leaving it):
#if defined(__AVR_ATtiny85__) && (F_CPU == 16000000)
clock_prescale_set(clock_div_1);
#endif
// END of Trinket-specific code.
strip_back.begin();           // INITIALIZE NeoPixel strip_back object (REQUIRED)
strip_back.show();            // Turn OFF all pixels ASAP
strip_back.setBrightness(150); // Set BRIGHTNESS to about 1/5 (max = 255)
strip_left.begin();           // INITIALIZE NeoPixel strip_back object (REQUIRED)
strip_left.show();            // Turn OFF all pixels ASAP
strip_left.setBrightness(150); // Set BRIGHTNESS to about 1/5 (max = 255)
strip_right.begin();           // INITIALIZE NeoPixel strip_back object (REQUIRED)
strip_right.show();            // Turn OFF all pixels ASAP
strip_right.setBrightness(150); // Set BRIGHTNESS to about 1/5 (max = 255)
Serial.begin(9600);
delay(1000);
}

與機械臂實現(xiàn)類似，在循環(huán)部分，我們不斷評估是否有任何新數(shù)據(jù)來自遙控器的藍(lán)牙。如果為真，我們將傳入變量存儲在“狀態(tài)變量”中。根據(jù)發(fā)送的值，這將觸發(fā) LED 燈條以指示左、右、剎車或危險燈。

// loop() function -- runs repeatedly
void loop() {
if (Serial.available() > 0) { // Checks whether data is comming from the serial port
state = Serial.read(); // Reads the data from the serial port
Serial.print(state); // Prints out the value sent
//Indcate Left
if (state == 'L') {
leftBlink();
delay(light_delay);
}
//Indicate Right
if (state == 'R') {
rightBlink();
delay(light_delay);
}
}
}

資源

訪問 Git 上的完整存儲庫以訪問以下內(nèi)容：

代碼

• LightVest – 自行車遙控器
• LightVest – 背心

鏈接到原理圖

• LightVest – 自行車遙控器
• LightVest – 背心

圖表（Fritzing）

• LightVest – 自行車遙控器
• LightVest – 背心

Git 回購

• 帶有所有鏈接的回購

輕便背心鏈接：lightvest.io

結(jié)論

文章寫到此結(jié)束。如果您想了解 LightVest 是如何啟動的，包括挑戰(zhàn)和業(yè)務(wù)重心。這是LightVest 創(chuàng)業(yè)文章（從商業(yè)角度來看）。

LightVest 的目的是成為一個可以構(gòu)建和創(chuàng)新的開源項目。您看到的當(dāng)前版本是 V1.0。雖然，它本身很實用。仍有相當(dāng)大的空間可以改進(jìn)。

如：

• 占用空間更小的遙控器
• 可穿戴技術(shù)占用空間更小
• 移除 LED 燈條的新設(shè)計
• 燈光指示功能
• 添加很酷的新功能

如果您想構(gòu)建自己的，或貢獻(xiàn)更多功能，請隨時在此 repo 上構(gòu)建。我們可以進(jìn)一步優(yōu)化什么會很有趣！

最后，支持我在 Patreon 上的未來項目。