Fahrrad-Bremsleuchte

Autoren: Sandra Yvonne Hoppe & Florian Brinkmann
Betreuer: Prof. Göbel & Prof. Schneider

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Einleitung

Dieser Artikel beschreibt die Entwicklung eines Bremslichts für ein Fahrrad, sodass rückwärtige Verkehrsteilnehmerinnen und Verkehrsteilnehmer über einen Bremsvorgang der Fahrradfahrerin bzw. des Fahrradfahrers informiert bzw. gewarnt werden können. Das Projekt wird im Rahmen des GET-Fachpraktikums im Studiengang Mechatronik durchgeführt.

Anforderungen

Tabelle 1: Anforderungen an die Fahrrad-Bremsleuchte
ID	Anforderung
1	Allgemein
1.1	Der Fahrradfahrer/die Fahrradfahrerin darf von dem System beim Fahren nicht beeinträchtigt werden, insbesondere beim Tretvorgang darf das System nicht mit dem Fahrer/der Fahrerin kollidieren.
1.2	Das System muss möglichst leicht sein und sollte ein Gewicht von 750 g ±250 g nicht überschreiten.
1.3	Das System muss mit einem einer Batterie (9 V Block) betrieben werden können.
2	Messung und Auswertung
2.1	Es muss die Beschleunigung (in Fahrtrichtung) gemessen werden. Die Genauigkeit des Beschleunigungssensors sollte bei mindestens ± $0.5 \frac{m}{s^2}$ liegen.
2.2	Der Bremsvorgang muss eindeutig erfasst werden. Um einen genauen Verzögerungswert angeben zu können, bei welchem das Bremslicht angeht, wird die Beschleunigung beim Ausrollen und Bremsen experimentell ermittelt.
3	Ausgabe
3.1	Das Bremslicht muss beim Bremsvorgang aufleuchten.
3.2	Andere Verkehrsteilnehmer oder Verkehrsteilnehmerinnen dürfen nicht beeinträchtigt oder abgelenkt werden. Dies gilt insbesondere für blendende oder ständig blinkende Beleuchtung.

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Zum Erkennen eines Bremsvorgangs soll ein Beschleunigungssensor eingesetzt werden. Der Sensor misst die Beschleunigung, die dann vom Mikrocontroller ausgewertet wird. Erkennt der Mikrocontroller einen Bremsvorgang soll das Bremslicht eingeschaltet werden. Das Bremslicht soll mit einer LED-Matrix realisiert werden. Um das System ein- und ausschalten zu können soll zudem ein Schalter eingebaut werden, der in Reihe mit der Spannungsversorgung geschaltet ist. Ein entsprechender funktionaler Systementwurf ist in Abbildung 1 dargestellt. Die einzelnen Komponenten des Systems sollen in einem Gehäuse (siehe Abb. 2) untergebracht werden, welches mittelt 3D-Druck hergestellt werden soll.

Ein Entwurf der Schaltung wurde mit der Software Fritzing erstellt. Dieser ist in Abbildung 3 dargestellt. Zu beachten ist, dass in dem Schaltungsentwurf kein Schalter eingebracht ist. Dieser wird wie oben beschrieben in Reihe mit der Spannungsversorgung (9 V Block) angeschlossen.

Komponentenspezifikation

Beschleunigungssensor GY-521

Um einen Bremsvorgang detektieren zu können, wird die Beschleunigung mit Hilfe eines Beschleunigungssensors gemessen. Der Beschleunigungssensor GY-521 basiert auf dem Modul MPU-6050. Dabei handelt es sich um einen Sensor der neben der Beschleunigung in den drei Raumrichtungen auch als Gyroskop um diese drei Achsen eingesetzt werden kann. Für den Beschleunigungssensor und das Gyroskop können jeweils vier verschiedene Messbereiche eingestellt werden. Diese sind für den Beschleunigungssensor ±2g, ±4g, ±8g und ±16g. Des Weiteren enthält das Modul einen Temperatursensor. Intern werden die Messwerte bereits mit dem integrierten 16-bit Analog-Digital-Wandler digitalisiert, sodass die Messwerte anschließend über die I²C-Schnittstelle ausgelesen werden können. ^[1] Zur Einstellung bzw. zur Konfiguration des Sensors kann der Inhalt der Register des Sensormoduls verändert werden. Beispielsweise kann der Messbereich des Sensors mit Hilfe des 3. und 4. Bits des Registers 0x1C eingestellt werden.^[2] Dazu gibt es eine Beschreibung aller Register in der Register Map.

LED-Matrix

Zur Darstellung des Bremslichts soll eine 8x8 LED-Matrix mit einer MAX7219 Treiberplatine eingesetzt werden. Dieses Modul lässt sich über eine SPI-Schnittstelle ansteuern und ermöglicht so die Steuerung aller 64 LEDs der Matrix. ^[3]

Umsetzung (HW/SW)

Komponententest

Ergebnis

Zusammenfassung

Lessons Learned

Projektunterlagen

Projektplan

Projektdurchführung

YouTube Video

Weblinks

Literatur