Batterieloser Fahrradcomputer für Nabendynamo⚓
Problem: Wer kennt nicht die Macken mit gängigen Fahrradcomputern?
- Schluckt seltsame Batterien, die praktisch immer leer sind,
- Benötigt gesonderten Geber,
- Vergisst Radumfang und Uhrzeit,
- Anzeige besonders für Lesebrillen-Benutzer viel zu klein,
- unwichtige Schnickschnack-Funktionen, etwa Meilen statt Kilometer,
- untauglich für Nachtfahrt.
Im Prinzip Elektronikschrott in Blisterverpackung. Erstaunlicherweise ist noch nicht mal ein einfacher Tacho für das Nabendynamo erfunden!
Folgende Anzeigen sind wirklich wichtig:
- Geschwindigkeit 14.2 km/h (automatisch beim Losfahren),
- Tageskilometer 112.4 km (automatisches Rücksetzen nach 6 h Stillstand; für Messzwecke mit Gleitkomma für kurze Strecken, bspw. 42.20 km, automatisch beim Anhalten),
- Uhrzeit 12.55 (Doppelpunkt wenn verfügbar, Punkt blinkend).
Und das ist nice-to-have und mit dem Luftdrucksensor schwieriger zu realisieren:
- Tages-Durchschnittsgeschwindigkeit 14.2- km/h,
- Barometrische Höhe 350. m,
- Tages-Höhenmeter, hoch ~~~~. 1243. m, runter ____. 1240. m wechselnd,
- Gesamtkilometer, 0539 km, simples Rollover nach 10.000 km,
- Temperatur, 18 C, ganze Grad genügen,
- Zwei übereinander angeordnete Anzeigen,
- USB-Buchse zum Nachladen eines GPS-Navigators.
Für das große(!) und temperaturunempfindliche(!) Display (mindestens 13 mm Ziffernhöhe) kommen nur 2 Lösungen in Betracht:
- Vierstellige LC-Anzeige mit einer Backplane (erfordert viele Ausgangspins) und Hintergrundbeleuchtung.
- LED-Anzeige mit Helligkeitsregelung nach Umgebungslicht. Bei extremen Lichtverhältnissen wird man die Anzeige dennoch mit der Hand geeignet abschatten müssen.
Vergessen kann man vorgefertigte LC-Matrixanzeigen. Es wäre dümmlich, auch noch eine Kontrastspannung einstellen zu müssen.
Für die Uhr wird netterweise doch eine Stützbatterie, ein Superkondensator oder eine (typisch chinesische) I²C-Echtzeituhr benötigt. Ein DCF77-Empfänger erscheint Overkill, zumal eine bei 8.00 startende Uhr nach der Winterpause zu verkraften ist. Für die Erfassung der Zeitspanne zum automatischen Rücksetzen des Tageskilometerzählers nach 6 h wird entweder die Stützbatterie herangezogen oder die Echtzeituhr in Verbindung mit im EEPROM gespeicherter Auszeit benötigt. Ein Kneipenbesuch von 1-2 h sollte den Zähler noch nicht rücksetzen.
Allzuviele Tasten verwirren nur.
Während der Fahrt muss man nur laufende Angaben im Blick haben:
Geschwindigkeit, Uhrzeit, Tageskilometer und Höhe.
Dafür genügt eine Taste.
Bei Stillstand braucht man etwas mehr:
Uhrzeit, Tageskilometer, Höhe;
Tagesleistungen: Durchschnittsgeschwindigkeit, Höhe+, Höhe–;
Gesamtkilometer, Temperatur.
Eine weitere Taste für die Tagesleistungen erscheint sinnvoll.
Mit den 2 Tasten sollte man die Tagesleistungen rücksetzen und die Uhr stellen können. Beides nur bei Stillstand. Sowie (Radumfang ÷ Impulse pro Umdrehung) eingeben. Notfalls den Gesamtkilometerzähler rücksetzen. Das wäre alles.
Ich tendiere zu einer Lösung mit:
- Mikrocontroller mit 32-KHz-Uhrenquarz als Taktquelle (PICs sind IMHO etwas Strom sparender als ATtinys), keine externe Echtzeituhr (ist ja unsportlich), steckbar zum Nachprogrammieren,
- Eine LC-Anzeige mit 4× 74HC164 zum Ansteuern, dazu gebastelte Hintergrundbeleuchtung,
- Superkondensator als Stütze (Auslegung: 1 Monat), Versorgungsspannungs-Detektor (an einem Pin des Mikrocontrollers),
- 3 Tasten, das Ganze in einem 3D-gedruckten Gehäuse, regenwasserdicht durch ein Plexiglas-Dach, Tasten an der Kante.
Noch keine Idee für den Luftdrucksensor. Noch keine Idee für die USB-Buchse.
Neu : Nun steht ein uneingespeichtes Nabendynamo zur Verfügung, welches mit 3D-Druckteilen zum experimentellen Antrieb durch einen „akkulosen Akkuschrauber“ präpariert wurde. Damit ist an einer Laborstromversorgung eine Drehzahlvorgabe möglich. (Der PWM-modulierende Abzug des Akkuschraubers muss dazu mit Draht festgebunden werden.)
Von den 3D-Modellen ist wohl der Stecker am interessantesten
zur Nachnutzung, weil er gerne mal verloren geht, wie auch hier.
(Im entsprechenden Bild Taste 1 drücken
zum Download der STL-Datei.)
Am Antriebstrichter sichert eine lange durchgehende M2,5-Schraube
den Antriebs-Sechskant vor Abscheren an den delaminierungs-empfindlichen
3D-Drucklagen.
Folgende Zahlen sind bereits bekannt oder a priori festgelegt:
- „Magnetische Rastungen“ des Dynamos pro Umlauf: 28. Macht 14 Hz bei 1 U/s.
- Induktivität: 22 mH an den Raststellen, 56 mH dazwischen
- Anvisierter Radumfang: 2100 mm (26 Zoll).
- Mindestgeschwindigkeit des Radfahrers zur Stromerzeugung: 10 km/h.
- Das ergibt eine Drehzahl von 1,3 U/s und eine Frequenz von 18 Hz.