Blog

Waarom ook jij een VeloPuter wilt

Gastbijdrage door: Maarten Sneep

Goed, je hebt een mooie velomobiel, met functionerende elektronica erin. Koplampen, achterlicht, remlicht, richtingaanwijzers en een toeter. Wellicht alarmlichten, een mistlicht en de mogelijkheid om je koplampen te dimmen. Dan nog zeg ik dat je een VeloPuter wilt. Ik zal hier uitleggen waarom. Een deel van die redenen heeft trouwens weinig te maken met het dagelijks gebruik, maar veel meer met hoe makkelijk het is om de boel te repareren als het misgaat. Maar nu loop ik voor de muziek uit.

In juli kwam mijn DF en na 7 jaar, 56.000 km trouwe dienst heeft mijn Quest sindsdien weinig kilometers meer gemaakt. Zelfs toen ik nog geen keuze had gemaakt voor een specifieke model velomobiel, hield ik het VeloPuter project al in de gaten. Ik heb met mijn Quest meerdere keren pech met de elektronica gehad, variërend van draadbreuk in de accu tot doorgeroeste pootjes van de led van het achterlicht en “vage storingen”. Ja, het is mogelijk om een led bij de achterlichten te vervangen zonder te top van de fiets te halen. Nadat ik het trucje bij velomobiel.nl had afgekeken is het me zelf ook gelukt. Mijn conclusie is wel dat de elektrische installatie in velomobielen beter kan. Gelukkig heeft Rode Pioneer dezelfde conclusie getrokken.

De VeloPuter is een centraal punt voor alle elektronica in je fiets. Alle elektronica samen kan best veel zijn. Denk aan de verlichting, dus dimbare koplampen met meerdere standen en een achterlicht met meer intensiteitsniveaus. De richtingaanwijzers hebben een automatische stand. Je kunt de schakelaar vastzetten, en dan blijf je knipperen. Maar je kunt de schakelaar ook meteen weer in het midden zetten en dat knipper je nog even door tot (standaard) vijf keer knipperen. En uiteraard alarmlichten. Met de VeloPuter zit alle bediening op het stuur, je hoeft je handen nooit van het stuur te halen. Het mooie is dat de schakelaars op het stuur alleen opdrachten geven aan de VeloPuter, de echte stroom naar de leds wordt op de VeloPuter geschakeld. Wat de VeloPuter doet als je een knop indrukt wordt geheel door de software bepaald. Dat zijn niet alleen de zichtbare functies die ik hierboven noemde, maar ook batterijbewaking en een beveiliging tegen vergeten koplampen.

Waar bij de standaard elektra in de fietsen van velomobiel.nl en intercitybike de regelaars door de hele fiets verspreid zitten, zitten alle regelaars met de VeloPuter centraal in de fiets, en gaan er alleen “domme” draden naar de leds in de fiets. Dit elimineert veel verbindingen op lastig te bereiken plaatsen.

LED aansturing (achterlichten).

Inbouwen in een Intercitybike DF

Rode Pioneer heeft eerst zijn eigen fietsen (en die van zijn vriendin) als proefkonijn gebruikt. Dat wil zeggen dat hij ervaring heeft met een QuestXS, een Strada en een QuattroVelo. Dat zijn allemaal fietsen van velomobiel.nl. Mijn fiets is een DF van intercitybike, en waar de fietsen van velomobiel.nl sterk op elkaar lijken, zeker voor wat betreft het elektrisch systeem, betreden we met de DF voor een deel onbekend gebied. Net voor levering meldt Ymte me trots dat ze de elektra nog een keer goed bekeken hebben, en dat nu echt de laatste sporen van de Quest elektra uit de fiets gehaald zijn. Nu is de ervaring met eerdere fietsen dat het eenvoudiger is om alles uit de fiets te trekken, en dan opnieuw te beginnen. Dat is ook voor de DF het plan van aanpak.

Het kapje waarop de achterlichten gemonteerd zijn blijkt hier een heel praktische aanpassing. Omdat ik de elektronica wilde aanpassen, is het kapje nog niet vastgelijmd, maar alleen vastgeplakt met wat tape. Omdat we de bedrading toch opnieuw aanleggen is loshalen heel makkelijk: knip. Rode Pioneer kan nu de nieuwe leds installeren op het kapje, terwijl ik de oude bedrading weghaal. Aan een werktafel is het makkelijker installeren dan direct in de fiets. Helaas hebben we het niet zo gemakkelijk als we later de knipperlichten voorin aanpassen. De nieuwe kabels hebben meer aders in één omhulling, om de bedrading zo eenvoudig mogelijk te houden. Bovendien is de bedrading zo goed geïsoleerd tegen vocht, terwijl de kabelbundel als geheel veilig en robuust ingepakt is.

Nieuwe LED achterlichten.

Binnenkant van het kapje achterop met nieuwe LED's en koelers.

De nieuwe leds voor het achter- en remlicht zijn wat zwaarder dan de oude. Het remlicht is het maximum dat er uit deze leds kan komen: vier leds maal drie Watt. Als je verblind wordt was je aan het bumperkleven. Het probleem is dat het remlicht ook overdag met volle zon goed zichtbaar moet zijn. Dat kan in het donker een hoeveelheid zijn die niet echt prettig is. Het zij zo. Overigens zet de VeloPuter altijd het achterlicht aan, uit kan niet. Je kunt wel kiezen uit drie niveaus, het remlicht is altijd veel helderder.

Aanpassen koplampen

Rode Pioneer heeft al eerder geschreven over de regelaar in de koplamp die in de DF gebruikt wordt. De modificatie om de lamp efficiënter te maken wil ik ook wel. Dat bestaat uit de volgende stappen:

  1. Openen van de lamp en het wegwerken van de oude aansluitdraden.
  2. Het losmaken van de aansluiting van de LED aan de oude regelaar.
  3. Het aansluiten van de nieuwe draden en testen dat de draden goed zitten.
    Nieuwe draden, direct verbonden met de VeloPuter.

Kleine vergelijking

In de onderstaande afbeeldingen zie je de drie standen van de VeloPuter regelaar in vergelijking met de standaard Busch+Müller regelaar. De belichting van de drie standen is identiek, boven de VeloPuter, onder de standaard regelaar.
Lage stand (boven), ongemodificeerd (onder).

Dim-stand (boven), ongemodificeerd (onder).

Groot licht (boven), ongemodificeerd (onder).

Na een paar maanden gebruik (oktober & december) ben ik tevreden met de settings. Wellicht dat ik de middenstand nog iets hoger zet, maar dat zal niet veel zijn. Dat is bovendien zo geregeld in de software.

De neus

Waar de achterkant zo geregeld is, is de voorkant heel wat lastiger. Hiervoor moet de fiets op de (operatie) tafel, en wringt Rode Pioneer zich in bochten uit de categorie “mijn rug begint plaatsvervangend te protesteren”. Allereerst moeten de regelaars van de knipperlichten weggehaald worden. De draden die dan overblijven zijn kort, en dat maakt het lastig om de nieuwe kabel er goed aan te verbinden. Tot slot moet alles vastgezet worden. Ook dat is soms lastig, de zwaartekracht werkt vaak tegen.

mcs-20171227-0012

De VeloPuter heeft (nog) geen voorziening voor een toeter, maar op de DF is dat wel de makkelijkste manier om lawaai te maken. De toeter wordt daarom nog op de oude manier aangesloten, in de bovenstaande foto is de rood-zwarte draad nog net te zien. Consequentie is wel dat de toeter nu 13 Volt krijgt in plaats van de 7,4 Volt in de oude situatie. De toeter overleeft dat wel, maar oordopjes zijn nu extra fijn. Om het lawaai in de fiets te beperken maak ik een stuk schuimrubber vast aan de binnenkant.

Parallel aan het plakken van kabels in de fiets pakt Rode Pioneer de VeloPuter aan: hij bewerkt de Arduino’s, maakt alle stekkers aan de kabels, en knoopt zo nog wat losse eindjes aan elkaar.

mcs-20171227-0018

De accu stoppen we op een beugel achter de zitting. Met een strip dubbelzijdig klittenband zit de accu goed vast. Uiteraard maken we verbinding met de rest van de fiets met HXT 4mm stekkers.

“Klaar”

De VeloPuter zit onder het kapje waar ook de standaard elektra zit. Uiteraard is dit een nieuw kapje, in de oude zitten gaten voor de schakelaars die nu op het stuur zitten. Aan de buitenkant is alleen een schermpje te zien. De VeloPuter is vrij groot, en de hoofdschakelaar paste er niet mee bij, die zit nu op de linker veerpoot. Ook de toeter wordt met deze schakelaar aan- en uitgezet.
mcs-20171227-0014

Op het stuur zitten alle knoppen (behalve de hoofdschakelaar). Linksvoor de richtingaanwijzers, rechtsvoor de meer- of minder licht knop, links achter de instellingen en de alarm lichten, en rechtsachter de toeter. Op advies van Rode Pioneer heb ik nu overigens (ook) een afstandsbediening voor de GPS op m’n stuur. Als dat kan: aanrader.

mcs-20171227-0017

Volgende keer anders

De VeloPuter zit nu onder het kapje waar ook het scherm in zit.

Dat blijkt niet de handigste plaats. De DF heeft al een centraal knooppunt voor de elektra, net achter het stuur. Voor het scherm heb je maar vier draden nodig, daar kan je ook een telefoonsnoer voor gebruiken. Door de veloputer zelf in een doosje achter het stuur te stoppen heb je minder kabel nodig en dat is makkelijker bij het installeren. Of dit ook met de fietsen van velomobiel.nl kan weet ik niet, maar het is interessant om dit te bekijken.

mcs-20171227-0019

En verder?

Het zou heel fijn zijn als de juiste bekabeling al in Roemenië geïnstalleerd kan worden, dat maakt de installatie nog eenvoudiger. En tijdens het installeren kom je er ook achter waarom dat een goed idee zou zijn. Op het moment dat je alleen “domme” draden in je fiets hebt liggen, die uitsluitend in de VeloPuter bij elkaar komen, dan worden alle reparaties makkelijker. Als het misgaat, dan zit het probleem of in de VeloPuter (zo te vervangen) of in de draad of in de LED. Helemaal aan het uiteinde kan je de LED betrekkelijk makkelijk vervangen. Een regelaar achterin (of voorin) je fiets is meteen veel lastiger te bereiken. De draad vervangen is lastig, maar een breuk in zo’n draad is gelukkig zeldzaam. Het lijkt verstandig om bij het ontwerp al rekening te houden met de onvermijdelijke reparaties later. Ik denk dat het goed zou zijn als de velomobiel fabrikanten voor de VeloPuter zouden kiezen, maar ook binnen het bestaande ontwerp zijn verbeteringen mogelijk, door lastig te vervangen onderdelen dichterbij de centrale te brengen.

Aan mijn fiets moet nog wat gesleuteld worden, in software wel te verstaan. De batterijbeveiliging werkt nog niet. Ik heb gekozen voor een LiFePO₄ accu, en de spanningscurve is anders dan die van een LiPO accu. Dat is niet erg, maar op dit moment vraagt dat wat aandacht, vooral zorgvuldig noteren bij welke spanning is de accu afkoppel en hoeveel mAh ik er vervolgens bij kan laden. Als ik daaruit de juiste gegevens heb gehaald, dan kan de juiste curve in de VeloPuter gezet worden, en werkt de accubeveiliging ook op mijn fiets. Wat wel een complicerende factor is, is dat de toeter zoveel stroom trekt dat de resulterende dip in de spanning de VeloPuter heel snel uitzet. Gelukkig is de beveiliging uit te zetten totdat dit helemaal op orde is.

Uiteraard zit ook Rode Pioneer niet stil, maar zijn ideeën om alle schakelaars op het stuur ook op één printplaatje te zetten, in een productie-versie de kosten omlaag te brengen en om niet alleen een stroom regelaar te kunnen aansturen, maar eventueel als alternatief een harde schakelaar (bijvoorbeeld voor een toeter) mag hij in zijn eigen blogs vertellen.

Update

Last blog was in January. It may seem that the project has come to a halt but it has not. My new Velomobile has arrived and I installed a version in that one.  A few new minor features were implemented. The most noticeably is that the VeloPuter now can display which gear you are using, alarm lights and the first basic version of a configuration interface.  Note that this is not possible for all gearing systems, but it is with the system in the QuatroVelo.

An other mile stone is that the install base is now 4 with two boards sold for home-builders. I am very curious about they will do with it.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
These four velomobiles have a VeloPuter installed. The back and red QuatroVelo is mine!

Since we are running out of boards (I only had 10 made) I most likely will implement a few improvements to the PCB before ordering new PCB’s. Planned upgrades are:

  • USB 5V out for charging phones and such
  • More options for driving illumination and other appliances for home builders.
  • More convenient placement of the Arduino on the PCB.

Any questions? Feature requests? ideas? Please contact me!

BOM

De BOM (Bill Of Materials), of boodschappenlijst is klaar. Omdat dingen makkelijk kunnen veranderen, prijzen niet vast zijn heb ik de BOM op Github gezet. Zo wijst deze blogpost altijd naar de laatste verzie.

Op dit moment verwijzen bijna alle links naar Mouser. Een betrouwbare en goede leverancier van elektronica. Echter, niet de goedkoopste, maar ook niet de duurste.

Er zijn vier onderdelen die de prijs behoorlijk opdrijven. Hier valt de winst te halen:

  • de Arduino (10-25 EUR afhankelijk van kloon vs echt en de plek waar je hem koopt)
  • OLED display (8-20 euro afhankelijk van waar je hem koopt)
  • LDD700L regelaars (met 4 a 5 euro per stuk en dat 5 keer, tikken ze aan)
  • Stekkers en connectors. Bij elkaar al snel 10 euro. Goede stekkers zijn echter onbetaalbaar als het gaat om storing te voorkomen en gemakkelijk onderhoud mogelijk te maken.

De totale prijs nu, de te kloppen prijs, is 80 euro. Dit is op zich goed nieuws. De productie kosten van een VeloPuter moeten dus bij bulk onder de 50 euro moeten kunnen. Ik denk zelfs dat het met slimmer inkopen al mogelijk moet zijn.

20170109_202924

Arduino Low Power

De VeloPuter is gebouwd rondom de Arduino Micro. Dit is een van de meest uitgebreide Arduino’s. Dat is voor de VeloPuter erg gunstig, echter het is niet het meest energie zuinige Arduino  board. Er zit een power indicatie led op die niet uit kan en ook de standaard 5V regelaar die aan boord zit is niet heel zuinig. Samen verstoken ze een paar mA. Nu is dat totaal te verwaarlozen wanneer we het hebben over een actieve verlichting zoals tijdens het rijden.

Per-ongelukjes
Tijdens stilstand is iets heel anders. Daarom heeft de VeloPuter ontlaad-beveiliging zowel in software als in hardware. Het doel hiervan is om te voorkomen dat je accu in een paar uur te diep ontladen wordt wanneer je per ongeluk vergeet je verlichting met de hoofdschakelaar uit te zetten. Ja dat gebeurt en dat heeft mij al wel eens een accu gekost.

Hardware

Om de Arduino Micro zelf zuiniger te maken heb ik de 5V regelaar en de indicatie led eraf gesloopt.

arduino_mod_for_low_power
De rode cirkels geven aan de verwijderde 5V regelaar (links) en de indicatie led (rechts).

De led

De led verwijderen is relatief gemakkelijk. Met een scherpe tang knip je hem relatief makkelijk van de PCB. Wel goed opletten geen SMD componenten die dichtbij zitten te beschadigen. De soldeer restanten verwijderen je met extra soldeer, een soldeerbout en een tinzuiger.

De 5V regelaar

Het verwijderen van de 5V regelaar is vergelijkbaar. Het is echter wel nodig om de drie dunne pootjes aan de onderkant eerst met een klein scherp tangetje door te knippen. Dan de dikke poot verhitten. Hij valt er dan vanzelf af. Daarna is het opruimen van de restanten van de drie pootjes makkelijk.

Software

Een van de functies van de VeloPuter is het beveiligen van de accu tegen te diep ontladen. Dat gaat natuurlijk niet werken wanneer de VeloPuter zelf de accu alsnog leeg aantreft. Daarom heeft de VeloPuter twee soorten softwarematige accubeveiliging:

  1. Inactief
    Als er een bepaalde tijd geen snelheid, cadans sensor of een van de schakelaars actief geweest is dan schakelt de Arduino alle verlichting uit en zet hij zichzelf in power-down mode.
  2. Accu
    Wanneer de accu spanning te laag word gaat de aruino in stappen over op een energie zuiniger regime. Eerst zal het niet meer mogelijk zijn om groot licht te voeren. Later zal ook secundaire functionaliteit zoals de knipperlichten en de remlichten uitgeschakeld worden. Uiteindelijk, wanneer de accuspanning zo laag wordt dat er schade aan de accu dreigt, zal de Arduino, zichzelf en alle verlichting uitschakelen.

Resultaat

Om het effect aan te tonen heb ik een aantal verschillende scenario’s getest:

  1. Arduino op het ontwikkel bord. Hier zijn een aantal componenten weggelaten.
  2. Arduino op een volledige VeloPuter, maar geen koplampen en leds aangesloten.
  3. Arduino op een volledige VeloPuter, met koplampen en leds aangesloten.

Met deze opties kunnen we gelijk zien wat het effect van de meanwell Ldd stroom regelaars is en of het uitmaakt of er leds op aangesloten zijn. Daarnaast vergelijken we de Arduino is in bedrijf en in wanneer deze in power-down mode komt.

V_in = 12.0V, Originele arduino Gemodificeerde Ardunino
Ontwikkelboard <7 [mA] <1 [mA]
VeloPuter zonder led <11 [mA] <6 [mA]
VeloPuter met led <11 [mA] <6 [mA]

We kunnen dus concluderen dat het aanpassen van de Arduino het stroomverbruik in rust halveert.Helaas blijken de Ldd blokjes ieder ongeveer 1 mA op te slokken in rust. Dit is in lijn met wat de data-sheet vermeld en zal meegenomen worden in toekomstige versies van de VeloPuter.

Winst

Hoeveel scheelt het nu? Stel we rijden met accu zoals Velomobiel.nl die levert. Dan hebben we een capaciteit van ongeveer 2600 mAh. Zet je je fiets weg terwijl de accu al driekwart (75%) leeg is, met de verlichting aan dan  zal het nog ruim 2600*.25/6/24 = 4.5 dagen duren voor de accu stuk gaat. De kans dat je in die tijd er achterkomt dat je je verlichting vergeten bent is groot. Met een (bijna)volle accu gaat het ruim twee weken goed.

Mocht het in de toekomst lukken om het lekken van stroom door de stroomregelaars onder controle te krijgen dan kunnen we dat oprekken tot bijna een maand.

 

Eerste power-led test

Ik rijd nu al een lange tijd met de de VeloPuter versie 1.0 in mijn eigen fiets. Daarnaast is er nog een andere fiets die een VeloPuter 1.0 aan boord heeft. In deze versie zaten nog een paar foutjes. Deze blijken in praktijk geen probleem en de VeloPuter werkt betrouwbaar. In versie 1.2 van de VeloPuter zijn die er uitgehaald.

20161219_202438
Boven: stille testborden. Onder: volledig klaar en opgebouwd. Links: 1.0. Rechts: 1.2.

De versie 1.2 heeft ook een paar andere verbeteringen. Er is ruimte voor twee extra stuur schakelaars. Deze hoeven natuurlijk niet aangesloten te worden maar de ruimte is er al. Belangrijkste verbetering is de 5V regelaar. Deze werd in de 1.0 versie heel erg heet. Die is nu vervangen voor de zelfde regelaar in een grotere body. Hierdoor wordt hij minder heet. Daarnaast is het  flitsen van alle leds bij het aanschakelen van de VeloPuter opgelost.

Na uitvoerig testen met een bordje met losse low power ledjes was het tijd voor een grotere test met hoogvermogen leds zoals ze ook echt in de fiets gebruikt zullen worden.

live

Er is ook een filmpje:  Live Demo.

De conclusie is dat de hardware van de VeloPuter 1.2 klaar is en werkt. Nu in de software de puntjes op de i en versie 1.2 kan het veld in.

Accu

Voorgeschiedenis

Ik heb voor meerdere fietsen verlichting gebouwd. Voor open fietsen vertrouw ik vaak op een dynamo maar velomobielen heb ik altijd met een accu uitgerust. Ik ga er vanuit dat velomobielen een accu aan boord zullen hebben voor de verlichting. Bij de ontwikkeling van de VeloPuter is dat dan ook een van de uitgangspunten. Dat brengt mij bij de zoektocht naar de voor mij ideale accu. Daarover gaat deze blogpost.

Voordat ik verder ga wil ik duidelijk maken dat de 12V accu’s van Velomobiel prima geschikt zijn voor de VeloPuter. De accu’s die ik hier verder ga bespreken hebben een paar voordelen maar zijn fundamenteel niet anders.

LiPo versus NiMH

De twee meest gebruikte accutypes zijn LiPo,  zoals in de meeste smartphone en laptops, en NiMH, bekend van de AA oplaadbare batterij. Beide hebben voor- en nadelen. Om deze reden biedt Velomobiel.nl LiPo ook al jaren aan als alternatief voor de 12 NiMH accu.

Nadelen LiPo

  1. LiPo gaat makkelijker stuk dan NiMH. Vooral bij te diep ontladen gaat een LiPo sneller stuk dan een NiMH.
  2. LiPo’s vereisen over het algemeen complexere en dus duurdere laadapparatuur. Op deze regel zijn natuurlijk uitzonderingen.
  3. Een LiPo mag je nooit laden onder het vriespunt. Daar zal hij van stuk gaan.
  4. Bij laden of ontladen, vooral bij ondeskundig gebruik of apparatuur falen, kan een LiPo in de brand vliegen. Dit is wat er bij telefoons/tablets/laptops soms gebeurd.

Voordelen LiPo

  1. Gewicht; ze zijn lichter dan NiMH. Het scheelt ongeveer de helft. Een gelijkwaardige 11.1V accu in LiPo weegt ongeveer de helft van de 4000 mA accu van 12 NiMH.
  2. LiPos kunnen veel meer vermogen leveren dan NiMH batterijen. Nu is dit bij de lage vermogens die in de fiets spelen niet echt van belang.
  3. Efficiëntie; LiPo’s hebben een lagere interne weerstand en worden daarom niet  warm bij ontladen op opladen.
  4. LiPo’s kunnen sneller geladen worden. Het is geen uitzondering dat een accu in 15 tot 20 minuten volledig geladen mag worden. De snelste laders voor NiMH doen er nog steeds uren over.

Omdat ik de laadsnelheid en het gewicht van doorslaggevend belang vind, kies ik er voor om LiPo accu’s in mijn fiets te plaatsen. Ik heb uit het verleden hele goede ervaringen met accu’s van Hobbyking. Daar heb ik me dus nu ook weer op gericht.

Accu’s

Hierboven heb ik uitgelegd waarom ik een LiPo accu wil in mijn fiets. Ook wil ik graag een accu die een harde behuizing heeft. Dit maakt ze robuuster tegen mishandelen en het trillen in de fiets. Zelf ben ik op de Zippy 4000 uitgekomen. Qua prijs en gewicht een mooie keus. Goedkoper kan maar dan worden ze qua kwaliteit iets minder goed. Ik heb er ook twee Zippy 8000 bij voor als ik meerdaagse tochten ga maken.

20161218_185841

Zelf heb ik altijd twee accu’s in mijn fietsen die ik met een schakelaar kan omzetten. Hierdoor kan ik tijdens het rijden zonder gevaar van accu wisselen. Dit systeem heb ik al jaren en ik zou niet meer zonder willen.

Laders

Ik heb er twee laders bijgekocht. Ten eerste een goede degelijke lader: de Turnigy Reaktor 300W. Dit is een beest van een lader met een oerwoud aan functies. Voor de gemiddelde velomobielrijder is dit waarschijnlijk overkill, maar ik wilde hem hebben. Daarnaast wilde ik ook nog een lichte lader voor onderweg en op vakantie. Deze heeft niet het vermogen of de mogelijkheden die de Reaktor heeft,  maar langzaam aan komt die accu ook wel vol. Mijn keus is daar op de B3AC Compact Charger gevallen. Met zijn 222 g is hij prima om mee te nemen onderweg. Waar de Reactor mijn accu’s in minder een uur kan laden zal de B3AC daar beduidend langer over doen. Het gewicht en de prijs maken het echter een zinvolle aanvulling op het assortiment.

20161218_185818

Stekkers

Nog even kort over stekkers. Ik heb een paar eisen aan de stekkers waarmee in mijn accu’s aansluit in de fiets. Hierbij vind ik de volgende punten het belangrijkst:

  1. Corrosie bestendig. Het is niet acceptabel dat de stekkers snel gaan corroderen.
  2. Stevig. De stekker is wat je steeds opnieuw los en vast moet maken. Dit mag niet te snel slijten.
  3. Betrouwbaar. Er is weinig zo vervelend als dat je verlichting uitvalt omdat de stekkers geen goed contact maken.
  4. Makkelijk in gebruik. Ook met koude verkleumde vingers moet de accu los te halen zijn. Een stekker die te strak zit heb je niets aan.
  5. Het moet absoluut onmogelijk zijn om kortsluiting te maken. Dus geen open contacten.

Zonder er veel woorden aan vuil te maken: HXT 4mm stekkers.

Gebruikersonderzoekje

Ik worstelde al een tijdje met de vraag hoe de verlichting aan te sturen. In de basis kan het op twee manieren:

  1. Continue schaal
    Bij dit model gaan de intensiteit van de verlichting regelen in evenveel stappen als de Arduino kan instellen: 256. Een stand verlichting uit en 255 verschillende standen met verlichting aan. In praktijk is de resolutie zo fijn dat het voor het oog een continue schaal is. Dit zou je dan instellen zoals het volume op je telefoon instelt: met knopjes voor meer en voor minder licht. Technisch gezien is het zelfs mogelijk om een scrollwheel zoals in je muis op je stuur te monteren. De voordelen van een continue schaal zijn, onder andere, dat je altijd de juiste hoeveelheid licht kan instellen. Ook is het technisch makkelijk te maken. Tot slot hoeft de intensiteit nooit aangepast te worden aan verschillende typen koplamp.
  2. Vaste standen
    Het model met verschillende vaste standen gaat uit van het idee dat je in de fiets, tijdens het fietsen, geen behoefte hebt aan te veel flexibiliteit. Snel schakelen tussen de verschillende standen is belangrijker. Het is in feite gebaseerd op hoe ver verlichting in een auto werkt.

    1. Uit
    2. Parkeer of standlicht. Dit is om gezien te worden.
    3. Dimlicht. Dit onder normale omstandigheden genoeg.
    4. Grootlicht. Dit is vooral nodig bij slecht weer, hoge snelheden of als het onderscheid tussen de weg en de berm niet zo goed is.

    De voordelen zijn vooral dat het sneller schakelt dan een systeem waarbij je in kleine stappen door alle mogelijkheden gaat. Vooral de mogelijkheid te seinen blijkt een belangrijke. De intensiteit van de verschillende standen is instelbaar te maken.

Nu was het zo dat ik helemaal vast liep in deze keuze. Ik kon maar niet kiezen wat nu handiger was. Daarom besloot ik het aan de internets te vragen. Ik heb de vraag uit gezet op de Ligfiets Mailing list, Twitter en zelfs op IRC. In was ontzettend benieuwd wat de voorkeur zou zijn. Ik hoopte op stevige discussies over de voordelen van het ene model tegenover het andere model. Dat zou mij goed de mogelijkheid geven te kiezen.

Ik bleek de plank volledig mis te slaan. In totaal heb ik 17 reacties gehad:

  • Continue schaal: 0 stemmen.
  • Standen: 17 stemmen.

Geen discussie dus maar wel een heel duidelijk antwoord: standjes!

Toch nog discussiëren? Doe het hieronder bij de reacties.

 

Analyse van de LUMOTEC IQ Cyo Premium

Standaard lamp

Velomobiel past al langere tijd de Busch + Muller  LUMOTEC IQ Cyo Premium toe als de standaard koplamp in hun velomobielen . Persoonlijk vind ik de  Phillips saferide 60 – dynamo  een mooier lichtbeeld geven maar deze lamp heeft twee nadelen die zorgen dat hij wat mij betreft afvalt: Hij is niet waterdicht en de inbouw afmetingen zijn nogal onhandig.

De BM lamp heeft een paar grote voordelen: hij mag tot 42V hebben en ook als je hem verkeerd om aansluit gaat hij niet stuk. Zeker bekenen vanuit het standpunt van een fabrikant als Velomobiel.nl is dat een ontzettend robuuste keuze.

Nu is het echter zo dat de Veloputer zelf de stroomregelaar aan boord heeft. Die zou direct met een dynamo lamp kunnen werken. Daarom was het tijd om de lamp eens goed tegen het licht te houden.

Experimenten

Om dat te doen heb ik de lamp een klein beetje aangepast. Door hem open te maken en extra draden te monteren kan ik nu de spanning over de led meten. Ook kan ik via deze draden direct stroom door de led sturen. Op die manier kan ik dus de ingebouwde regelaar bypassen.

Meten

Door de voeding aan de lamp en/of de led te knijpen heb ik een aantal interesante metingen kunnen doen.

Stroom / Spanning curve LED

In de eerste plaats heb ik de Stroom/Spannings curve van de led zelf bepaald. Dit doen we via de draden die we extra aan de lamp gesoleerd hebben om de regelaar te bypassen. Dit is belangrijk om te kunnen bepalen hoeveel vermogen er nu daadwerkelijk in de led om gaat. Dit experiment doe je door destroom en de spanning die aan de led geleverd worden in kleine stappen te verhogen.

BM_LED_VI

Het blijkt dat tot de spanning opgevoerd wordt tot net boven de 2.5V er geen stroom gaat lopen door de led. wanneer de spanning daarna toeneemt neemt de stroom steeds harder toe. Dit is in het bovenstaande figuur te zien. Dit is exact wat je zou verwachten van een hoogvermogen led. We hebben de LED gemeten tot een stroom van 800 mA. Dat is veel voor deze lamp. Hierover later meer.

Stroom / Spanning curve gehele lamp

Het meten van de stroom / spanning curve voor de gehele lamp is minder voorspelbaar omdat het niet bekend is wat de regelaar zal doen. Terwijl we het ingangs spanning langzaam opvoeren meten we de ingangs stroom en de spanning over de led. Hierdoor kunnen we uitrekenen wat de vermogens efficientie van de lamp is.

BM_driver_VI

Hierboven is het verband tussen de ingangs spanning en de stroom door de gehele lamp gegeven. We zien dat zolang de spanning over de 5.5 V is er niets gebeurt. Ergens tussen de 5.5 en 6V begint de lamp te werken en bij zo’n 6V aan de ingang brand de led maximaal. Wanneer we de spanning nog verder opvoeren neemt de stroom langzaam weer af. Het vermogen blijft dan gelijk zo rond de 2.4W.

BM_LED_VV

We hebben ook de spanning over de led zelf gemeten. Dit blijkt op het zelfde moment dat de stroom door de lamp gaat lopen te stabiliseren op 2.9 V. De spanning over de led blijft heel erg stabiel. Uit de VI curve (eerste grafiek hierboven) weten we dat er bij deze spanning een stroom van 0.34 A loopt door de led. Die twee getallen samen geven dat de led vanaf het moment dat de lamp genoeg voeding krijgt er 1W verstookt word in de led zelf.

Vermogens grafieken voor de gehele lamp en de LED zelf.

Omdat ook het totale opgenomen vermogen van de lamp kunnen berekeken kunnen we ook daar een mooie grafiek van maken.

BM_Power

In het boven staande figuur is als een zwarte lijn met opgenomen vermogen van de hele lamp te zien. Dit is previes 2.4W zoals de Duitse wet (het is nl een lamp van Duits fabrikaat) voorschrijft. In een rode stippel lijn is het vermogen dat verstookt wordt in de led te zien. Op dit moment dient zich dan ook de meest schokkende conclusie aan die dit onderzoek heeft opgeleverd:

Om een led van 1W aan te sturen is 2.4W nodig.

Dit is een efficienntie van nog geen 42%. Anders gezegt: voor ieder watt vermogen die we door de led stoken gooien we 1.4W weg in de regelaar. Dit betekend dat als je de regelaar in de lamp zou vervangen voor een die efficienter  je veel langer met je accu kan doen. Als we er even van uitgaan dat de koplamp de meeste energie verstookt kan dat een verdubbeling opleveren van hoelang je licht hebt met een accu. Het direct aansturen van de led is dus veel slimmer om te doen. Op dit moment is het onbekend hoe andere lampen van BM het doen. Mogelijk hebben ze dynamo lampen die hier geen last van hebben.

Maximale stroom door de led

Aangezien het veel efficienter is om direct stroom door de led te sturen is het verstandig om uit te zoeken wat nu de maximale stroom door de led is. De enige beperkende factor is dat de led niet te heet mag worden. Omdat het gaat om de temperatuur binnen in de led is het niet voldoende om aan de behuizing te voelen of deze te warm wordt. Nu weten we dat wanneer een led gevoed wordt met een constrante stroom deze opwarmt. Deze opwarming zorgt er voor dat de stroom/spannings grafiek iets zal verschuiven. Als vuistregel hanteren we dat voor iedere graag dat de led intern opwarmt de spanning over de led, bij gelijkblijvende stroom, tussen de 0.5 en 1 mV zal zakken. Ook gaan de meeste leds stuk wanneer de temperatuur ruim boven de 100°C komt. Wat bij deze led de maximale temperatuur is is onbekend.

Om dit te bepalen doen we twee duurtesten. Eerst laten we de led branden op de stroom die hij normaal krijgt van de regelaar (350 mA). Daarna herhalen we dit experiment met de dubbele stroom.

Bij het eerste experiment laten we de lamp 2 uur aan staan. Het is op dat moment zo’n 27 graden. Dat is gunstig voor de test want dat betekend dat de lamp sneller opwarm, hij kan nl minder warmte kwijt aan zijn omgeving dan wanneer het koeler zou zijn. Het blijkt dat de spanning zo’n 15 mV zakt. Na 2 uur is het stabiel. De lamp warmt niet langer op. We weten dus dat de opwarming van de led tussen de 15°C en 30°C ligt. Dit is geen enkel probleem aangezien de lamp in praktijk extra luchtkoeling van krijgen.

Bij het tweede experiment herhalen we het, alleen sturen we nu 700 mA door de led. Nu blijkt dat de led/lamp echt heet wordt. Net niet zo heet dat hij niet meer vast te houden is. De spanning over de led zakt zo’n 33 mV gezakt. Dat betekend dat de temperatuur tussen de 33°C en 66°C  toegenomen zou zijn. Tel hierbij de omgevings temperatuur van 27 graden op en ze komen uit op 93°C voor in de led. Dit is gevaarlijk dicht bij de maximale temperatuur die de led aan zou moeten kunnen. We kunnen aannemen dat als de lamp langdurig (>15 minuten) met 700 mA door de led aangestuurd wordt het zonder hem te koelen met rijwind de led langzaam schade zal oplopen.

350 mA is absoluur veilig. 700 mA is alleen verantwoord mits er voldoende rijwind is. 500 mA lijkt een veilige tussenweg waarbij er wel 1.5 keer zoveel licht uit de lamp komt zonder dat we echte risicos lopen met de lamp. Bedenk dat de hoeveelheid licht dit uit een led komt nagenoeg linear schaalt met de stroom. 1.5 keer zo veel stroom is ook 1.5 keer zo veel licht. Deze lamp is dus van 80 Lux tot 120 of zelfs 160 Lux uit te wringen.

Zelf zou ik deze lamp zonder de eigen regelaar direct aan de VeloPuter hangen. Ik zou hem aansturen met een maximale stroom van 700 mA, wetende dat als ik de fiets zou parkeren en de koplampen op vol vermogen aan zou houden de schade zouden kunnen oplopen. Vol vermogen heb je echter maar zelden nodig en ik zou bij normaal gebruik de leds op 500 mA of minder stoken. Alleen tijdens extreme situaties zoals afdalingen zou ik de lamp opstoken tot zijn uiterste maximum.

Conclusies

We kunnen concluderen dat de Cyo IQ een prima lamp is. Wil je echter het onderste uit de kan halen, zowel wat betreft hoeveelheid licht als efficientie (accuduur) is het beter de led zelf aan te sturen, bijvoorbeeld met de VeloPuter.

Het staat natuurlijk als een paal boven water dat hierdoor de garantie van de lamp volledig vervalt.

Update 2017-01-12

In verband met vragen over of er wel met een scope gemeten is:

img-20161026-wa0008
Spanning over de led varieert tussen de 2.6 en 3.0V. Het is dus niet zo dat de LED met behulp van PWM (Pulse Width Modulation) aangestuurd wordt. Weliswaar is er een rimpel zichtbaar maar dat is niet genoeg om het grote vermogens verschil te verklaren.

 

 

 

PCB verstuurd

De nieuwe PCB is verstuurd. Nu hopen dat er geen foutjes meer in zitten.

De belangrijkste aanpassingen zijn:

  • Grotere body voor de 5V spanningsregelaar in verband met de warmtehuishouding.
  • Twee extra lijnen naar het stuur voor extra schakelaars, nu nog vrij te configureren.
  • Cadans en wielsensor zijn nu losse connectoren. Nu ook met een 5V lijn. Dit is voor een reed-contact, zoals in een standaard fietsteller,  niet nodig. Het opent echter wel de mogelijkheden om andere sensoren te plaatsen zoals bijvoorbeeld temperatuur of een hall-sensor.
  • De rem-sensor zit nu op een pin die een interrupt heeft.
  • Pull-down weerstanden bij de leddrivers van Meanwell.
  • De Oled wordt nu uit 5V gevoed, niet uit de Vbatt (wat tot *poef* kan leiden).
  • Er is geen 5V uit (USB) zoals op de eerste versie. De spanningsregelaar kan toch het vermogen niet leveren om een telefoon of GPS te voeden. Mogelijk komt dat op een toekomstige versie op de VeloPuter.
  • De condensatoren hebben nu de juiste afmetingen. Dat was ook een foutje in de eerste versie.

Link to the Github repository containing this version of the PCB.

Het zal tussen de 2 en 5 weken duren voor ik de PCB in huis heb.

shot

Figuur 1: schema van de VeloPuter.

shot2

Figuur 2: PCB layout van de VeloPuter.