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Fahrrad-Bremslicht

Das Thema Fahrrad-Bremslicht beschäftigt mich, seit ein Freund eine Arduino-Anwendung mit Beschleunigungssensor hierfür gebaut und getestet hat, diese aber Fehlsignale erzeugte. Eine Internet-Recherche ergab, dass auch gekaufte Fahrrad-Bremslichter zu Fehlsignalen neigen.

Um den Fehlsignalen auf den Grund zu kommen habe ich den SRAM-Data-Logger gebaut und entsprechende Beschleunigungskurven aufgenommen. Hinzu kam noch der Einsatz eines Kalman- oder Smooth-Filters, da man aus den Rohdaten nichts vernünftiges ableiten konnte. Das Ergebis für einen Bremsvorgang und ein fahren über den Randstein sah dann wie folgt aus.

br

rs

Bremsvorgang (Ausschnitt)

Über den Randstein fahren (Ausschnitt)

Die Annahme ist, dass ein Bremsvorgang länger dauert als ein anderes Signal, ausgelöst durch irgend einen Stoß. Daraus ergibt sich ein Algorithmus mit 2 definierten Schwellen mit Hysterese, die eine Zeitmessung auslösen beziehungsweise die Zeitmessung wieder zurücksetzt. Überschreitet die Zeitmessung einen definierten Wert wird eine LED eingeschaltet und eine zweite Zeitmessung gestartet, die dafür sorgt, dass die LED mindestens eine vordefinierte Zeit leuchtet.

Um diesen Algorithmus zu überprüfen, plane ich einen Demonstrator, den ich am Fahrrad befestigen kann. Ein ATtiny (möglichst ATtiny44 den ich in der Schublade liegen habe) wertet einen Beschleunigungssensor per ADC aus, filtert die Werte per Smooth-Filter und steuert zwei LEDs, eine mit und eine ohne Impulsverlängerung. Wenn der Demonstrator Batterie betrieben wird und direkt den ATtiny versorgt, muss die Versorgungsspannung immer wieder gemessen und beim ADC berücksichtigt werden. Die Messung der Versorgungsspannung erfolgt, in dem eine interne 1.1V Referenzspannung gemessen wird und aus dem gemessenen Wert rückwärts die Spannung der Referenz (hier die Versorgungsspannung) heraus gerechnet wird. Dies funktioniert nur für ATtiny/ATmega, bei denen die 1.1V-Referenz auf dem ADC Multiplexer auswählbar ist. Ein ATtiny85 kommt z.B. deshalb nicht in Betracht. Alternativ kann der ATtiny mit 3.3V über einen Spannungsregler betrieben werden.

Bilder

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Fahrrad-Bremslicht-Demonstrator mit ATtiny44A und analogem GY-61(ADXL335) Sensor

Stromlaufplan

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Fahrrad-Bremslicht-Demonstrator, Stromlaufplan

Test

Ein Test zeigte, dass der Demonstrator im Prinzip funktioniert, der verwendete Algorithmus jedoch verbessert werden muss. Außerdem lassen sich die Parameter des Fahrrad-Bremslichts mit einer Aufzeichnung nicht sinnvoll ermitteln und einstellen und die Überprüfung am Fahrrad ist schlecht handhabbar.
Aus diesem Grunde sind einerseits weitere Aufzeichnungen erforderlich, was aber zuerst eine Erweiterung des SRAM-Data-Logger um eine SD-Kartenspeicher erfordert, um die Aufzeichnungen selber handhabbarer zu machen. Andererseits muss der verwendete Algorithmus zur Erkennung des Bremsvorganges verbessert / angepasst werden, wofür eine Simulation erzeugt wird, um den angepassten Algorithmus mit den unterschiedlichen Parametern mit den aufgezeichneten Daten überprüfen zu können.

Simulation

Mit einem Arduino mit SD-Karten-Shield wird ein Bremslicht-Simulator aufgebaut. Die aufgezeichneten Daten werden von der SD-Karte gelesen und dem Bremslicht-Algorithmus zugeführt, das die entsprechenden LEDs steuert. Die LED-Signale werden per Logic Analyser Langzeitaufnahme gesichert. Bei der Betrachtung der ursprünglichen Datenaufzeichnung und der LA-Aufnahme muss berücksichtigt werden, dass der Simulator ein anderes Timing hat, da das Lesen von SD-Karte deutlich langsamer ist als das ursprüngliche Schreiben in das SRAM. Dies wird berücksichtigt, in dem die Verzögerungswerte des Algorithmus mit dem entsprechenden Faktor multipliziert werden.
Die LA-Aufnahme zeigt , dass der verbesserte Algorithmus sauber funktioniert und die Simulation für "Randstein-Fahren" und "Treppen-Steigen" erzeugte kein Bremslicht-Signal. Das Programm passt auch mit 2204 Bytes leicht in den Attiny44, wie ursprünglich geplant.

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Aufgezeichneter Bremsvorgang

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Zugehörige Logic Analyser Aufzeichnung

Test 2

Test 2 mit dem Fahrrad-Bremslicht-Demonstrator zeigte, dass das Fahrrad-Bremslicht funktioniert. Kritisch ist allerdings die Montage des Sensors. Ein Kippen des Sensors in X-Richtung, verändert sofort den Messwert, d.h. der Null-G-Wert, wie er in der Formel benutzt wird, ist nicht mehr Null. Senkt man die Spitze in X Richtung, dann werden die Werte kleiner, hebt man die Spitze in X.Richtung, so werden sie größer. D.h. wiederum, des Fahrrad-Bremslicht funktioniert nur in der Ebene.


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