Velocímetro DIY usando arduino e processando o aplicativo Android

Neste projeto nós fazemos um Velocímetro Cool para bicicletas ou automotivos usando Arduino que transmite a velocidade usando Bluetooth para um aplicativo Android que criamos usando Processing. O projeto completo é alimentado por uma célula de lítio 18650 e, portanto, altamente portátil junto com seu veículo. Para apimentar um pouco mais, adicionei a opção de carregar o seu celular enquanto ele exibe sua velocidade. Sim, você também pode usar isso como um banco de energia para seus celulares em trânsito, pois o 18650 tem alta densidade de carga e pode ser facilmente carregado e descarregado.

Vou guiá-lo completamente do zero até a conclusão, o velocímetro pode ser conectado ao nosso veículo e testado. O recurso interessante aqui é que você pode personalizar seu aplicativo Android para sua personalização e adicionar mais recursos de acordo com sua criatividade. Mas, se você não quiser construir o aplicativo sozinho e apenas construir a parte do Arduino, então não se preocupe, basta baixar o arquivo APK (leia mais) e instalar no seu celular Android. Confira também o vídeo completo no final.

Então, vamos ver de que materiais precisaremos para construir este projeto e planejar nosso orçamento. Todos esses componentes estão facilmente disponíveis; se você tiver problemas para comprar algum desses, deixe-me saber na seção de comentários.

Requisitos de hardware:

• Arduino Pro Mini (5V 16 MHz)
• Placa FTDI (para programação mini você também pode usar UNO)
• Conversor Boost 3V a 5V DC-DC com carregador de saída USB
• Módulo de bateria de lítio TP4056
• Módulo Bluetooth (HC-05 / HC-06)
• Sensor de efeito Hall (US1881 / 04E)
• 18650 Lithium Cell
• Pequeno pedaço de imã
• Perf Board
• Berg conecta conectores (macho e fêmea)
• Kit de Solda
• Pequenas caixas de proteção para montar o kit.

Requisitos de programação:

• IDE Arduino
• Processando IDE com android ADK (somente se você quiser codificar seu próprio aplicativo.)
• PC Windows / Mac
• Telefone móvel Android.

Pode parecer um punhado de componentes e materiais, mas acredite em mim, depois de concluir este projeto, você sentirá que vale a pena o esforço.

Medindo a velocidade usando o sensor Hall e Arduino:

Antes de colocarmos nossas mãos no hardware, deixe-nos saber como vamos medir a velocidade usando o Arduino. Há várias maneiras de medir a velocidade de um veículo usando o Arduino, mas usar um sensor Hall é a maneira mais econômica e fácil de fazer isso. Um sensor Hall é um componente que detecta a polaridade de um ímã. Por exemplo, sempre que um pólo específico do ímã é aproximado do sensor, o sensor mudará seu estado. Existem muitos tipos de sensores hall disponíveis, você pode usar qualquer um deles neste projeto, mas certifique-se de que é um sensor hall digital.

Para medir a velocidade temos que colar um pequeno pedaço de ímã na roda do veículo, cada vez que o ímã cruzar o sensor hall ele irá detectá-lo e enviar a informação para o Arduino.

Uma interrupção será recebida pelo Arduino cada vez que o ímã for detectado. Executamos um cronômetro contínuo usando a função millis () e calculamos o tempo necessário para a roda completar duas rotações (para minimizar o erro) usando as fórmulas abaixo:

Timetaken = millis () - pevtime;

Assim que soubermos o tempo gasto, podemos calcular as rpm usando as fórmulas abaixo:

rpm = (1000 / tomada de tempo) * 60;

Onde (1000 / timetaken) dá as rps (rotações por segundo) e é multiplicado por 60 para converter rps em rpm (rotações por minuto).

Depois de calcular o rpm, podemos calcular a velocidade do veículo usando as fórmulas abaixo, desde que conheçamos o raio da roda.

v = raio_da_wheel * rpm * 0,37699;

O Arduino, após calcular a velocidade, irá transmiti-la usando o Módulo Bluetooth. O código completo é fornecido abaixo na seção Código. Verifique também nossos outros projetos envolvendo o Módulo Bluetooth HC-05 aqui.

Esquemáticos e parte de hardware:

O diagrama de circuito completo do projeto é dado abaixo:

Aqui, a parte do hardware é dividida em duas partes, uma é a placa principal que contém todos os arquivos principais. A outra placa consiste apenas em um sensor hall e um resistor que será montado próximo à roda. Vamos começar a construir a placa principal.

Assim que a conexão for feita, vamos testar a configuração usando nossa bateria de lítio 18650. A bateria de lítio é altamente explosiva por natureza, portanto, deve ser manuseada com extremo cuidado. É por esta razão que usamos um Módulo de Carregamento de Bateria de Lítio TP4056. Este módulo possui proteção contra sobrecarga / descarga e proteção contra polaridade reversa. Portanto, a bateria pode ser facilmente carregada usando um carregador micro USB normal e pode ser descarregada com segurança até atingir os limites de corte de subtensão. Alguns detalhes importantes do módulo de carga TP4056 são fornecidos na tabela abaixo.

Parâmetros:	Valor por célula:
Corte sob tensão	2,4 V
Corte de sobretensão	4,2 V
Corrente de carga	1A
Proteção	Proteção contra sobretensão e polaridade reversa
Presente do IC	TP4056 (carregador IC) e DW01 Proteção IC
LEDs de indicação	Vermelho- Carregamento em andamento Verde - carga completa

Agora, vamos começar com o Hall Sensor Board. Esta placa contém apenas dois componentes, um é o resistor de 10K e o outro é o sensor Hall. As conexões podem ser feitas conforme mostrado no esquema acima. Quando a placa estiver pronta, conecte-os usando fios de jumper de acordo com o esquema. Uma vez feito isso, deve ser parecido com isto.

Outra etapa crucial no projeto é conectar a bateria 18650 aos terminais B + e B- do módulo TP4056 usando um fio. Como as células Li + são explosivas, não é altamente recomendável usar um ferro de solda sobre essas células. Embora as pessoas tenham feito isso, é altamente arriscado e pode facilmente acabar em uma grande confusão. Portanto, a maneira mais fácil de fazer isso é usar ímãs conforme mostrado abaixo

Simplesmente solde o fio a um pequeno pedaço de ímã e, em seguida, prenda os ímãs aos terminais da bateria (eles são atraídos pelos terminais muito bem) como mostrado acima. Você pode usar um toque de pato para proteger ainda mais a posição do ímã.

Programando o Arduino:

O programa para este projeto é muito simples. Nós apenas temos que calcular a velocidade da roda giratória usando as entradas de interrupção do sensor Hall e transmitir a velocidade calculada pelo ar usando o Módulo Bluetooth. O programa completo é fornecido na seção Código abaixo e explicado usando as linhas de comentário.

Cada vez que o sensor Hall detecta o ímã, ele dispara uma interrupção. Esta função de interrupção é chamado pelo magnet_detect () função . Este é o local onde a rotação do veículo é calculada.

Uma vez que o rpm é calculado, a velocidade da roda é calculada na função loop () . Assim que o código estiver pronto, vamos despejá-lo em nosso Arduino pro mini e testar seu funcionamento conforme mostrado no vídeo fornecido no final.

Aplicativo móvel Android para velocímetro:

O aplicativo Android para este projeto é feito usando um software chamado Processing. Se você não está interessado em fazer seu próprio aplicativo Android e deseja apenas instalar o usado aqui, você pode baixar o arquivo APK e instalá-lo diretamente no seu smartphone seguindo os passos abaixo.

1. Você pode baixar diretamente o arquivo APK no link abaixo. Este arquivo APK é feito para Android versão 4.4.2 e superior (Kitkat an acima). Extraia o arquivo APK do arquivo zip.

Aplicativo Android para velocímetro

2. Transfira o arquivo.Apk do computador para o telefone celular.

3. Ative a instalação de aplicativos de fontes desconhecidas nas configurações do Android.

4. Instale o aplicativo.

Se instalado com sucesso, você encontrará o aplicativo chamado “ Processing_code ” instalado em seu telefone, conforme mostrado abaixo:

Desenvolva seu próprio aplicativo usando o Processing:

Você pode usar o arquivo.APK fornecido acima ou pode criar seu próprio aplicativo usando o Processing, conforme explicado aqui. Você pode baixar todo o código do aplicativo Processing Android aqui. O programa é autoexplicado usando as linhas de comentários. Mas se você tiver algum problema ou se quiser que seu aplicativo seja um pouco modificado, por favor, use a seção de comentários e eu o ajudarei.

O programa android estabelece uma conexão com nosso módulo Bluetooth durante a inicialização do aplicativo e recebe a velocidade do veículo que foi calculada e transmitida pelo Arduino Pro mini. Eu criei um pequeno gráfico também para exibir a velocidade usando um velocímetro analógico para torná-lo um pouco atraente. Você pode ter suas próprias ideias e ajustar o código para personalizá-lo de acordo com suas necessidades. Verifique também nossos outros projetos de processamento para saber mais sobre isso:

• Jogo Ping Pong usando Arduino
• Rádio FM controlado por telefone inteligente usando Processing.
• Sistema de radar Arduino usando processamento e sensor ultrassônico

Depois de instalar o aplicativo no seu celular, é hora de testar nosso projeto. Mas ainda não montamos nosso kit em um veículo. Vamos fazer isso.

Montagem do kit do velocímetro em um veículo:

Montei este kit no meu bi-ciclo e testei, e funciona perfeitamente. A montagem do kit é deixada para sua criatividade, você pode obter sua própria caixa pequena em uma loja e fazer furos para os fios e conexões e montá-la em seu veículo. Uma coisa comum importante a se notar é que o ímã deve ser preso ao aro da roda e o sensor Hall deve ser montado o mais próximo possível do ímã, de modo que cada vez que o ímã cruzar o sensor Hall, ele seja capaz de detectá-lo, o arranjo é mostrado abaixo.

Como tenho uma impressora 3D comigo, projetei meus próprios gabinetes para deixá-los com uma boa aparência e de forma que possam ser facilmente montados e desconectados de nossa bicicleta para carregar a bateria. Portanto, se você tem uma impressora 3D ou pode obter acesso a uma para imprimir alguns materiais, continue lendo, do contrário, pule esta parte e use sua própria criatividade para montar essas coisas. Aprenda a usar a impressora 3D aqui.

Se você decidiu usar meus arquivos de design e imprimir seus gabinetes, certifique-se de que sua placa de desempenho principal esteja próxima às dimensões abaixo

Os arquivos completos de Design e STL para impressão 3D podem ser baixados aqui. Se a placa for semelhante ao que foi feito aqui, você pode imprimir diretamente em 3D seus gabinetes usando os arquivos STL fornecidos ou então você pode usar os arquivos de design e modificá-los de acordo com sua placa.

Comecemos com o pequeno gabinete impresso em 3D que será usado para o módulo do sensor Hall. Imprima o invólucro, coloque o circuito nele e chicoteie seus fios através do orifício fornecido e, em seguida, monte-o em seu veículo de forma que o sensor de hall fique próximo ao ímã, conforme mostrado abaixo.

Recomenda-se modelar a placa principal antes de projetar o gabinete para que possamos ter certeza de que se encaixa corretamente, porque acredite em mim, seria um pesadelo imprimir seu gabinete por 6 longas horas e no final não caberá em seu quadro de desempenho. A placa modelo para minha placa de desempenho principal é mostrada abaixo.

Agora será fácil projetar a caixa do gabinete principal. Projetei a caixa principal em duas limas, de modo que uma parte da caixa segure a parte eletrônica e a outra seja fixada permanentemente à bicicleta por meio de grampos e parafusos. Essas duas partes podem ser facilmente fixadas para formar uma caixa completa e, em seguida, ser separadas quando precisarmos recarregar nossa bateria de lítio ou trabalhar em nossa eletrônica.

Assim que a primeira parte do gabinete for projetada e impressa, vamos colocar todos os nossos componentes dentro, conforme mostrado abaixo e deve ser parecido com isto.

Como você pode ver, existem duas aberturas na frente da caixa, uma é usada para o USB através do qual podemos carregar nosso celular. O outro é para o micro USB com o qual podemos carregar nossa bateria de lítio.

Agora vamos imprimir a segunda parte do gabinete principal e verificar se ela se encaixa na primeira parte conforme o esperado.

Quando estivermos satisfeitos com as peças, podemos montar a segunda parte do gabinete usando uma braçadeira C e algumas porcas e parafusos conforme mostrado abaixo:

Agora vamos conectar a bateria ao nosso circuito principal usando ímãs e fita adesiva conforme discutido acima e mantê-la permanentemente segura dentro de nosso gabinete.

É isso que nosso hardware está pronto para a montagem final. Basta conectar o módulo do sensor Hall à placa principal e deslizar o invólucro móvel para dentro do invólucro fixo e ele estará pronto para a ação.

Explicação de trabalho:

Depois de verificar se a bateria de lítio está carregada, basta ligar o kit usando a chave seletora e abrir seu aplicativo Android. Se tudo correr bem, você deverá obter a tela abaixo e deverá mostrar que seu aplicativo foi conectado ao módulo Bluetooth HC-05 conforme mostrado abaixo. Lembre-se de emparelhar seu módulo Bluetooth com o telefone antes de abrir o aplicativo.

Agora, basta dirigir seu veículo e você deve observar o velocímetro mostrando a velocidade atual do seu veículo. Você também pode carregar seu celular enquanto anda usando um cabo de carregador normal. Assim que terminar o passeio, você pode retirar a caixa da bicicleta e carregá-la da rede elétrica CA usando qualquer carregador de celular inteligente.

Assim, você pode não apenas medir a velocidade do seu veículo, mas também carregar o celular ao mesmo tempo. Espero que tenha gostado do projeto. Você pode adicionar muito mais recursos a este projeto, apenas ajustando os códigos. Você pode calcular a distância percorrida pelo seu passeio, o topo e a velocidade média do seu passeio, etc. Deixe-me saber se você tem alguma pergunta através dos comentários e terei prazer em ajudá-lo.

Como de costume, todo o funcionamento do Projeto será mostrado no vídeo abaixo.