Un clignotant très efficace pour le vélo et le jogging

Ce clignotant original s’active automatiquement grâce à son capteur de mouvement et à son interrupteur crépusculaire. Ses LED 10 millimètres, très lumineuses, permettent de signaler aux automobilistes, même à grande distance, la présence de cyclistes ou de piétons sur le bord de la route.


Engourdis par les frimas, l’arrivée des beaux jours nous redonne la bougeotte et l’envie de sortir de nos maisons et de nos bureaux. Celui qui possède un vélo le dépoussière, le graisse et, dès qu’un peu de temps libre se présente, il l’enfourche et pédale parfois ainsi des heures durant. Une belle virée à la fraîche après le dîner est un vrai régal ! Mais alors, on ne voit pas le temps passer et on est parfois pris par la nuit. Il faut donc s’assurer que le vélo est pourvu d’un bon système d’éclairage et que celui-ci fonctionne parfaitement. A défaut, circuler de nuit, surtout en zone urbaine, relève quelque peu de la tentative de suicide !
En effet, comment un automobiliste roulant tranquillement, pas forcément comme un fou, pourra-t-il nous repérer assez tôt pour nous éviter si nous sommes dépourvus de la moindre surface réfléchissante et que nous nous déplacons de nuit, dans une zone non éclairée ? Le risque qu’il nous renverse ou du moins qu’il ne puisse pas respecter la distance de sécurité en nous dépassant et nous fasse la frayeur de l’année, est important.
Ajoutons que les VTT, que nous utilisons parfois sur route, ne serait-ce que pour atteindre les chemins creux que nous affectionnons ou en revenir nuitamment, sont souvent purement et simplement dépourvus de tout éclairage. Même les vélos routiers ayant un phare blanc à l’avant et un feu rouge à l’arrière ne sont pas si visibles que cela. Un puissant feu clignotant ferait bien mieux l’affaire. C’est pourquoi on trouve beaucoup de ces éclairages rouges intermittents chez les cyclistes, qu’ils soient montés sous la selle ou en brassard.

La réalisation
Nous vous proposons, dans cet article, de réaliser un clignotant de ce type, semblable en apparence à tous ceux que l’on trouve dans le commerce mais avec quelque chose de plus, ce que nous allons découvrir sous peu. Vous pourrez le monter sur n’importe quel type de vélo, routier, de course ou VTT, même s’il est dépourvu de dynamo. Vous pourrez d’ailleurs l’utiliser sans vélo… si vous préférez le jogging. Ainsi, pourrez-vous vous attarder le soir sous les étoiles, à pied ou à bicyclette, sans crainte d’être emporté par une voiture dont le conducteur ne vous aurait pas vu.
Il s’agit donc d’un accessoire très utile pour pratiquer votre sport favori le soir après le travail ou après le repas.
Voyons donc comment il est conçu, comment il fonctionne, en quoi il diffère de ceux du commerce et comment le réaliser facilement et à peu de frais.

Le schéma électrique
Un petit coup d’oeil au schéma électrique de la figure 1 met tout de suite en évidence la double nature de ce dispositif pouvant fonctionner en commande manuelle ou automatiquement.
On aura noté, en outre, la présence d’un interrupteur crépusculaire permettant d’allumer le clignotant seulement la nuit, ce qui économisera la pile.
L’ensemble fonctionne avec un circuit intégré CMOS 4093 contenant quatre portes logiques NAND à entrées à “trigger” de Schmitt, dont l’intérêt est d’avoir des seuils de commutation différents selon l’état logique de la sortie : 0 ou 1.
Le clignotement est obtenu grâce à trois LED pilotées, en parallèle, par un transistor NPN (T1) dont la base reçoit le signal rectangulaire produit par un multivibrateur astable constitué par la porte logique U1b. Cette dernière est rétro-actionnée par une résistance provoquant, par l’intermédiaire de la sortie de la NAND, la charge et la décharge du condensateur électrolytique C2. Le fonctionnement s’explique en partant (par hypothèse) du moment où le condensateur est déchargé et où, de ce fait, la broche 6 de U1b est au 0 logique et la broche 5 au niveau logique haut (1). Dans ces conditions, la sortie de la NAND est au niveau logique haut (1) et la résistance R3 est traversée par un courant chargeant C2 jusqu’à ce que la tension aux bornes de ce dernier atteigne le seuil de commutation correspondant à la sortie à l’état logique 1. A cet instant, les deux entrées sont au niveau logique haut (1) et U1b met sa propre sortie au 0 logique. Cette nouvelle situation provoque la décharge de C2 à travers la résistance R3 : à un certain point, la tension aux bornes du condensateur électrolytique atteint le seuil correspondant au 0 logique avec sortie au niveau logique bas.
Maintenant U1b se retrouve avec sa broche 6 au niveau logique bas (0) et force sa propre sortie à prendre le niveau logique haut (1). On est revenu à la situation de l’hypothèse initiale et le cycle recommence. Il s’agit d’un phénomène cyclique produisant une onde rectangulaire, déterminée par les commutations continuelles de la sortie de U1b. Bien entendu, cela vaut aussi longtemps que la broche 5 demeure au niveau logique haut (1) : si cette broche est portée au niveau logique bas (0), l’onde se bloque car la sortie est forcée inconditionnellement au 1 logique (dans une NAND, la sortie est au 1 logique si au moins une entrée est au 0 logique).
Pour activer et désactiver le clignotement, nous jouons justement sur ce détail. Avec une autre porte (U1a) nous avons réalisé un interrupteur contrôlé par deux paramètres : le degré de luminosité ambiante détecté par une photorésistance et l’état d’un micro-interrupteur, substituable avec un relais “reed”.
Voyons comment fonctionne le contrôle en remarquant que l’état logique de la sortie dépend de la condition de la broche 1 et de celle de la 2. La broche 1 est normalement au niveau logique bas (0), état qui mettrait au 1 logique la broche 3 et, de ce fait, forcerait au 0 logique la broche 11, empêchant le fonctionnement du monostable.
C’est pourquoi elle est reliée à la ligne positive de l’alimentation, fermant les contacts ENABLE (habilité) avec un micro-interrupteur. En utilisation cycliste, vous pouvez envisager de connecter ces points à un relais “reed” fixé à la fourche (avant ou arrière), l’aimant étant fixé sur un rayon de roue, de telle manière que celle-ci, en tournant, produise la fermeture cyclique (c’est le cas de le dire !) des contacts du “reed”.
Les impulsions qui en dérivent sont suffisantes pour charger le condensateur C1, assez lentement pour maintenir au 1 logique la broche 1 de U1a pendant 2 minutes environ. Ce retard permet de maintenir allumée le clignotant à haute comme à basse vitesse et, même si le cycliste s’arrête jusqu’à 2 minutes (par exemple à un feu rouge, un stop, etc.), il restera éclairé et visible des automobilistes.
Le contrôle crépusculaire est obtenu par la photorésistance FR1 dont la résistance est inversement proportionnelle à la luminosité ambiante : donc, la nuit, la résistance croît suffisamment pour que la broche 2 de U1a passe au niveau logique haut (1) et active le multivibrateur astable. Le trimmer RV1 permet de paramétrer le niveau de seuil lumineux à partir duquel le circuit doit entrer en fonctionnement : plus grande est le résistance insérée, plus il doit faire nuit pour obtenir l’allumage de l’appareil. Ce qui se comprend car en augmentant la résistance en série avec FR1, la valeur résistive de cette dernière doit croître davantage, sinon le potentiel appliqué à la broche 2 de la NAND U1a ne pourrait atteindre le 1 logique.
Avant de conclure, notez un dernier détail du schéma électrique : la porte U1 a été insérée essentiellement pour garantir que, le multivibrateur astable étant bloqué, les LED soient éteintes. Elle inverse l’état logique présenté par la broche 4 quand la broche 5 est au 0 logique, ce qui met également à 0 la base de T1. Ce dernier est ainsi interdit, ne conduit pas et laisse les LED éteintes.
Le circuit fonctionne sous les 9 V d’une pile type 6F22 (figure 2) à relier aux points “+ et – V”. La diode D1 sert à éviter des interférences avec la logique de contrôle quand les LED s’allument.
En effet, en particulier si la pile est sur le point d’être déchargée, la fermeture des trois LED sous l’action du transistor détermine une consommation de courant telle que la tension diminue sensiblement, assez pour faire commuter inutilement l’interrupteur crépusculaire ou la sortie de la NAND U1a.

Figure 1 : Schéma électrique du clignotant avec interrupteur crépusculaire et capteur de mouvement.

Liste des composants
R1 = 100 Ω 1 W
R2 = 2,2 MΩ
R3 = 1 MΩ
R4 = 100 kΩ
R5 = 100 kΩ
R6 = 10 kΩ
RV1 = 100 kΩ trimmer
FR1 = Photorésistance 5 kΩ/100 lux, 1 kΩ/0 lux
C1 = 47 μF 16 V électrolytique
C2 = 1 μF 16 V électrolytique
D1 = Diode GF1 A
T1 = NPN BCV47
LD1 = LED haute luminosité 10 mm rouge
LD2 = LED haute luminosité 10 mm rouge
LD3 = LED haute luminosité 10 mm rouge
U1 = Intégré 4093

Divers :
1 prise de pile 6F22 9V
1 circuit imprimé cod. S0434

Tous les composants sont des CMS.


Figure 2 : L’appareil en état de fonctionner.

La réalisation en CMS permet de minimiser l’encombrement de la platine qui est plus petite que la pile 9 V 6F22. Le tout prendra place dans un petit boîtier plastique avec, en extérieur, l’interrupteur M/A (ou le reed) et la photorésistance.

Figure 3 : La réalisation pratique du clignotant avec interrupteur crépusculaire et capteur de mouvement.
Le montage du dispositif a été prévu en CMS pour des raisons évidentes d’encombrement.
Le circuit imprimé, dont la figure 3d donne le dessin à l’échelle 1, pourra être réalisé par la méthode décrite dans l'article : "Comment fabriquer vos circuits imprimés facilement ?".
Les CMS sont parfaitement soudables avec un petit fer (25 ou 30 W à panne fine, tinol diamètre 0,5) pour peu que vous apportiez un grand soin à leur positionnement, en particulier celui du circuit intégré : maintenez-le dans la bonne position avec une pince à épiler fine, puis soudez une broche de chaque côté, ensuite soudez les autres broches. Même chose pour les résistances et les condensateurs. Plus que jamais, vérifiez bien la polarité des électrolytiques, de la diode, du transistor et des LED (ces dernières sont les seuls composants traditionnels avec la photorésistance). Le trimmer (CMS lui aussi) sera monté comme le montrent les figures 3a et c.
Les diodes sont de type géant à très forte émission. La photorésistance est à insérer et à souder dans les trous qui lui sont destinés. Pour l’alimentation, connectez au circuit imprimé les deux fils rouge (+) et noir (–) de la prise de pile 6F22 de 9 V.
Il vous reste à décider de la destination du clignotant : si vous voulez l’utiliser pour être vus quand vous faites votre jogging le soir à la fraîche, il vous suffit de relier un petit interrupteur aux points “ENABLE”, il vous servira d’interrupteur ON/OFF. Vous devrez, en outre, régler le trimmer de manière à ce que le circuit commence à éclairer seulement quand il fait noir ou presque (faites ce réglage en couvrant la photorésistance avec une main ou enfermez-le dans une boîte puis vérifiez que les LED clignotent. Sinon, agissez sur le trimmer en augmentant sa résistance et refaites l’essai).
Le même réglage est à faire aussi dans le cas d’une utilisation à vélo (comme éclairage arrière). Dans ce dernier cas, il faut paramétrer le fonctionnement automatique en confiant le contrôle à un relais “reed” : choisissez une ampoule “reed” avec contacts normalement ouverts et connectez-la aux points “ENABLE” à l’aide de deux fils de longueur suffisante pour aller jusqu’à la fourche (arrière de préférence) où le relais sera fixé. On pourra réaliser cette fixation avec du ruban adhésif ou du mastic-colle au silicone (attention ! aucun contact ne doit toucher la fourche métallique de la bicyclette). Notez que l’ampoule “reed” doit être placée sur la face interne de la fourche, tournée vers la roue et à une hauteur correspondant au passage des rayons au plus près de la fourche. A un de ces rayons vous devrez fixer un petit aimant de telle manière que, quand la roue tourne, il passe assez près de l’ampoule pour en fermer les contacts.
Vous pouvez faire une rapide vérification en testant les fils de sortie du “reed” avec un multimètre réglé en test de continuité : placez la roue de manière à ce que l’aimant soit au plus près du “reed” et voyez sur le multimètre si les contacts ont collé. Sinon, rapprochez encore l’aimant. Quand la bonne position est trouvée, fixez très solidement l’aimant (et le “reed” si ce n’est déjà fait) afin de ne pas les perdre. La colle au silicone est d’une très grande efficacité, surtout si vous avez pris soin de bien dégraisser avec un solvant doux les parties à coller. Fixez le circuit sous la selle (sur le garde- boue ou sur le porte-bagage si le vélo en est doté, sinon sur l’axe de la selle : il y en a forcément un !). Vous pouvez protéger le montage par un petit boîtier plastique, devant aussi abriter la pile 6F22 de 9 V, afin de lui donner une bonne étanchéité.
Percez le côté du boîtier pour le passage des trois LED qui, bien sûr, doivent être tournées vers l’arrière de la bicyclette. Un quatrième trou sera pratiqué pour que la photorésistance soit éclairée le jour et ne permette pas l’allumage de l’appareil. Un autre trou enfin permettra le passage des deux fils allant au “reed”.
Profitez bien de la fraîcheur des soirs d’été à vélo ou en courant car désormais vous serez vus, donc en sécurité.

Figure 3a : Schéma d’implantation des composants.

Figure 3b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé. Il pourra être réalisé par la méthode décrite dans l'article : "Comment fabriquer vos circuits imprimés facilement ?".

Figure 3c : Photo d’un des prototypes vu du côté des LED et de la photorésistance.

Figure 3d : Photo d’un des prototypes vu du côté composants/cuivre (montage CMS)

Figure 4 : Le montage sur le vélo.

Si le clignotant est monté sur une bicyclette, il est possible d’obtenir la mise en marche automatique de l’appareil dès qu’on commence à pédaler. Pour cela, il est nécessaire d’utiliser, à la place de l’interrupteur M/A, un relais “reed” fixé sur la fourche et un petit aimant collé sur un rayon de la roue. Bien sûr, l’aimant doit être positionné de telle sorte qu’il puisse agir sur le “reed” à chaque tour de roue. Chaque impulsion du “reed” maintient en fonctionnement le dispositif pour environ 2 minutes, ce qui permet, en cas d’arrêt momentané (à un feu rouge ou à un passage à niveau, etc.), d’être toujours éclairé. Rappelons enfin que, même s’il est activé par l’interrupteur ou le “reed”, l’appareil demeure éteint si la photorésistance détecte un certain niveau de lumière ambiante.

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