Lucrare de licență [309807]

Universitatea Politehnica Timișoara

Facultatea de Mecanică

Departamentul de Mecatronică și Robotică

Lucrare de licență

Coordonator: Student: [anonimizat].Dr.[anonimizat], 2018

Universitatea Politehnica Timișoara

Facultatea de Mecanică

Departamentul de Mecatronică și Robotică

Sistem inteligent de semnalizare

pentru bicicliști

Coordonator: Student: [anonimizat].Dr.[anonimizat]

1. Introducere

1.1 [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat] 2011 [1], cu privire la populația lumii care trăiește în zona urbană era de 50,5%. Acest proces se datorează avantajelor pe care le au orașele mari: [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat].

Una din marile probleme cu care se confruntă guvernele țărilor în curs de dezvoltare o reprezintă transportul. Actualele sisteme de transport și infrastructura aferentă care s-au realizat ca răspuns al nevoilor societății nu țin pasul cu creșterea orașelor. În zilele noastre, s-a pus foarte mare accent pe planificarea transportului și implementarea diferitelor facilități pentru transportul motorizat în detrimentul transportului nemotorizat.

[anonimizat] (1.4 miliarde de bucăți în uz) conform „Princeton's International Networks Archive”, care oferă o [anonimizat].

Figura 1.1 [anonimizat], [anonimizat]-un lanț roții motoare (roata din spate) [dex].

Acest mijloc de deplasare a [anonimizat], în Germania de către baronul german Karl Drais în anul 1817. El poate fi folosit ca mod de recreație sau ca mijloc de transport în multe regiuni și în diverse domenii: [anonimizat], fitness și activități sportive precum ciclismul.

[anonimizat], [anonimizat], a fost necesară dezvoltarea și realizarea unor sisteme de siguranță caracterizate prin diverse dispozitive și costume speciale ([anonimizat]). [anonimizat] (vizuale și sonore), [anonimizat] (vestă reflectorizantă), dispozitive de protecție (cască) și recomandă orice altă modalitate de prevenire a accidentării (cotiere, genunchiere etc.).

[anonimizat]. [anonimizat]-mașină, mult mai “șifonat” [anonimizat], [anonimizat].

În continuare vor fi prezentate 10 cauze de accidente posibile în care este implicat biciclistul:

Intersecția din dreapta.

În această situație există două perspective diferite, adică ce vede biciclistul și ce vede șoferul autovehicului

Ce vede biciclistul: Acesta vede o mașină care iese de pe strada din dreapta, parcarea din dreapta sau de pe carosabilul din dreapta. Astfel sunt posibile două tipuri de coliziuni:

biciclistul este deja în fața mașinii și mașina îl lovește ;

mașina este deja în fața biciclistului și acesta se lovește de mașină.

Cum se poate evita această coliziune:

biciclistul să pedaleze mult spre stânga.Se poate observa în imagine că sunt prezente 2 linii albastre “A” și “B”. Mulți bicicliști sunt obișnuiți să pedaleze de-a lungul liniei “A” adică foarte aproape de curbă, deoarece le este frică să nu îi lovească o mașină din spate.Așadar nu este indicată linia A, dar linia B este mult mai sigură, deoarece șoferul mașinii poate observa mult mai ușor prezența altui vehicul.

claxonul.Folosirea unui claxon, în unele cazuri poate salva viața unui biciclist. Este nevoie de un claxon puternic, deoarece șoferul autovehicului poate asculta muzică sau nu este atent la trafic și astfel să nu audă biciclistul care claxonează.

folosirea unui far, atașat bicicletei. Este foarte indicat pentru bicicliștii care circulă mai mult noaptea. Chiar și pe timpul zilei, un far cu lumină intermitentă poate crește vizibilitatea în trafic. Există faruri moderne cu LED-uri care sunt chiar și de 10 ori mai eficiente decât cele vechi.

biciclistul să încetinească. Este indicat pentru biciclist să încetinească când se apropie de o intersecție, adică să fie cu ochii în patru, deoarece nu se știe niciodată când un șofer al unui automobil poate să treacă prin intersecție fără să se asigure.

Ce vede șoferul: Șoferul intră pe stradă din intersecție, parcare sau alee. Aici sunt posibile două tipuri de accidente:

fie bicicleta apare în fața șoferului și o lovește;

fie șoferul intră pe stradă și lovește biciclistul care vine din stânga lui.

Figura 1.2 Intersecția din dreapta

O portieră în nas

Un șofer neatent deschide portiera mașinii fără a se asigura dacă lovește pe cineva, cum ar fi un biciclist. Astfel șoferul îl poate lua prin surprindere într-un mod neplăcut pe biciclist, dacă acesta nu reușește să frâneze la timp și intră în coliziune cu șoferul.

Ce vede ciclistul: Un șofer deschide portiera chiar în fața ciclistului. Ciclistul intră direct în aceasta, dacă nu poate frâna la timp.

Biciclistul poate evita acest tip de coliziune dacă pedalează mult spre stânga, astfel încât să nu fie nevoit să intre direct în portieră.

Ce vede șoferul: Șoferul deschide portiera mașinii fără să se asigure și astfel un biciclist poate intra direct în portieră.

Șoferul poate evita acestă coliziune dacă este puțin atent în momentul în care deschide portiera, uitându-se prima dată în oglinda retrovizoare, apoi să deschidă portiera. Spre exemplu dacă în mașină pe bancheta din spatele șoferului se află un pasager care dorește să coboare, ar trebui să deschidă portiera foarte puțin ca să vadă daca se apropie vreun biciclist, dacă totul este în regulă poate deschide liniștit portiera pentru a ieși din mașină.

Figura 1.3 O portieră in nas

Semaforul

În această situație biciclistul oprește la semaforul roșu în dreapta unei mașini care deja așteaptă la semafor.Șoferul nu îl observă în momentul în care biciclistul o ia pe direcția înainte, iar șoferul virează dreapta direct peste biciclist.

Ce vede ciclistul: Ciclistul se oprește în dreapta unei mașini care asteaptă la semafor sau la un semn de STOP. În aceasta situație, ciclistul aflându-se pe partea dreaptă, șoferul nu îl poate observa. Dacă șoferul virează dreapta, lovește în plin ciclistul.

Ciclistul poate evita această coliziune dacă se oprește unde șoferul mașinii îl poate observa. În imaginea de mai jos sunt prezentate două puncte: “A” și “B”.Este indicat pentru biciclist să oprească în punctual “A” pentru a fi ușor de observat de către primul șofer, iar în punctul “B” , prima mașina nu îl poate observa, dar a doua mașina cu siguranță îl vede. În momentul în care s-a făcut verde la semafor și ciclistul se află în punctul A , atunci acesta trebuie să traverseze cat mai repede, iar dacă se află în punctul B, ar trebui să aștepte până trece prima mașină, în acest fel, a doua mașină îl poate observa foarte usor.

Ce vede șoferul: Șoferul oprește la semafor sau la un semn STOP pe banda dreaptă. Un biciclist oprește tot pe partea dreaptă a mașinii, astfel șoferul nu îl poate observa.

Cum poate un șofer să evite această coliziune:

folosirea semnalizării. Dacă șoferul semnalizează corect și din timp, biciclistul știe cum să reacționeze astfel încât să nu facă accident cu șoferul.

vigilența și atenția înainte de a vira. Nu toti cicliștii sunt conștienți de pericolul pe care îl pot crea dacă circulă în fața mașinii sau în lateralul unui șofer. Aceștia trebuie tot timpul să se asigure înainte de a vira la dreapta când placă de la STOP sau de la semafor.

Figura 1.4 Semaforul

Cârligul pe dreapta (varianta 1)

Acest tip de coliziune se întamplă atunci când o mașină taie calea unui ciclist și imediat dupa aceea virează la dreapta, direct în fața ciclistului. Acest viraj se poate realiza la o intersecție, alee sau parcare. Cel mai probabil cauza acestei coliziuni este șoferul care nu poate aprecia viteza ciclistului.

Ce vede ciclistul: O mașină face o depașire și virează la dreapta direct în fața ciclistului sau direct în el. Acest tip de coliziune este destul de greu de evitat pentru că ciclistul realizează în ultima clipă care este pericolul și astfel nu mai are timp să se ferească.

Cum poate ciclistul să evite acest gen de accident:

Poate circula pe partea stângă. Circulând pe banda stângă, este mai greu pentru șoferi să efectueze o depașire sau să taie calea biciclistului.

În general legea rutieră prevede ca o bandă să aibă lățimea minimă egală cu a unei mașini.

Biciclistul poate folosi oglinda retrovizoare înainte de a intra într-o intersecție. Când trece printr-o intersecție, trebuie să fie foarte atent la ceea ce se află în jurul lui.

Ce vede șoferul: Șoferul depășește un biciclist și virează la dreapta. Biciclistul se lovește de partea dreaptă a mașinii sau șoferul lovește biciclistul în plin.

Cum poate șoferul să evite această coliziune:

Folosind oglinda retrovizore. Nu este indicat ca șoferul să vireze brusc în fața unui vehicul pe care tocmai la depașit fără să se uite în oglinda retrovizoare.

Semnalizarea din timp, când urmează o schimbare de direcție. Este ilegal ca o persoană care conduce un vehicul să vireze fără să semnalizeze. Executarea unei astfel de manevre cu siguranță poate conduce la un accident. Dacă un ciclist observă că mașina din fața lui semnalizează în momentul în care schimbă direcția de mers, acesta știe cum să reacționeze astfel încât sa evite un posibil accident.

Viteza unei biciclete. Pe un drum drept o bicicletă poate circula cu o viteză cuprinsă intre 9 si 49 de km/h. Cicliștii care coboară un deal au o viteză mai mare și un ciclist care urcă un deal are o viteză mai mică.

Figura 1.5 Cârligul pe dreapta(varianta 1 )

Cârligul pe dreapta(varianta 2)

În acest caz ciclistul depășește mașina sau o altă bicicletă virând dreapta, când mașina sau bicicleta virează brusc la dreapta într-un ciclist.

Ce vede un ciclist: Ciclistul depășește un vehicul care circulă cu viteză redusă pe partea dreaptă, când din senin virează dreapta și îl accidentează.

Cum poate evita ciclistul această coliziune:

Depășirea pe partea dreaptă interzisă. Pentru un ciclist cel mai sigur este să nu depășească pe partea dreaptă nici un vehicul, deoarece îi poate pune în pericol viața. Dacă o mașină se află în fața unui biciclist, este indicat pentru acesta să circule cu aproximativ 16 km/h, apoi să încetinească în spatele ei. Dacă mașina respectivă nu crește viteza, biciclistul poate încerca o depășire pe partea stângă, în momentul când acesta este sigur că poate realiza manevra respectivă.

Ciclistul să fie vigilent înainte de a vira. Este foarte important ca biciclistul să aibă ochii în patru în momentul în care schimbă direcția de mers.

Semnalizarea virajului. De exemplu daca biciclistul dorește să vireze la dreapta, ar trebui să semnalizeze în așa fel încât restul participanților la trafic să observe ceea ce intenționează, asfel se poate evita producerea unei coliziuni.

Ce vede un șofer: Șoferul depășește un ciclist și apoi virează dreapta. Ciclistul se lovește de partea laterală a mașinii sau șoferul neatent loveste biciclistul.

Cum poate evita șoferul acest gen de accident:

Folosirea oglinzilor retrovizoare. Este indicat pentru toți șoferii să folosească oglinzile retrovizoare când schimbă direcția de mers sau când vor să schimbe banda.

Atenția sporită față de bicicliștii care circulă pe trotuar. Deși ciclismul pe trotuar este interzis prin lege în unele țări, mulți își riscă viața încălcând legea. Un biciclist care circulă pe trotuar poate să facă o depășire periculoasă pe partea dreaptă a unei mașini, asfel riscă să fie accidentat de alt autovehicul.

Figura 1.6 Cârligul pe dreapta(varianta 2 )

Trecerea pe stânga

În următoarea situație o mașină virează stânga și apreciază greșit viteza unui biciclist sau nu îl observă. Astfel sunt prezente două tipuri de coliziuni:

ciclistul era deja în fața mașinii, aceasta lovindu-l;

mașina virează direct în fața ciclistului și ciclistul lovește mașina.

Ce vede ciclistul: Ciclistul vede o mașină care vine spre el și face stânga chiar în fața lui sau intră direct în el.

Cum poate ciclistul să evite acest incident:

Folosirea unui far. Este indicat în special pentru bicicliștii care circulă noaptea. Farul atașat bicicletei este impus prin lege.

Îmbrăcăminte de culoare deschisă. Bicicletele nu sunt așa de ușor observabile la fel ca mașinile. Purtarea unei veste galbene sau portocalii cu detalii reflectorizante, vine în ajutorul biciclistului, deoarece aceste detalii atrag atenția celorlalți participanți la trafic.

Reducerea vitezei. În special în curbe unde vizibilitatea este redusă este indicat pentru biciclist să încetinească, deoarece în cazul apariției unui pericol este mult mai ușor să reducă viteza sau să ocolească posibilul pericol.

Ce vede un șofer: Teoretic șoferul nu vede deloc ciclistul ,sau îl vede dar cu siguranță nu aproximează corect viteza acestuia.

Cum poate un șofer să evite această coliziune:

Viteza cu care un biciclist circulă. În general un biciclist poate circula cu o viteză cuprinsă între 5 și 30 km/h. De regulă viteza bicicliștilor este mai mare la coborâre și mai mică la urcare.

Aprecierea distanței. Experiența se dobândește cu timpul, acest lucru se aplică și în acest caz, în sensul că dacă șoferul conduce mai des, apreciază mult mai bine distanța. Este bine să se asigure de două ori înainte de a face o manevră.

Figura 1.7 Trecerea pe stânga

Pericolul vine din spate(varianta 1)

În această situație un ciclist circulă pe banda special amenajată pentru bicicliști, la un moment dat în față apare un obstacol, încercând sa-l evite virează puțin stânga fără să se asigure și astfel este lovit din spate de o mașină.

Ce vede un ciclist: Biciclistul încearcă să evite un obstacol sau o mașină parcată și este lovit de o mașină care vine din spate.

Cum poate ciclistul să evite această coliziune:

Atenție sporită. Înainte de a face o manevră, ciclistul ar trebui să se uite în oglinda retrovizoare sau să se uite puțin în spate pentru a vedea dacă există șansa de a fi lovit de o mașină.

Circulația printre mașini. Când mașinile sunt parcate pe partea dreaptă, este indicat pentru biciclist să aprecieze cât mai bine distanța, deoarece un șofer care deschide portiera mașinii fără să se asigure poate lovi direct biciclistul.

Ce vede șoferul: Șoferul depășește un ciclist care se află pe partea lui stângă, biciclistul virează brusc stânga direct în fața șoferului.

Cum poate evita șoferul acest gen de coliziune:

Cel putin un metru între șofer și ciclist. Acest spațiu de un metru este o metodă de siguranță foarte bună atât pentru ciclist cât și pentru șofer, drept urmare este mai puțin probabil ca biciclistul să vireze brusc stânga.

Condițiile de drum. Condițiile de drum nu sunt tot timpul cele mai bune, mai există gropi în asfalt, diverse obstacole de mici dimensiuni și alte imperfecțiuni ale drumului. Aceste imperfecțiuni pentru șoferi sunt mai ușor de suportat, dar pentru bicicliști nu este la fel. Spre exemplu dacă pe drum se află o groapă, șoferul poate să treacă peste ea cu mașina, dar biciclistul trebuie să o ocolească și astfel poate vira brusc într-o oarecare direcție și o mașină poate da peste el. Așadar păstrarea unei distanțe de cel puțin un metru poate ajuta la evitarea unui astfel de accident.

Figura 1.8 Pericolul vine din spate(varianta 1)

Pericolul vine din spate(varianta 2 )

În acest caz biciclistul este lovit din spate de către o mașină. Pe timpul zilei se întâmplă mai rar, dar noaptea este mult mai probabil să se întâmple acest gen de accident, mai ales dacă biciclistul nu are far pe partea din spate a bicicletei.

Ce vede biciclistul: O mașina lovește biciclistul în partea din spate. Pentru ca acest gen de accident să nu se producă, biciclistul ar trebui să circule pe benzi special amenajate pentru biciclete.

Cum poate evita ciclistul această coliziune:

Farul pe spate. Dotarea bicicletei cu faruri este obligatorie prin lege. Acestea sunt foarte folositoare mai ales noaptea, deoarece cresc vizibilitatea, atat pentru biciclist cât și pentru ceilalți participanți la trafic.

Oglinda retrovizoare. Oglinzile retrovizore sunt de mare ajutor pentru bicicliști, deoarece acestea oferă încredere biciclistului, în momentul în care le are atașate bicicletei. Pentru un biciclist este mult mai ușor și mai practic să folosească oglinzile retrovizoare, astfel el poate observa dacă în spatele lui se află vreun autovehicul.

Ce vede șoferul: În această situație șoferul nu îl vede pe ciclist și drept urmare îl lovește.

Cum poate șoferul să evite această coliziune: Șofeul trebuie să fie tot timpul atent și vigilent când se află în trafic.

Figura 1.9 Pericolul vine din spate(varianta 2)

Coliziunea la traversare

În această situație un biciclist circulă ilegal pe trotuar și traversează strada la o intersecție. O mașină virează la dreapta și se ciocnește cu acesta.

Ce vede biciclistul: Spre exemplu biciclistul circulă ilegal pe trotuar și traversează strada în timp ce o mașină virează la dreapta lovindu-l.

Cum poate evita ciclistul coliziunea: Ciclistul poate evita coliziunea dacă nu trece pe bicicletă pe trecerea de pietoni, ceea ce este și interzis prin lege sau dacă nu traversează cum se observă în imagine sau să circule pe trotuar, deoarece o mașină poate să iasă din parcare sau din garaj și să îl lovească.

Ce vede șoferul: Șoferul se află într-o intersecție și vrea să vireze la dreapta, unde brusc apare o bicicletă în fața lui. Șoferul este atent la pietoni, dar o bicicletă este mult mai rapidă decât un pieton, dacă aceasta trece în viteză pe trecere sau printr-o intersecție există riscul să fie lovit.

Cum poate evita șoferul coliziunea: Vigilența este cea care îl poate ajuta pe șofer. Acesta trebuie tot timpul să fie cu ochii în patru, având în vedere că unii pietoni și bicicliști nu sunt atenți la trafic, astfel șoferul trebuie să fie atent și la pietoni și la bicicliști.

Figura 1.10 Coliziunea la traversare

Pericolul pe contrasens

Pentru un biciclist este foarte periculos dacă circulă pe partea greșită a drumului, cum ar fi pe stânga împotriva traficului.

Ce vede biciclistul: Dacă un biciclist circulă pe partea greșită a drumului are toate șansele să fie lovit de o mașină.Șoferii nu observă cu ușurință dacă biciclistul vine din dreapta, ei fiind atenți la ce se întâmplă în partea dreaptă.Așadar ei nu se așteaptă ca un biciclist să apară în fața lor din partea greșită a drumului.

Cum poate evita biciclistul coliziunea: Biciclistul poate evita acest gen de coliziune dacă circulă în același sens cu traficul. Mașinile pot ieși de pe străzi laterale, din parcări sau intersecții și nu au o vizibilitate foarte bună, astfel fiind șanse foarte mari ca să lovească un biciclist.

Figura 1.11 Pericolul pe contrasens

1.2 Tema proiectului

Tema prezentului proiect constă în realizarea practică a unui sistem de semnalizare pentru bicicliști de tip hanorac, dotat cu LED-uri care ajută foarte mult participantul la trafic. Ideea per ansamblu este simplă, dar utilitatea este ridicată, în sensul că, biciclistul nu mai trebuie sa ridice mâna de pe ghidon ca să semnalizeze în modul “clasic”, deoarece sistemul este prevăzut cu două butoane, câte unul pentru fiecare mână, atașate pe marginea mânecii, iar LED-urile încorporate în hanorac, prezente pe spate, vor indica direcția, STÂNGA sau DREAPTA. LED-urile sunt cusute sub formă de cap de săgeată pentru ca indicația vizuală să fi cât mai sugestivă pentru participanții la trafic, care se află în spatele celui care poartă acest hanorac.

Dimensiunile hanoracului:

Acest tip de hanorac ajută fiecare individ să fie în siguranță. Hanoracul se produce pe dimensiuni, deoarece și corpul uman, diferă de la persoană la persoană. Acest obiect vestimentar este ușor adaptabil oricărui tip de persoană punându-l într-o postură sigură și asigurându-i confortul de care are nevoie orice biciclist.

1.4 Motivație

Întrebarea în jurul căreia se învârte problema este DE CE ? Din cele prezentate mai sus, ne putem da seama că acest proiect ajută atât estetic cât și util. Acest proiect este o soluție în diminuarea accidentelor, implicate în trafic și totodata îi ajută și pe ceilalți participanți. Acest hanorac este un obiect util societății.

1.5 Obiective

Obiectivul principal al acestui proiect, este acela de a reduce munca bicicliștilor sau a motocicliștilor. Drept urmare nu mai este nevoie ca persoana care conduce vehiculul să își ridice mâinile de pe ghidon pentru a semnaliza în ce direcție dorește să vireze.

Această metodă poate contribuii la reducerea accidentelor în care este implicat un vehicul prevăzut cu două roți, fapt ce s-ar datora într-o anumită măsură stabilității echilibrului persoanei care se afla pe bicicletă, deoarece nu mai este nevoie să conducă cu o mână sau fără mâini pe ghidon în momentul semnalizării. Cu ajutorul sistemului de semnalizare menționat cei din trafic, prezenți în spate, pot vedea clar și concret în ce direcție, persoana aflată pe bicicletă, dorește să vireze.

2. Stadiul actual

2.1 Sisteme generale de siguranță pentru bicicliști

Până în momentul de față au fost dezvoltate diverse variante de sisteme și dispozitive de siguranță pentru bicicliști. În cele ce urmează vor fi prezentate succint câteva dintre acestea.

Casca de protecție

Casca de protecție este un element foarte important din echipamentul de protecție necesar fiecărui biciclist/motociclist. Protecția capului este absolut necesară, mai ales in cazul unui accident, dacă această cască este realizată dintr-un material de bună calitate poate salva viața persoanei respective.

Figura 2.1 Cască de protecție

La această categorie mai putem vorbi și de un prototip care a apărut în urmă cu câțiva ani (2012), numită cască airbag. Scopul acestei este de a spori siguranța în trafic și este o alternativă pentru oamenii care nu poartă cască de biciclist. Airbag-ul este conceput ca un guler care se află în jurul gâtului celui care îl poartă. Airbag-ul din interiorul gulerului este pliat, acesta se activează în momentul în care se produce un accident. Este creat pentru a putea fi folosit de toate categoriile de vârstă. În timpul unui accident, această cască rezistă la mai multe lovituri multiple. Casca respectivă are inclus un cip care înregistrează ultimele 10 secunde din mișcarea pe care biciclistul a făcut-o înaintea accidentului.

Figura 2.2 Casca airbag

Cotiere

Pentru o bună protecție a biciclistului sunt necesare cotierele. Cu toate că multă lume nu le poartă, ele au fost create cu un scop și au rolul lor. Orice individ care a mers pe o bicicletă, a avut parte de un accident, din care a avut de suferit. Sunt de părere că bicicliștii profesioniști le poartă, în special cei care fac diverse cascadorii și acrobații, deoarece au avut parte de multe căzături și astfel cotierele au venit în ajutorul lor.

Figura 2.3 Cotieră

Genunchere

Pentru un biciclist este foarte important să își protejeze tot corpul, deci și picioarele, mai exact genunchii, deoarece daca ai parte de un accident nefericit în care un genunchi sau ambii au fost grav accidentați, acest lucru poate avea un efect foarte neplăcut asupra funcțiilor motorii ale corpului, mai ales dacă unul din picioare este rupt la nivelul genunchiului, în urma unei cascadorii sau acrobații. Persoana poate suferii toată viața, dacă în urma unui accident nu se mai poate face nimic.

Figura 2.4 Genunchiere

Vestă reflectorizantă

Deși multă lume nu folosește vesta reflectorizantă, aceasta are rolul ei în siguranța oamenilor care se află în trafic. Presupunem următoarea situație: pe un carosabil neiluminat circulă un biciclist, care nu este echipat corespunzător, astfel încât să poată fi observat de ceilalți participanți la trafic. Acesta circulă pe șosea cu o viteză constantă, iar din spate vine un autovehicul cu o viteză destul de mare și îl lovește, deoarece nu la observat. Concluzia: dacă biciclistul era observat în vreun fel, adică dacă avea măcar vesta reflectorizantă (fig 2.5), acest incident nu s-ar fi întâmplat.

Figura 2.5 Vestă reflectorizantă

Odată cu evoluția tehnologiei, combinată cu invenția și inovația, s-a dezvoltat o vestă care afișează pe partea din spate viteza cu care biciclistul merge, acest lucru sporind siguranța în trafic, deoarece vehiculul din spate vede biciclistul și viteza pe care acesta o are. Acest produs este încă un prototip, așadar nu se află în producție. În timpul testării, s-a constat că viteza medie este între 15-25 km/h pentru o persoană obișnuită. Sistemul este realizat cu ajutorul unui senzor de viteză atașat roților care detectează viteza. Pe lângă acest senzor, mai conține și un mic calculator și un aparat portabil cu afișare numerică. Calculatorul este alimentat de un microcontroler cu o baterie de 9 volt.

Figura 2.6 Vestă de viteză

2.2 Sisteme de siguranță cu LED-uri

Stop cu LED indicator

Scopul acestui proiect este de a preveni coliziunile din spate prin semnalizarea cu ajutorul LED-ului, astfel încât persoana care se află în spatele biciclistului spre exemplu, poate observa că acesta a frânat, din diverse motive și astfel un dezastru poate fi evitat.

Acest dispozitiv inteligent poate fi montat în general pe orice bicicletă/motocicletă, de obicei sub scaun. Stopul este destinat să fie folosit pe drumurile principale, dar și pe traseele pentru bicicliști. Acest dispozitiv nu necesită instalări suplimentare și unul dintre avantajele majore este acela că bicicleta nu trebuie modificată în nici un fel, deci instalarea este foarte eficientă din acest punct de vedere. LED-urile luminează până când bicicleta se oprește, acestea devin mai intense în luminozitate când biciclistul încetinește.

Figura 2.7 Stop cu LED indicator

LED-uri atașate pe spițele roților

Scopul acestui dispozitiv este de a spori vizibilitatea pe timp de noapte, acest lucru realizându-se cu ajutorul LED-urilor care sunt atașate pe spițe.

Aceste LED-urile au fost create în special pentru bicicliștii care circulă mai mult noaptea sau pentru polițiștii care folosesc acest tip de vehicul pentru ași efectua activitatea sau pentru alte categorii de oameni care preferă acest dispozitiv.

În cele ce urmează LED-urile sunt montate pe spițe, cu condiția ca roata de la bicicletă să aibe un diametru de 60 cm sau chiar mai mare. Acestea pot fi programate pentru a avea diferite culori (roșu, albastru, verde etc.) și pot fi activate de mișcarea bicicletei. În momentul în care biciclistul pedalează, LED-urile sunt active, când bicicleta este în repaus sau stă pe loc, LED-urile se dezactivează. Dispozitivul este creat în așa fel încât să fie rezistent la apă în special la murdărie.

Figura 2.8 LED-uri atașate pe spițele roților

Jachetă cu LED-uri

Din cele menționate mai sus, au fost prezentate până în acest moment,doar dispositive adresate bicicliștilor, dar pot fi adaptate și pentru cei pasionați de motocicletă. Așadar în ceea ce urmează va fi prezentat și un dispozitiv care poate fi folosit cu încredere și de către motocicliști. Este vorba despre o jachetă pentru motocicliști cu LED-uri indicatoare care pot fi folosite pe post de stopuri.

Unul din scopurile proiectului este acela de a alimenta și controla stopurile, luminile de frână și cele de semnalizare prin intermediul sistemului electric al motocicletei. Sistemul de pe jachetă funcționează ca un sistem de semnalizare auxiliar care este sincron cu sistemul motocicletei.

Figura 2.9 Jachetă cu LED-uri

2.3 Concluzii

Tabel 1.1 Concluzii avantaje/dezavantaje

3. Sistemul de semnalizare

3.1 Componente

3.1.1 LilyPad Arduino

LilyPad Arduino este o plăcuță cu un microcontroler bazat pe ATmega168P sau ATmega328P. Această plăcuță este concepută special pentru îmbrăcăminte și e-textile.

Plăcuța poate fi cusută pe țesături de diferite tipuri cum ar fi: bumbac, sintetice, piele etc.

De menționat faptul că se poate folosi doar fir conductor(folosit la cusut) pentru ca plăcuța să funcționeze corect.

Oferă aceeași funcționalitate ca și restul plăcilor Arduino. Face parte din categoria plăcuțelor cu o greutate mică, formă rotundă special creată pentru a nu se agăța de materialul pe care este cusut.

Caracteristici tehnice:

Microcontroler ATmega168P sau ATmega328P

Tensiune de alimentare: 2.7-5.5 V

Tensiune de intrare: 2.7-5.5 V

Pini digitali I/O: 14

Pini analogici de intrare: 6

Curent consumat/pin: 40 mA

Memorie flash: 16 KB

SRAM: 1KB

EEPROM: 512 bytes

Frecvență: 8 MHz

Caracteristicile fizice:

Diametru- 50 mm

Grosime- 0.8 mm

Figura 3.1.1.1 LilyPad Arduino

Microcontrolerul ATmega328P

ATmega328 este un circuit integrat de performanță înaltă care se bazează pe un microcontroler RISC (Reduced Instruction Set Computer). Este unul dintre cele mai folosite microcontrolere. Acesta se programează în mod inițial cu ajutorul unor dispositive hardware adiționale, numite programatoare prin pinii ICSP (In-Circuit Serial Programming). Pentru a elimina necesitatea unor astfel de dispositive, pe acest microcontroler se scrie un bootloader, care este un mic program software ce preia instrucțiunile (codul programului) prin interfața serial și le scrie într-o zonă de memorie nevolatilă (Flash) de unde microcontrolerul le va interpreta și rula.

Figura 3.1.1.2 Microcontroler ATmega328P Schema electrică

Figura 3.1.1.3 Microcontroler ATmega328P Starea pinilor

3.1.2 FTDI (Future Technology Devices International) Basic Breakout 3.3 V

Acest integrat are o interfață FT232R care face legătura între USB și interfața serială UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter). UART este asincronă pentru că nu se transmite semnal de ceas pe linia de date serială. Interfața UART este alcătuită din două părți:

un receptor (receiver-Rx) care convertește un flux serial de biți în date paralele pentru microprocesor.

un transmițător (transmitter-Tx) care convertește datele paralele de la microprocesor într-un flux serial de biți, pentru transmisie.

Ieșirile acestei interfețe se potrivesc cu cablul FTDI pentru a putea lucra cu plăcile Arduino. Interfața poate fi folosită și pentru aplicații seriale generale cum ar fi transfer de date de la PDA (Personal Digital Assistant) la USB sau cititoare de carduri inteligente folosind USB.

Această placă va reinițializa automat orice placă Arduino care are pinul de resetare la un conector cu 6 pini.

Figura 3.1.2.1 FTDI

Figura 3.1.2.2 Ieșirile pinilor

Figura 3.1.2.3 Schematizare simbolică a pinilor

3.1.3 Alimentare electrică

Alimentarea electrică a întregului sistem se realizează cu ajutorul unui suport pentru baterie de tip AAA . Este un suport special creat pentru placuța LilyPad Arduino. Are o abilitate foarte importantă, aceea de a converti orice intrare de 1.2 V-5 V , într-o ieșire de 5 V. Altfel spus, se poate alimenta o placă cu o baterie de 1.5 V folosind acest suport special, care convertește cei 1.5 V în 5 V.

Figura 3.1.3.1 Alimentare electrică

Figura 3.1.3.2 Schema electrică

Bobina L1=47 uH

Condensatorul C10=68uF

3.1.4 Buton

Comutatorul este un buton de mici dimensiuni, care are o latură mai mică de 1 .Acest buton are un rol foarte important, deoarece el pornește sau oprește circuitul. Este atașat la capătul mânecilor hanoracului pentru a fi ușor de utilizat de către biciclist.

Butonul este un mecanism simplu de comutare, folosit pentru controlul unei mașini sau a unui proces. În general butoanele sunt făcute dintr-un material dur cum ar fi plastic sau metal.Suprafața de contact este de obicei plană sau are o formă special creată pentru degetul uman pentru a fi ușor de apăsat.Acest tip de buton este utilizat în domeniul calculatoarelor, telefoane vechi cu butoane, aparate de bucătărie și diverse alte dispozitive mecanice, electrice și electronice.În aplicațiile industriale și comerciale butoanele pot fi conectate împreună printr-o legătură mecanică, astfel acțiunea de apăsare a unui buton să-l facă pe celălalt să se elibereze.

Figura 3.1.4.1 Buton

Figura 3.1.4.2 Desenul 2D al unui buton

Figura 3.1.4.3 Configurația terminalelor și conexiunile interne

3.1.5 Cablul USB

Cablul USB face legătura între placa arduino și calculator. Acest cablu este necesar pentru a se putea scrie codul pe baza căruia plăcuța funcționează. Cablul este prevăzut cu două mufe standard diferite. O mufă este Mini-USB(1), iar cealaltă este mufă de tip A(2). Prima(1) se conectează la placuță, iar a doua(2) se conectează la calculator.

Figura 3.1.5.1 Cablul USB

Cablul USB (Universal Serial Bus) a apărut în 1994, prin intermediul unui consorțiu format de șapte companii mondiale în domeniul tehnologiei . Astfel sa creat un standard nou pentru comunicarea între periferice. Astazi USB-ul este cu adevărat “universal” și este foarte dificil să se mai descopere vreun dispozitiv care să fie fară port USB.

Întrebarea este, ce face mai exact acest cablu ? Acest cablu înlocuiește o mare varietate de conectori care erau folosiți în vechiul standard pentru comunicarea între porturile periferice și ale calculatoarelor, cum ar fi:porturi paralele, porturi seriale DB9, tastatură și mouse, joystick etc. USB simplifică procesul de instalare și înlocuire a hardware-ului făcând toate comunicațiile să adere la un standard serial care are loc pe un cablu de date cu fire torsadate și identifică dispozitivul conectat.

Figura 3.1.5.2 Standarde porturi USB

Standardul USB definește modul în care un dispozitiv discută cu gazda. Un dispozitiv USB nu poate iniția comunicarea, numai gazda poate, astfel chiar dacă este cablul potrivit conectarea a două dispozitive fără gazdă nu funcționează. De asemenea, deoarece cablurile USB poartă atât energie cât și date, conectarea a două gazde fără un dispozitiv între ele poate fi dezastruoasă provocând curenți mari, scurtcircuite, chiar incendii.

Figura 3.1.5.3 Tipuri de cabluri

Există două feluri de a trimite informații printr-un cablu sau chiar de la aplicație la aplicație: serial și paralel – serial înseamnă bit cu bit pe un singur canal de comunicație și paralel înseamnă tot bit cu bit dar in paralel pe mai multe canale de comunicație.

Avantajele acestei soluții față de interfața serială RS-232 sunt:

rata de transfer – poate atinge 12 Mbps față de 115 000 bps;

conectează pâna la 127 de dispozitive la calculator, (ceea ce înseamnă că operează ca o magistrală) față de numai 2 dispozitive;

ușor de utilizat de către utilizatorul final – adăugarea/eliminarea de dispozitive în/din sistem este foarte comodă;

are un protocol flexibil;

este o soluție ieftină de interconectare.

Magistrala USB definește trei categorii de dispozitive fizice:

Gazda USB;

Funcții USB;

Distribuitoare USB.

3.1.6 LED-uri

Un LED (EN: Light-Emitting Diode ; RO: diodă emițătoare de lumină) este o diodă semiconductoare ce emite lumină la polarizarea directă a joncțiunii p-n, efectul fiind o forma de luminescență.Semnul convențional al LED-ului este următorul:

Figura 3.1.6.1 Semnul conventional al LED-ului

Se poate spune că un LED este o sursă de lumină pe o suprafață mică (mai puțin de 1 ) adesea cu un sistem optic adăugat pe un cip pentru a da forma radiației și a ajuta în reflexie. Culoarea luminii emise depinde de compoziția și condițiile materialului semiconductor folosit și poate fi infraroșu, vizibil sau ultaviolet.

Simbolizarea unui LED

Orice LED are un anod și un catod, reprezentând plusul și minusul LED-ului.

Figura 3.1.6.2 Simbolizarea unui LED

Eficiența și parametrii de funcționare a LED-urilor

LED-urile indicatoare tipice sunt proiectate să funcționeze cel mult cu 30-60 mW de energie electrică. Unul dintre avantajele cheie ale LED-urilor este eficacitatea luminoasă ridicată. În 2002, Lumileds a facut LED-uri de 5 Wați cu o eficacitate luminoasă de 18-22 lumeni per watt (lm/W). Ca și comparație, un bec cu incandescență convențional de 60 sau 100 W are o eficiență de aproximativ 15 lm/W , iar iluminatul fluorescent standard de până la 100 lm/W.

Încă din anul 2012, catalogul Lumiled prezenta un tabel cu cele mai eficiente surse de lumină în funcție de culoare.

Tabelul 1.3 Eficiența LED-urilor în funcție de culoare

Performanța LED-urilor

Următorul tabel evidențiază parametrii de performanță pentru 4 tipuri de LED-uri, în care sa calculat și “durata de viață totală a LED-urilor”. Acest parametru reprezintă fluxul luminos măsurat cumulat pe întreaga durată de viață a LED-ului și se măsoară in megalumen-ore. Eficiența luminoasă pentru o lampă LED din anul 2012 este de 65 lm/W. Ultimul rând din tabel este calculat făcând raportul dinte eficiența luminoasă a celorlalte lămpi și cea a lămpii cu LED din 2012.

Tabelul 2.3 Parametrii de performanță

În acest proiect au fost folosite 12 LED-uri, dintre care 10 au fost cusute pe spatele hanoracului, iar restul câte unul pentru fiecare încheietură a mâinii. LED-urile sunt de tip curcubeu, adică au culori diferite cum ar fi:alb, roz, roșu, galben, verde, albastru.Aceste LED-uri pot fi folosite într-un interval de temperatură, cuprin între -30 șC și 90 șC.

Aceste LED-uri sunt create special pentru a putea fi cusute pe haine. Pe spatele fiecărui LED este scrisă culoarea, acest lucru ajută persoana care le folosește ca să facă diferența între fiecare LED.

Figura 3.1.6.3 LED-urile curcubeu

Schemele electrice pentru fiecare LED:

Fiecare LED este construit împreună cu o rezistență de 150 Ohm pentru a nu se distruge în cazul în care, LED-ul este supus la o tensiune mai mare decât limita pe care o are.

LED-ul alb

Parametrii raportați la temperatura ambiantă Ta=25 :

puterea disipată: 120 mW;

curent continuu: 30 mA;

tensiunea inversă: 5 V;

temperatura de operare și depozitare: -40 85 ;

Figura 3.1.6.4 Schema electrică LED alb

LED-ul roz

Parametrii raportați la temperatura ambiantă Ta=25 ℃:

puterea disipată: 76 mW;

curent continuu: 20 mA;

temperatura de operare: -20 80 ;

temperatura de depozitare: -30 100 ;

Figura 3.1.6.5 Schema electrică LED roz

LED-ul roșu

Parametrii raportați la temperatura ambiantă Ta=25 ℃:

puterea disipată: 78 mW;

curent continuu: 20 mA;

tensiunea inversă: 5 V;

temperatura de operare: -30 ℃ → 80 ℃ ;

temperatura de depozitare: -40 ℃ → 90 ℃ ;

Figura 3.1.6.6 Schema electrică LED roșu

LED-ul galben

Parametrii raportați la temperatura ambiantă Ta=25 ℃:

puterea disipată: 78 mW;

curent continuu: 30 mA;

tensiunea inversă: 5 V;

temperatura de operare: -30 ℃ → 80 ℃ ;

temperatura de depozitare: -40 ℃ → 90 ℃ ;

Figura 3.1.6.7 Schema electrică LED galben

LED-ul verde

Parametrii raportați la temperatura ambiantă Ta=25 ℃:

puterea disipată: 78 mW;

curent continuu: 30 mA;

tensiunea inversă: 5 V;

temperatura de operare: -30 ℃ → 80 ℃ ;

temperatura de depozitare: -40 ℃ → 90 ℃ ;

Figura 3.1.6.8 Schema electrică LED verde

LED-ul albastru

Parametrii raportați la temperatura ambiantă Ta=25 ℃:

puterea disipată: 78 mW;

curent continuu: 30 mA;

tensiunea inversă: 5 V;

temperatura de operare: -30 ℃ → 80 ℃ ;

temperatura de depozitare: -40 ℃ → 90 ℃ ;

Figura 3.1.6.9 Schema electrică LED albastru

3.2 Realizarea practică

Construcția proiectului a fost realizată pe mai mulți pași:

Pasul 1. Componente necesare pentru realizarea practică:

Plăcuță lilypad Arduino

Figura 3.2.1 Plăcuță LilyPad Arduino

Conector FTDI

Figura 3.2.2 FTDI conector

Cablu USB

Figura 3.2.3 Cablu USB

Alimentare

Figura 3.2.4 Alimentare

LED-uri

Figura 3.2.5 LED-uri

Butoane

Figura 3.2.6 Butoane

Fir conductor

Figura 3.2.7 Fir conductor

Componente auxiliare:

Multimentru

Figura 3.2.8 Multimetru

Bucată de material textil

Figura 3.2.9 Material textil

Hanorac

Figura 3.9.10 Hanorac

Pasul 2 Asamblarea

Asamblarea componentelor constă în coaserea elementelor electronice pe hanoracul propriu zis.Prima data au fost cusute LED-urile pe bucata de material textil, după cum se vede în următoarea figură.

Figura 3.9.11 LED-urile cusute pe bucata de material textil

În această figură se poate observa că LED-urile au fost cusute sub formă de cap de săgeată, iar în centru a fost cusută plăcuța. Prima dată au fost cusute LED-urile de pe partea dreaptă într-o anumită ordine, adică mai întâi au fost cusute toate plusurile LED-urilor cu fir conductor, apoi firul respectiv a fost cusut la o intrare de pe placa Arduino. Următorul pas a constat în coaserea LED-urilor de pe partea stângă la fel ca cele de pe partea dreaptă, diferența a fost aceea că au fost cusute la o altă intrare pe de placa Arduino. Utimul pas a constat în coaseara tuturor minusurilor la o altă intrare de pe placă.

Următorul pas îl reprezintă coaserea butoanelor pe mânecile hanoracului.

Butonele au fost cusute ca în următoarele imagini.

Butoanele au un rol important în acest proiect, deoarece ele pornesc/opresc trecerea prin circuit a curentului de la bateria din suportul de alimentare. Bineînțeles și aceste butoane au fost cusute cu fir conductor, altfel controlul curentului prin circuit nu ar fi posibil.

.