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クリスマスだしMTBを自作イルミネーションでピカピカにしてみた

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LED
クリスマス
xiaoesp32c3
illumination
tech

概要

クリスマスに向けなにかしたいなぁってことで，だれかとイルミネーション行くんじゃなくて，自ら発光させればいいやん！！とのことなので，マウンテンバイク(MTB)を光らせて走行してきました．

仕様

今回の制作における主な要件は以下の通りです．

基本設計:

  • 前輪，後輪が停止時も発光を続けること（ダイナモ給電ではなくバッテリ駆動）
  • とにかく高い衝撃耐性をもたせる（MTBなので）
  • MTB本体に穴をあけたり，傷をつけたりしない設計にすること
  • 総コストと，作業リソースをなるべく小さくしたい(なるべく家の在庫を使う)
  • XHコネクタを用いて簡単に接続．取り外しができるようにすること

機能要件:

  • スマホと有線で光り方を設定できるようにする
  • フレーム側をマスターとし，前輪後輪をスレーブとして，光り方を同期させる

ハードについて

構成概要

フレーム（トップチューブバッグ内）にマスター機を設置し，前後のホイールハブ付近にスレーブ機を設置しました．
ホイールは回転するため有線接続ができません．そこで，ESP32のESP-NOW機能を用いて無線同期を行っています．

部品表 (BOM)

今回の制作にかかった費用と部材です．家にあった在庫（XIAO ESP32C3など）を含めると総額約1万円ですが，今回の追加出費は4,000円程度に抑えました．

カテゴリ 品目 購入先 備考
制御部 Seeed Studio XIAO ESP32C3 ×3 秋月電子 家の在庫．小型で扱いやすい
発光部 WS2814 RGB LEDテープ Aliexpress 5V駆動．今回はRGB制御で使用
電源 単4電池ボックス ×3セット 秋月電子 各マイコンに4本ずつ(6V→レギュレータ)
機構部品 3Dプリンタ用フィラメント - 自作マウント用
機構部品 インサートナット，各種ネジ 千石電商等 固定用
その他 結束バンド，ケーブル，基板 ダイソー等 配線・固定用

こだわりポイント

  • 固定方法: MTBのフレームやスポークを傷つけないよう，3Dプリンタで専用のクランプを作成しました．インサートナットを使用し，振動で緩まないようにガッチリ固定しています．
  • 電源: 5VのLEDテープを光らせるため，入手性の良い単4電池4本（約6V）直列を電源とし，降圧して使用しています．

筐体設計と固定

MTBへの取り付けは，本体を傷つけないことと耐衝撃性を両立させるため，3Dプリンタで専用部品を設計しました．

車輪部（電源・制御ユニット）

Fusion360でモデリングします．ノギスで様々な箇所測って作っていきます．
単4電池の幅よりもスポーク間が狭かったので，設計がめんどくさくなりますが，斜めに入れるしかありません．(9V電池とかいう高価なもの使いたくなかった)

3Dプリンタで印刷・インサートナット埋め込みをし，ユニバーサル基板にはんだづけして取り付けました．

LEDテープ固定部

このようなスポークに挟み込む部品をたくさん作り，一つのLEDテープに4つずつ固定器具をつけました．(衝撃テストとかして，OKでした)

これが車輪にとりつけた様子．一切MTBに穴をあけず，さらに，テープも使わず固定しています．

フレーム部（マスターユニット）

フレーム部はもともとボトルホルダー用のネジとネジ穴が二つあったので，そこに取り付ける設計にしました．

ソフトウェアについて

システム構成

Master (フレーム) と Slave (前輪・後輪) の1対2構成です．

  1. Master:
    • スマホとUSBシリアルで接続．
    • シリアルモニタアプリからコマンド（例: slave1,1,1000）を受け取る．
    • 自分自身のLEDを制御しつつ，ESP-NOWを使ってSlaveへモード変更命令をブロードキャスト（またはユニキャスト）送信．
  2. Slave:
    • ESP-NOWでデータを受信．
    • 指定されたモード（レインボー，単色点灯など）とパラメータ（速度など）に基づきLEDを制御．

それぞれ書き込みます．

通信プロトコル (ESP-NOW)

Wi-Fi接続ではなく，ESP-NOWを採用しました．

  • 低遅延: ペアリング不要でパケットを投げられるため，即応性が高い．
  • 接続安定性: ホイールが高速回転して電波状況が変動しても，コネクション維持のオーバーヘッドがないため切れにくい．

データ構造はシンプルに以下の構造体を送信しています．

typedef struct struct_message {
    int mode;       // 0:Rainbow, 1:Manual, etc.
    uint32_t param; // アニメーション速度や待機時間など
    uint8_t r;      // 赤成分 (Manualモード用)
    uint8_t g;      // 緑成分
    uint8_t b;      // 青成分
} struct_message;

コード

こちらにすべてあります．MITライセンスにしているのでご自由にどうぞ
https://github.com/nihinihikun/MTB_Illumination

動画

https://x.com/nihinihikun_tec/status/2003685636059070570?s=20

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