Velosiped sürərək istənilən USB cihazını necə doldurmaq olar: 10 addım (şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:48

Başlamaq üçün bu layihə Lemelson-MIT Proqramından qrant alanda başladı. (Josh, bunu oxuyursan, səni sevirik.)

6 şagirddən və bir müəllimdən ibarət bir komanda bu layihəni bir araya gətirdi və lazer kəsici və ya ən azından bir köynək qazanmaq ümidi ilə onu Instructables-a qoymağa qərar verdik. Bundan sonra təqdimatımızın və öz şəxsi qeydlərimin toplusudur. Ümid edirəm ki, bu təlimatı bizim etdiyimiz qədər bəyənəcəksiniz. MintyBoost sxeminin yaradıcısı Limor Fridə də təşəkkür etmək istəyirəm. Layihəmizdə əsas rol oynadı. Jeff Brookins İlahi Uşaq InvenTeam Üzvü

Addım 1: Orijinal Niyyətimiz…

Orijinal layihəmiz Faraday Prinsipindən istifadə edərək idmançıların iPodlarını işlədərkən şarj etmələrini təmin etmək üçün bir məhsul hazırlamaq idi. Bu konsepsiya Faraday fənərlərində olduğu kimi elektrik enerjisi istehsal edəcək.

Ancaq bir problemimiz var idi. Komanda yoldaşım Nick Ciarelli-dən sitat gətirmək üçün, "Əvvəlcə bu fənərlərdən birinə bənzər bir dizayndan istifadə etməyi və bir qaçıcının qaçış üçün onu bağlaya biləcəyini və iPodunu və ya hər hansı bir cihazını doldurmaq üçün enerjiyə sahib olacağını düşündük. sarsıntı fənəri enerjisini fənərdəki maqnitin hərəkət edən maqnit sahəsinin və maqnitin tüpün ətrafına bükülmüş tel bobininin qarşılıqlı təsirindən alır. elektrik cərəyanı yaradan tel. Bu cərəyan daha sonra fənər lampası/LED üçün istifadə edilə bilən bir batareyada saxlanılır. Ancaq qaçışdan nə qədər enerji ala biləcəyimizi hesabladıqda müəyyən etdik. bir AA batareyasını doldurmaq üçün kifayət qədər enerji əldə etmək üçün 50 millik qaçış lazım olacaq. Bu, məntiqsiz idi, buna görə də layihəmizi velosiped sisteminə dəyişdik. " Daha sonra bunun əvəzinə velosipedə quraşdırılmış sistemdən istifadə etmək qərarına gəldik.

Addım 2: İxtira Bəyannaməmiz və Konsepsiya Təkamülü

Əvvəlcə velosipedlərdə istifadə üçün regenerativ əyləc sisteminin inkişafını və mümkünlüyünü nəzərdən keçirdik. Bu sistem, sürücünün daşıdığı portativ elektron cihazların batareya ömrünü uzatmaq üçün mobil enerji mənbəyi yaradacaq.

Təcrübə mərhələsində, rejenerativ əyləc sisteminin ikili funksiyalarını eyni vaxtda yerinə yetirə bilmədiyi aşkarlandı. Nə velosipedi dayandırmaq üçün nə də tork istehsal edə bilər, nə də batareyaları doldurmaq üçün kifayət qədər güc yarada bilməz. Buna görə də komanda sistemin əyləc aspektindən imtina etməyi, yalnız davamlı şarj sisteminin inkişafına diqqət yetirməyi seçdi. Bu sistem, qurulduqdan və araşdırıldıqdan sonra, arzu olunan məqsədlərə çatmağa qadir olduğunu sübut etdi.

Addım 3: Bir Dövrə Dizaynı

Başlamaq üçün, mühərrikdən ~ 6 volt ayıra bilən, saxlayan və sonra USB cihazı üçün lazım olan 5 volta çevirəcək bir dövrə dizayn etməliyik.

Hazırladığımız sxem, əvvəlcə Limor Fried tərəfindən Adafruit Industries tərəfindən hazırlanmış MintyBoost USB şarj cihazının funksiyasını tamamlayır. MintyBoost, portativ elektron cihazları doldurmaq üçün AA batareyalarından istifadə edir. Müstəqil olaraq qurduğumuz sxem AA batareyalarını əvəz edir və MintyBoost -a enerji verir. Bu dövrə, mühərrikdən ~ 6 voltı 2,5 volta qədər azaldır. Bu, motorun BoostCap -ı (140 F) doldurmasına imkan verir ki, bu da öz növbəsində MintyBoost sxeminə enerji verir. Ultrakondansatör, velosiped hərəkətsiz olsa belə, USB cihazını davamlı olaraq doldurmaq üçün enerji saxlayır.

Addım 4: Güc əldə edin

Bir motor seçmək daha çətin bir iş olduğunu sübut etdi.

Bahalı mühərriklər, əyləc mənbəyini yaratmaq üçün lazım olan torku təmin etdi, lakin xərcləri çox məhdud idi. Əlverişli və təsirli bir cihaz etmək üçün başqa bir həll lazım idi. Layihə, davamlı bir şarj sistemi olaraq yenidən dizayn edildi, Maxon mühərrikinin diametri kiçik olduğuna görə daha yaxşı bir seçim olardı. Maxon mühərriki də 6 volt təmin etdi, burada əvvəlki mühərriklər bizə 20 voltdan yuxarı verdi. Sonuncu motor üçün həddindən artıq istiləşmə böyük bir problem olardı. Qiyməti 275 dollar olsa da, gözəl bir motor olan Maxon 90 -a yapışmağa qərar verdik. (Bu layihəni qurmaq istəyənlər üçün daha ucuz bir motor kifayət edər.) Bu mühərriki aralıq rolunu yerinə yetirmək üçün mühərriklə çərçivə arasındakı bir metr çubuqdan istifadə edərək arxa əyləc dayaqlarının yaxınlığında birbaşa velosiped çərçivəsinə bağladıq. ətrafında 2 hortum sıxacını sıxdı.

Addım 5: Kabel çəkmə

Mühərrikdən dövrə keçid üçün bir neçə variant nəzərdən keçirildi: istehza üçün timsah klipləri, telefon kabeli və dinamik tel.

Timsah klipləri dizayn və sınaq məqsədləri üçün yaxşı işlədiyini sübut etdi, lakin son dizayn üçün kifayət qədər sabit deyildi. Telefon teli kövrək və işləməsi çətin idi. Dinamik tel, davamlılığı səbəbindən sınaqdan keçirildi və buna görə də seçim konduktoru oldu. Qapalı tel olsa da, daha böyük diametrinə görə daha davamlı idi. Daha sonra telləri fermuar bağlayaraq çərçivəyə bağladıq.

Addım 6: Həqiqi Dövrə

Dövrə ilə mübarizə prosesin ən çətin problemi idi. Mühərrikdən gələn elektrik əvvəlcə davamlı beş amperlik cərəyana imkan verən bir gərginlik tənzimləyicisindən keçir; digər tənzimləyicilərdən daha böyük bir cərəyan keçir. Oradan gerilim BOOSTCAP -ın saxlaya biləcəyi və etibarlı şəkildə idarə edə biləcəyi maksimum 2,5 volta endirilir. BOOSTCAP 1,2 volt əldə etdikdən sonra, MintyBoost -un şarj olunan cihaz üçün 5 voltluq bir qaynaq təmin etməsinə imkan verəcək qədər gücə malikdir.

Giriş tellərinə 5A diod bağladıq ki, "köməkçi başlanğıc effekti" əldə etməyək, burada mühərrik elektrik enerjisindən istifadə edərək fırlanmağa başlayacaq. Güc axını gərginlik tənzimləyicisinə bərabərləşdirmək üçün 2200uF kondansatördən istifadə etdik. İstifadə etdiyimiz bir LM338 gərginlik tənzimləyicisi, dövrə diaqramımızda göründüyü kimi, necə qurduğunuzdan asılı olaraq tənzimlənir. Bizim məqsədlərimiz üçün, tənzimləyiciyə qoşulmuş 120ohm və 135 ohm olan iki rezistorun müqayisəsi çıxış gərginliyini təyin edir. Gərginliyi ~ 6 voltdan 2,5 volta endirmək üçün istifadə edirik. Daha sonra 2,5 volt alırıq və Maxwell Technologies tərəfindən hazırlanan 140 farad, 2.5 volt BOOSTCAP ultracapacitorumuzu doldurmaq üçün istifadə edirik. BOOSTCAP -ı seçdik, çünki onun yüksək tutumu, velosiped qırmızı işıqda dayansa belə şarjı saxlamağa imkan verəcək. Bu dövrənin növbəti hissəsi, hamınızın tanış olduğunuzdan əmin olduğum bir şeydir, Adafruit MintyBoost. Ultrakondansatördən 2,5 volt götürüb sabit bir 5 volt, USB standartına qədər artırmaq üçün istifadə etdik. 22uH induktorla birlikdə 5 voltluq MAX756 çeviricisini istifadə edir. Ultra kondansatördən 1,2 volt aldıqdan sonra MintyBoost 5 volt çıxarmağa başlayacaq. Dövrümüz, əvvəlcə Limor Fried tərəfindən Adafruit Industries tərəfindən hazırlanmış MintyBoost USB şarj cihazının funksiyasını tamamlayır. MintyBoost, portativ elektron cihazları doldurmaq üçün AA batareyalarından istifadə edir. Müstəqil olaraq qurduğumuz sxem AA batareyalarını əvəz edir və MintyBoost -a enerji verir. Bu dövrə, mühərrikdən ~ 6 voltı 2,5 volta qədər azaldır. Bu, motorun BoostCap -ı (140 F) doldurmasına imkan verir ki, bu da öz növbəsində MintyBoost sxeminə enerji verir. Ultrakondansatör, velosiped hərəkətsiz olsa belə, USB cihazını davamlı olaraq doldurmaq üçün enerji saxlayır.

Addım 7: Kassa

Dövrəni xarici elementlərdən qorumaq üçün bir qapaq lazım idi. Diametri 6 sm və uzunluğu 18 sm olan PVC borulardan və qapaq qapaqlarından "həb" seçildi. Bu ölçülər dövrə ilə müqayisədə böyük olsa da, tikintini daha rahat etdi. Bir istehsal modeli daha kiçik olardı. PVC davamlılıq, demək olar ki, mükəmməl hava davamlılığı, aerodinamik forma və aşağı qiymətə görə seçilmişdir. Təcrübələr, epoksi ilə isladılmış xam karbon lifindən hazırlanmış qablarda da aparıldı. Bu quruluş həm güclü, həm də yüngül olduğunu sübut etdi. Ancaq tikinti prosesi çox vaxt aparırdı və mənimsəmək çətin idi.

Addım 8: Test

Kondansatörler üçün BOOSTCAP və super kondansatör olan iki fərqli növ test edirik.

Birinci qrafik, dövrə ilə birləşdirilmiş superkondansatörün istifadəsini təsvir edir ki, motor aktiv olduqda kondansatör doldurulsun. Bu komponenti istifadə etmədik, çünki superkondansatör həddindən artıq sürətlə doldurulsa da, məqsədlərimiz üçün çox tez boşaldı. Qırmızı xətt motorun gərginliyini, mavi xətt superkondansatörün, yaşıl xətt isə USB portunun gərginliyini əks etdirir. İkinci qrafik BOOSTCAP ultracapacitor ilə toplanan məlumatlardır. Qırmızı xətt motorun gərginliyini, mavi ultrakondansatörün gərginliyini, yaşıl xətt isə USB portunun gərginliyini təmsil edir. Ultrapasitördən istifadə etməyi seçdik, çünki bu testdə göstərildiyi kimi, atlı hərəkət etməyi dayandırdıqdan sonra da ultrakondansatör şarjını saxlamağa davam edəcək. USB gərginliyindəki sıçrayışın səbəbi ultracapacitorun MintyBoost -u aktivləşdirmək üçün lazım olan gərginlik həddinə çatmasıdır. Bu testlərin hər ikisi 10 dəqiqə ərzində aparıldı. Sürücü ilk 5 -də pedal çevirdi, sonra son 5 dəqiqə ərzində gərginliyin necə reaksiya verəcəyini müşahidə etdik. Son şəkil, test etdiyimiz yerin Google Earth çəkilişidir. Bu şəkil göstərir ki, məktəbimizə başladıq və sonra Levagood Parkda təxminən 1 mil məsafədə iki dövrə vurduq. Bu xəritənin rəngləri sürücünün sürətinə uyğundur. Bənövşəyi xətt təxminən 28.9 mil, mavi xətt 21.7 mil, yaşıl xətt 14.5 mil və sarı xətt 7.4 mil / saatdır.

Addım 9: Gələcək Planlar

Cihazı istehlakçı məhsulu kimi iqtisadi cəhətdən daha səmərəli etmək üçün hava şəraitinə davamlılıq, dövrə tənzimlənməsi və xərclərin azaldılması sahələrində bir neçə təkmilləşdirmə aparılmalıdır. Cihazın uzunmüddətli işləməsi üçün hava şəraitinə davamlılıq vacibdir. Mühərrik üçün düşünülən bir üsul onu Nalgen qabına bağlamaq idi. Bu qablar suya davamlı və demək olar ki, pozulmaz olması ilə tanınır. (Bəli, heç bir təsiri olmayan bir maşınla bir nəfərin üstündən qaçdıq.) Təbiətin qüvvələrinə qarşı əlavə müdafiə axtarılırdı. Genişləndirici köpük vahidi bağlayacaq, lakin materialın məhdudiyyətləri var. Düzgün yerləşdirmək çətindir, həm də cihazın ümumi işləməsi üçün vacib olan ventilyasiyanın qarşısını alır.

Dövrün düzəldilməsinə gəldikdə, çoxlu vəzifəli bir gərginlik tənzimləyici çipi və xüsusi çaplı bir devre kartı (PCB) daxildir. Çip birdən çox gərginlik tənzimləyicisini əvəz edə bilər, bu həm məhsulun ölçüsünü, həm də istilik çıxışını azaldar. Bir PCB istifadə etmək daha sabit bir baza təmin edəcək, çünki əlaqələr birbaşa lövhədə olacaq və onun altında üzməyəcəkdir. Lövhədəki mis izləri səbəbindən məhdud miqdarda istilik yuyucusu rolunu oynayacaq. Bu dəyişiklik, həddindən artıq havalandırma ehtiyacını azaldar və komponent ömrünü artırar. Xərclərin azaldılması dizaynda edilməli olan ən vacib və çətin dəyişiklikdir. Dövrün özü olduqca ucuzdur, lakin motorun qiyməti 275 dollardır. Hələ də enerji ehtiyaclarımızı ödəyəcək daha qənaətli bir motor üçün axtarış aparılır.

Addım 10: Bitirin

Təlimat kitabımızı oxuduğunuz üçün təşəkkür edirik, hər hansı bir sualınız varsa soruşmaqdan çekinmeyin.

MIT -də təqdimatımızdan bəzi şəkillər.