Velosiped haydash orqali har qanday USB qurilmasini qanday zaryad qilish mumkin: 10 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:28

Boshlash uchun, biz Lemelson-MIT dasturidan grant olganimizda, bu loyiha boshlandi. (Josh, agar siz buni o'qiyotgan bo'lsangiz, biz sizni yaxshi ko'ramiz.)

6 talaba va bitta o'qituvchidan iborat guruh bu loyihani birlashtirdi va biz uni lazerli kesuvchi yoki hech bo'lmaganda futbolkani yutib olish niyatida Instructables-ga qo'yishga qaror qildik. Bu bizning taqdimotimiz va o'z shaxsiy yozuvlarim. Umid qilamanki, bu ko'rsatma biz kabi biz uchun ham yoqadi. Men, shuningdek, MintyBoost sxemasini yaratuvchisi Limor Fridga minnatdorchilik bildirmoqchiman. Bu bizning loyihamizda muhim rol o'ynadi. Jeff Brukins ilohiy bolalar ixtirolari guruhining a'zosi

1 -qadam: Bizning asl niyatimiz …

Bizning asl loyihamiz - yuguruvchilar iPod ishlayotgan paytda zaryadlashiga ruxsat berish uchun Faraday tamoyilidan foydalangan holda mahsulot ishlab chiqish edi. Bu kontseptsiya Faraday chiroqlari kabi elektr energiyasini ishlab chiqaradi.

Biroq, bizda muammo bor edi. Mening jamoadoshim Nik Ciarellining so'zlaridan iqtibos keltiradigan bo'lsam: "Avvaliga biz chayqaladigan chiroqlardan biriga o'xshash dizaynni ishlatishni va yuguruvchi uni yugurish uchun bog'lab qo'yishi va iPod yoki boshqa qurilmasini zaryad qilish uchun energiyaga ega bo'lishi uchun konvertatsiya qilishni o'ylab topdik. Chayqaluvchi chiroq, o'z energiyasini chiroqdagi magnitning harakatlanuvchi magnit maydonining o'zaro ta'siridan oladi va magnit siljigan naychaga o'ralgan. elektr tokini yaratadigan sim. Bu oqim keyinchalik akkumulyator lampasida/LEDda ishlatilishi mumkin bo'lgan batareyada saqlanadi. Biroq, biz yugurishdan qancha energiya olishimiz mumkinligini hisoblaganimizda, biz aniqladik. AA batareyasini zaryad qilish uchun yetarli energiya olish uchun 50 mil yugurish kerak bo'ladi. Bu asossiz edi, shuning uchun biz loyihamizni velosiped tizimiga o'zgartirdik ". Keyin biz uning o'rniga velosiped o'rnatilgan tizimni ishlatishga qaror qildik.

2 -qadam: Bizning ixtiro bayonoti va kontseptsiya evolyutsiyasi

Biz dastlab velosipedda foydalanish uchun regenerativ tormoz tizimini ishlab chiqish va maqsadga muvofiqligini nazariylashtirdik. Bu tizim chavandoz olib yuradigan portativ elektron qurilmalarning batareyaning ishlash muddatini uzaytirish uchun mobil quvvat manbai yaratadi.

Tajriba bosqichida regenerativ tormoz tizimi bir vaqtning o'zida ikkita funktsiyasini bajarishga qodir emasligi aniqlandi. U na velosipedni to'xtata oladigan, na batareyalarni zaryad qilish uchun etarli quvvat ishlab chiqara olmaydi. Shunday qilib, jamoa tizimning tormozlash xususiyatidan voz kechishni, faqat doimiy zaryadlash tizimini ishlab chiqishga e'tibor qaratdi. Ushbu tizim, tuzilgan va o'rganilganidan so'ng, o'z maqsadlariga erishishga qodir ekanligini isbotladi.

3 -qadam: O'chirish sxemasini tuzing

Ishni boshlash uchun biz dvigateldan ~ 6 voltni oladigan, saqlashimiz va keyin USB qurilmasi uchun zarur bo'lgan 5 voltli konvertatsiya qilishimiz kerak edi.

Biz yaratgan sxema dastlab Adafruit Industries kompaniyasi Limor Frid tomonidan ishlab chiqilgan MintyBoost USB zaryadlovchi qurilmasining funksiyasini to'ldiradi. MintyBoost portativ elektron qurilmalarni zaryadlash uchun AA batareyalaridan foydalanadi. Bizning mustaqil qurilgan sxemamiz AA batareyalarini almashtiradi va MintyBoost -ni quvvat bilan ta'minlaydi. Ushbu sxema dvigateldan ~ 6 voltni 2,5 voltgacha kamaytiradi. Bu dvigatelga BoostCap (140 F) ni zaryad qilish imkonini beradi, bu esa o'z navbatida MintyBoost sxemasini quvvat bilan ta'minlaydi. Ultrakondensator velosiped harakatsiz bo'lsa ham, USB qurilmasini uzluksiz zaryad qilish uchun energiya to'playdi.

4 -qadam: Quvvat olish

Dvigatelni tanlash ancha murakkab vazifani ko'rsatdi.

Qimmatbaho dvigatellar tormoz manbasini yaratish uchun zarur bo'lgan momentni ta'minladilar, ammo narx juda katta emas edi. Arzon va samarali qurilmani yaratish uchun boshqa echim kerak edi. Loyiha uzluksiz zaryadlash tizimi sifatida qayta ishlab chiqilgan, shuning uchun ham, Makson dvigateli kichik diametri tufayli yaxshiroq tanlov bo'ladi. Maxon dvigateli 6 voltni ham ta'minlagan, bu erda oldingi dvigatellar bizga 20 voltdan yuqori bo'lgan. Ikkinchisida dvigatelni haddan tashqari qizdirish katta muammo bo'ladi. Biz Maxon 90 -ni ishlatishga qaror qildik, u juda yaxshi dvigatel edi, garchi uning narxi 275 dollar bo'lsa ham. (Bu loyihani qurmoqchi bo'lganlar uchun arzonroq dvigatel etarli bo'ladi.) Biz bu dvigatelni orqa tormoz tayanchlari yaqinida to'g'ridan -to'g'ri velosiped ramkasiga biriktirib qo'ydik. atrofida 2 ta shlang qisqichini tortdi.

5 -qadam: simlarni ulash

Dvigatelning elektr zanjiriga o'tkazilishi uchun bir nechta variant ko'rib chiqilgan: alligator kliplari, telefon simlari va karnay simlari.

Alligator kliplari dizayn va sinov maqsadlarida yaxshi ishladi, lekin ular oxirgi dizayn uchun etarlicha barqaror emas edi. Telefon simlari mo'rt bo'lib qoldi va ular bilan ishlash qiyin edi. Karnay simlari chidamliligi tufayli sinovdan o'tkazildi, shuning uchun tanlov o'tkazgichiga aylandi. U torli sim bo'lsa -da, diametri kattaroq bo'lgani uchun ancha bardoshli edi. Keyin biz simni ramka bilan bog'lab qo'ydik.

6 -qadam: Haqiqiy davr

O'chirish bilan shug'ullanish jarayonning eng qiyin vazifasi edi. Dvigatelning elektr quvvati birinchi navbatda voltaj regulyatori orqali o'tadi, bu esa uzluksiz besh amperli oqimga imkon beradi; boshqa regulyatorlarga qaraganda katta oqim o'tadi. U erdan kuchlanish 2,5 voltgacha tushiriladi, bu BOOSTCAP maksimal saqlashi va xavfsiz boshqarishi mumkin. BOOSTCAP 1,2 voltga yetgandan so'ng, u MintyBoost -ga zaryad olayotgan qurilma uchun 5 voltli manba bilan ta'minlash uchun etarli kuchga ega.

Kirish simlariga biz "yordamchi ishga tushirish effektini" olmaslik uchun 5A diod biriktirdik, bu erda dvigatel saqlangan elektr energiyasi yordamida aylana boshlaydi. Biz kuchlanish regulyatoriga quvvat oqimini tenglashtirish uchun 2200uF kondansatkichidan foydalanganmiz. Biz ishlatgan voltaj regulyatori, LM338, siz qanday o'rnatganingizga qarab sozlanishi, bizning sxemamizda ko'rinadi. Bizning maqsadlarimiz uchun regulyatorga ulangan 120 ohm va 135 ohmli ikkita rezistorni taqqoslash chiqish voltajini aniqlaydi. Biz kuchlanishni ~ 6 voltdan 2,5 voltgacha kamaytirish uchun foydalanamiz. Keyin biz 2,5 voltni olamiz va undan Maxwell Technologies tomonidan ishlab chiqarilgan 140 faradli, 2,5 voltli BOOSTCAP ultra kondansatkichini zaryad qilish uchun foydalanamiz. Biz BOOSTCAP -ni tanladik, chunki uning yuqori sig'imi velosiped qizil chiroqda to'xtagan taqdirda ham zaryadni ushlab turishga imkon beradi. Bu davraning keyingi qismi, menimcha, siz hammaga tanish bo'lgan Adafruit MintyBoost. Biz uni ultra kondansatkichdan 2,5 voltni olib, USB standarti bo'lgan 5 voltli barqarorlikka ko'tarish uchun ishlatdik. U 22uH induktor bilan birgalikda 5 voltli MAX756 konvertoridan foydalanadi. Ultrakondensator orqali 1,2 voltni olgandan so'ng, MintyBoost 5 voltni chiqara boshlaydi. Bizning sxemamiz dastlab Adafruit Industries kompaniyasi Limor Frid tomonidan ishlab chiqarilgan MintyBoost USB zaryadlovchining funktsiyasini to'ldiradi. MintyBoost portativ elektron qurilmalarni zaryadlash uchun AA batareyalaridan foydalanadi. Bizning mustaqil qurilgan sxemamiz AA batareyalarini almashtiradi va MintyBoost -ni quvvat bilan ta'minlaydi. Ushbu sxema dvigateldan ~ 6 voltni 2,5 voltgacha kamaytiradi. Bu vosita BoostCap (140 F) ni zaryad qilish imkonini beradi, bu esa o'z navbatida MintyBoost sxemasini quvvat bilan ta'minlaydi. Ultrakondensator velosiped harakatsiz bo'lsa ham, USB qurilmasini uzluksiz zaryad qilish uchun energiya to'playdi.

7 -qadam: korpus

Zanjirni tashqi elementlardan himoya qilish uchun muhofaza zarur edi. Diametri 6 sm va uzunligi 18 sm bo'lgan PVX quvurlari va qopqoqli "tabletka" tanlandi. Ushbu o'lchamlar sxemaga qaraganda katta bo'lsa -da, bu qurilishni yanada qulayroq qildi. Ishlab chiqarish modeli ancha kichikroq bo'ladi. PVX chidamlilik, deyarli ob-havoga chidamlilik, aerodinamik shakli va arzonligi asosida tanlangan. Tajribalar epoksi bilan namlangan uglerod tolasi xom ashyosidan tayyorlangan idishlarda ham o'tkazildi. Bu struktura ham kuchli, ham engil ekanligi isbotlandi. Biroq, qurilish jarayoni juda ko'p vaqt talab qildi va o'zlashtirish qiyin edi.

8 -qadam: sinov

Kondensatorlar uchun biz ikki xil turdagi BOOSTCAP va super kondansatörni sinovdan o'tkazamiz.

Birinchi grafikda kontaktlarning zanglashiga olib kiruvchi superkondensatordan foydalanish tasvirlangan, shuning uchun vosita faol bo'lganda kondansatör zaryad oladi. Biz bu komponentni ishlatmadik, chunki superkondensator juda tez zaryadlangan bo'lsa -da, u bizning maqsadlarimiz uchun juda tez zaryadsizlandi. Qizil chiziq dvigatelning kuchlanishini, ko'k chiziq superkondensatorning kuchlanishini, yashil chiziq esa USB portining kuchlanishini bildiradi. Ikkinchi grafik - BOOSTCAP ultrakondensator yordamida to'plangan ma'lumotlar. Qizil chiziq dvigatel kuchlanishini, ko'k ultrakondensator kuchlanishini, yashil chiziq esa USB portining kuchlanishini bildiradi. Biz ultrakondensatordan foydalanishni tanladik, chunki test shuni ko'rsatadiki, chavandoz harakatini to'xtatgandan keyin ham ultrakondensator o'z zaryadini ushlab turaveradi. USB kuchlanishining sakrashining sababi shundaki, ultra kondansatkich MintyBoost -ni faollashtirish uchun zarur bo'lgan kuchlanish chegarasiga yetdi. Bu testlarning har ikkalasi ham 10 daqiqa davomida o'tkazildi. Chavandoz birinchi 5 daqiqada pedal bosdi, so'ng biz oxirgi 5 daqiqada kuchlanish qanday ta'sir qilishini kuzatdik. Oxirgi rasm - bu Google Earth sinovdan o'tgan joyimiz. Bu rasm shuni ko'rsatadiki, biz o'z maktabimizdan boshlaganmiz, keyin Levagood bog'ida taxminan 1 mil masofani bosib o'tganmiz. Bu xaritaning ranglari chavandozning tezligiga mos keladi. Binafsha chiziq soatiga 28,9 milya, ko'k chiziq 21,7 milya, yashil chiziq 14,5 milya va sariq chiziq 7,4 mil / soat.

9 -qadam: Kelgusi rejalar

Qurilmani iste'molchi mahsuloti sifatida iqtisodiy jihatdan yanada samaraliroq qilish uchun ob-havoga chidamlilik, sxemalarni tartibga solish va xarajatlarni kamaytirish sohalarida bir qancha yaxshilanishlarni amalga oshirish kerak. Ob-havoga chidamlilik qurilmaning uzoq muddatli ishlashi uchun juda muhimdir. Dvigatel uchun mo'ljallangan usullardan biri uni Nalgen idishiga joylashtirish edi. Bu idishlar suv o'tkazmaydigan va deyarli buzilmasligi bilan mashhur. (Ha, biz mashina bilan yugurdik, hech qanday ta'sir qilmadi.) Tabiat kuchlaridan qo'shimcha himoya talab qilindi. Kengaytiruvchi ko'pik jihozni muhrlab qo'yadi, lekin material cheklovlarga ega. Nafaqat to'g'ri joylashtirish qiyin, balki qurilmaning umumiy ishlashi uchun zarur bo'lgan shamollatishning oldini oladi.

O'chirish tartibini takomillashtirishga kelsak, imkoniyatlar qatoriga voltaj regulyatorining chipi va maxsus bosilgan elektron karta (PCB) kiradi. Chip bir nechta voltaj regulyatorlarini almashtirishi mumkin, bu mahsulot hajmini ham, issiqlik chiqishini ham kamaytiradi. PCB -dan foydalanish yanada barqaror bazani ta'minlaydi, chunki ulanishlar to'g'ridan -to'g'ri taxtada bo'ladi va uning ostida suzmaydi. Cheklangan darajada u taxtadagi mis izlari tufayli issiqlik tashuvchi vazifasini bajaradi. Bu o'zgarish ortiqcha shamollatish ehtiyojini kamaytiradi va komponentlarning ishlash muddatini oshiradi. Xarajatlarni kamaytirish - bu dizayndagi eng muhim va qiyin o'zgarish. Zanjirning o'zi juda arzon, ammo dvigatel 275 dollarga tushadi. Quvvat ehtiyojlarini haligacha qondiradigan, yanada tejamkor motor qidirish ishlari olib borilmoqda.

10 -qadam: tugating

Bizning ko'rsatmalarni o'qiganingiz uchun tashakkur, agar sizda biron bir savol bo'lsa, so'rang.

MITda taqdimotimizdan ba'zi rasmlar.