როგორ დატენოთ ნებისმიერი USB მოწყობილობა თქვენი ველოსიპედით: 10 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:20

დასაწყისისთვის, ეს პროექტი დაიწყო, როდესაც მივიღეთ გრანტი Lemelson-MIT პროგრამისგან. (ჯოშ, თუ ამას კითხულობ, ჩვენ გვიყვარხარ.)

6 მოსწავლისაგან და ერთი მასწავლებლისგან შემდგარმა გუნდმა შეაჯამა ეს პროექტი და ჩვენ გადავწყვიტეთ, რომ ეს ჩავრთოთ Instructables– ზე, ლაზერული საჭრელის, ან თუნდაც მაისურის მოგების იმედით. რასაც მოჰყვება, არის ჩვენი პრეზენტაციის შედგენა და ჩემი პირადი ჩანაწერები. ვიმედოვნებ, რომ თქვენც მოგეწონებათ ეს ინსტრუქცია ისევე, როგორც ჩვენ. ასევე მინდა მადლობა გადავუხადო ლიმორ ფრიდს, MintyBoost სქემის შემქმნელს. მან მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა ჩვენს პროექტში. ჯეფ ბრუკინსი Divine Child Inven გუნდის წევრი

ნაბიჯი 1: ჩვენი ორიგინალური განზრახვა…

ჩვენი ორიგინალური პროექტი იყო პროდუქტის შემუშავება, რომელიც ფარადეის პრინციპს იყენებდა, რათა მორბენალებს აეძლოთ iPod– ების დამუხტვა მუშაობის დროს. ეს კონცეფცია ელექტროენერგიას გამოიმუშავებს ისევე, როგორც ფარადეის ფანრები.

თუმცა, ჩვენ გვქონდა პრობლემა. ჩემი თანაგუნდელი ნიკ კიარელის სიტყვებით რომ ვთქვათ, "თავდაპირველად ჩვენ განვიხილეთ ისეთი დიზაინის გამოყენება, როგორიც არის ერთ-ერთი იმ ფანქრების შერყევა და მისი გადაკეთება ისე, რომ მორბენალმა შეძლოს მისი გაშვება და ენერგიის დამუხტვა მათი iPod- ის ან ნებისმიერი მოწყობილობისთვის. გამოყენება. შერყევის ფანარი იღებს ენერგიას ფანქარში მაგნიტის მოძრავი მაგნიტური ველის ურთიერთქმედებისგან და მაგნიტის სრიალისას მილის გარშემო შემოხვეული მავთულის გრაგნილი. მოძრავი მაგნიტური ველი იწვევს კოჭის ელექტრონების მოძრაობას მავთული, ელექტრული დენის შექმნა. ეს დენი შემდეგ ინახება ბატარეაში, რომელიც შემდგომში გამოიყენება ფანრის ნათურისთვის/LED- ისთვის. თუმცა, როდესაც გამოვთვალეთ რამდენი ენერგიის მიღებას შევძლებთ გარბენიდან, დავადგინეთ რომ ერთი AA ბატარეის დასატენად საკმარისი ენერგიის მოსაპოვებლად 50 კილომეტრის გარბენი დასჭირდება. ეს იყო უსაფუძვლო, ამიტომ ჩვენ შევცვალეთ ჩვენი პროექტი ველოსიპედის სისტემაზე. " შემდეგ ჩვენ გადავწყვიტეთ, რომ ნაცვლად ველოსიპედით დამონტაჟებული სისტემა გამოგვეყენებინა.

ნაბიჯი 2: ჩვენი გამოგონების განცხადება და კონცეფციის ევოლუცია

ჩვენ თავდაპირველად წარმოვადგინეთ რეგენერაციული სამუხრუჭე სისტემის განვითარება და მიზანშეწონილობა ველოსიპედებზე გამოსაყენებლად. ეს სისტემა შექმნის ენერგიის მობილურ წყაროს, რათა გააგრძელოს მგზავრის მიერ გადასატანი პორტატული ელექტრონული მოწყობილობების ბატარეის ხანგრძლივობა.

ექსპერიმენტის ფაზის დროს აღმოჩნდა, რომ რეგენერაციული სამუხრუჭე სისტემა ვერ ახერხებდა თავისი ორმაგი ფუნქციების ერთდროულად შესრულებას. მას არ შეუძლია წარმოქმნას საკმარისი ბრუნვა ველოსიპედის შესაჩერებლად და არც გამოიმუშაოს საკმარისი ენერგია ბატარეების დასატენად. ამრიგად, გუნდმა აირჩია სისტემის სამუხრუჭე ასპექტის მიტოვება და მხოლოდ უწყვეტი დატენვის სისტემის განვითარებაზე ორიენტირება. ეს სისტემა, მას შემდეგ რაც აშენდა და გამოიკვლია, სრულად შეძლო სასურველი მიზნების მიღწევა.

ნაბიჯი 3: შეიმუშავეთ წრე

დასაწყებად, ჩვენ უნდა შევქმნათ წრე, რომელსაც შეუძლია ძრავიდან ~ 6 ვოლტი აიღოს, შეინახოს და შემდეგ გადააკეთოს 5 ვოლტზე, რაც ჩვენ გვჭირდება USB მოწყობილობისთვის.

ჩვენ მიერ შემუშავებული წრე ავსებს MintyBoost USB დამტენის ფუნქციას, რომელიც თავდაპირველად შემუშავდა ლიმორ ფრიდის მიერ, Adafruit Industries– დან. MintyBoost იყენებს AA ბატარეებს პორტატული ელექტრონული მოწყობილობების დასატენად. ჩვენი დამოუკიდებლად აგებული წრე ცვლის AA ბატარეებს და ამარაგებს ენერგიას MintyBoost– ს. ეს წრე ამცირებს ~ 6 ვოლტს ძრავიდან 2.5 ვოლტამდე. ეს საშუალებას აძლევს ძრავას დაატენოს BoostCap (140 F), რაც თავის მხრივ ენერგიას ამარაგებს MintyBoost სქემას. ულტრაკონდენსატორი ინახავს ენერგიას USB მოწყობილობის განუწყვეტლივ დატენვისთვის, თუნდაც ველოსიპედი არ მოძრაობს.

ნაბიჯი 4: ენერგიის მოპოვება

ძრავის არჩევა უფრო რთული ამოცანა აღმოჩნდა.

ძვირადღირებული ძრავები უზრუნველყოფდა დამუხრუჭების წყაროს შესაქმნელად საჭირო ბრუნვის მომენტს, თუმცა ღირებულება ამკრძალავი იყო. ხელმისაწვდომი და ეფექტური მოწყობილობის გასაკეთებლად სხვა გამოსავალი იყო საჭირო. პროექტი გადაკეთდა, როგორც უწყვეტი დატენვის სისტემა, ყველანაირი შესაძლებლობებიდან მაქსონის ძრავა უკეთესი არჩევანი იქნებოდა მისი მცირე დიამეტრის გამო. მაქსონის ძრავამ ასევე უზრუნველყო 6 ვოლტი, სადაც წინა ძრავებმა მოგვცეს 20 ვოლტი. ამ უკანასკნელისთვის ძრავის ზედმეტად გათბობა უზარმაზარი საკითხი იქნება. ჩვენ გადავწყვიტეთ დავრჩებოდით ჩვენს Maxon 90 -ს, რომელიც იყო ლამაზი ძრავა, მიუხედავად იმისა, რომ მისი ღირებულება 275 დოლარი იყო. (მათთვის, ვისაც სურს ამ პროექტის აშენება, იაფი ძრავა საკმარისი იქნება.) ჩვენ დავამატეთ ეს ძრავა უკანა სამუხრუჭე სამაგრებთან ახლოს ველოსიპედის ჩარჩოზე, ძრავასა და ჩარჩოს შორის მეტრიანი ჯოხის გამოყენებით, რათა ვიმოქმედოთ როგორც გამყოფი, გამკაცრდა 2 შლანგი-დამჭერი მის გარშემო.

ნაბიჯი 5: გაყვანილობა

ძრავიდან წრეზე გაყვანილობისთვის განიხილებოდა რამდენიმე ვარიანტი: ალიგატორის სამაგრები იმიტირებისთვის, ტელეფონის კაბელი და დინამიკის მავთული.

ალიგატორის კლიპები კარგად მუშაობდნენ იმიტირებული დიზაინისა და ტესტირების მიზნებისთვის, მაგრამ ისინი არ იყვნენ საკმარისად სტაბილური საბოლოო დიზაინისთვის. სატელეფონო მავთული აღმოჩნდა მყიფე და რთული მუშაობა. სპიკერის მავთული შემოწმდა მისი გამძლეობის გამო, ამიტომ გახდა არჩევანის გამტარებელი. მიუხედავად იმისა, რომ ეს იყო მავთული, ის ბევრად უფრო გამძლე იყო მისი უფრო დიდი დიამეტრის გამო. შემდეგ ჩვენ უბრალოდ დავამაგრეთ მავთული ჩარჩოზე zip- კავშირების გამოყენებით.

ნაბიჯი 6: რეალური წრე

მიკროსქემის დაძლევა იყო პროცესის ყველაზე რთული გამოწვევა. ძრავისგან ელექტროენერგია პირველად მოძრაობს ძაბვის რეგულატორში, რაც საშუალებას მისცემს უწყვეტი ხუთ ამპერიან დენს; სხვა მარეგულირებლებთან შედარებით უფრო დიდი დენი გაივლის. იქიდან ძაბვა მცირდება 2.5 ვოლტამდე, რაც მაქსიმუმია, რომელსაც BOOSTCAP ინახავს და უსაფრთხოდ უმკლავდება. მას შემდეგ რაც BOOSTCAP მიაღწევს 1.2 ვოლტს, მას აქვს საკმარისი სიმძლავრე, რათა MintyBoost– მა უზრუნველყოს 5 ვოლტიანი წყარო მოწყობილობის დამუხტვისთვის.

შეყვანის მავთულხლართებზე ჩვენ დავამატეთ 5A დიოდი ისე, რომ არ მივიღოთ "დამხმარე დაწყების ეფექტი", სადაც ძრავა დაიწყებს ტრიალს შენახული ელექტროენერგიის გამოყენებით. ჩვენ გამოვიყენეთ 2200uF კონდენსატორი ძაბვის მარეგულირებელზე დენის ნაკადის გასათანაბრებლად. ძაბვის მარეგულირებელი, რომელიც ჩვენ გამოვიყენეთ, LM338, რეგულირდება იმის მიხედვით, თუ როგორ აყენებთ მას, როგორც ჩანს ჩვენს წრიულ დიაგრამაზე. ჩვენი მიზნებისათვის, რეგულატორთან დაკავშირებული ორი რეზისტორის, 120 ოჰმის და 135 ომის შედარება განსაზღვრავს გამომავალ ძაბვას. ჩვენ ვიყენებთ მას ძაბვის შემცირებას vol 6 ვოლტიდან 2.5 ვოლტამდე. ჩვენ ვიღებთ 2.5 ვოლტს და ვიყენებთ მას ულტრაკონდენსატორის დასატენად, 140 ფარადიანი, 2.5 ვოლტიანი BOOSTCAP დამზადებული Maxwell Technologies– ის მიერ. ჩვენ ავირჩიეთ BOOSTCAP, რადგან მისი მაღალი ტევადობა მოგვცემს საშუალებას შევინარჩუნოთ მუხტი მაშინაც კი, თუ ველოსიპედი გაჩერებულია წითელ შუქზე. ამ წრის შემდეგი ნაწილი არის ის, რაც დარწმუნებული ვარ, რომ თქვენ ყველამ იცით, Adafruit MintyBoost. ჩვენ გამოვიყენეთ ულტრაკონდენსატორიდან 2.5 ვოლტის ასაღებად და სტაბილურ 5 ვოლტამდე, USB სტანდარტით. ის იყენებს MAX756, 5 ვოლტიანი გამაძლიერებელს 22uH ინდუქტორთან ერთად. მას შემდეგ, რაც ჩვენ მივიღებთ 1,2 ვოლტს ულტრაკონდენსატორზე, MintyBoost დაიწყებს 5 ვოლტის გამომუშავებას. ჩვენი წრე ავსებს MintyBoost USB დამტენის ფუნქციას, რომელიც თავდაპირველად შემუშავდა ლიმორ ფრიდის მიერ, Adafruit Industries– დან. MintyBoost იყენებს AA ბატარეებს პორტატული ელექტრონული მოწყობილობების დასატენად. ჩვენი დამოუკიდებლად აგებული წრე ცვლის AA ბატარეებს და ამარაგებს ენერგიას MintyBoost– ს. ეს წრე ამცირებს ~ 6 ვოლტს ძრავიდან 2.5 ვოლტამდე. ეს საშუალებას აძლევს ძრავას დაატენოს BoostCap (140 F), რაც თავის მხრივ ენერგიას ამარაგებს MintyBoost სქემას. ულტრაკონდენსატორი ინახავს ენერგიას USB მოწყობილობის განუწყვეტლივ დატენვისთვის, თუნდაც ველოსიპედი არ მოძრაობს.

ნაბიჯი 7: დანართი

გარე ელემენტებისგან მიკროსქემის დასაცავად, საჭირო იყო დანართი. შეირჩა PVC მილებისა და ბოლოების თავსახურის "აბი", რომლის დიამეტრი 6 სმ და სიგრძე 18 სმ იყო. მიუხედავად იმისა, რომ ეს ზომები დიდია სქემასთან შედარებით, ამან მშენებლობა უფრო მოსახერხებელი გახადა. წარმოების მოდელი გაცილებით მცირე იქნება. PVC შეირჩა გამძლეობის, ამინდის თითქმის სრულყოფილი გამძლეობის, აეროდინამიკური ფორმის და დაბალი ღირებულების საფუძველზე. ექსპერიმენტები ასევე ჩატარდა ეპოქსიდში გაჟღენთილი ნედლი ნახშირბადის ბოჭკოსგან დამზადებულ კონტეინერებზე. ეს სტრუქტურა აღმოჩნდა როგორც ძლიერი, ასევე მსუბუქი წონა. თუმცა, მშენებლობის პროცესი ძალიან შრომატევადი და რთული ათვისება იყო.

ნაბიჯი 8: ტესტირება

კონდენსატორებისთვის, ჩვენ ვამოწმებთ ორ სხვადასხვა ტიპს, BOOSTCAP და სუპერ კონდენსატორს.

პირველი გრაფიკი ასახავს სუპერკონდენსატორის გამოყენებას, რომელიც ჩართულია წრეში ისე, რომ როდესაც ძრავა აქტიურია, კონდენსატორი დატენავს. ჩვენ არ გამოვიყენეთ ეს კომპონენტი, რადგან, სანამ სუპერკონდენსატორი უკიდურესი სიჩქარით იტვირთებოდა, ის ძალიან სწრაფად დაიშალა ჩვენი მიზნებისათვის. წითელი ხაზი წარმოადგენს ძრავის ძაბვას, ლურჯი ხაზი წარმოადგენს სუპერკონდენსატორის ძაბვას, ხოლო მწვანე ხაზი წარმოადგენს USB პორტის ძაბვას. მეორე გრაფიკი არის BOOSTCAP ultracapacitor– ით შეგროვებული მონაცემები. წითელი ხაზი წარმოადგენს ძრავის ძაბვას, ლურჯი არის ულტრაკონდენსატორის ძაბვას, ხოლო მწვანე ხაზი წარმოადგენს USB პორტის ძაბვას. ჩვენ ავირჩიეთ ულტრაკონდენსატორის გამოყენება, რადგან, როგორც ეს ტესტი მიუთითებს, ულტრაკონდენსატორი გააგრძელებს თავის მუხტს მაშინაც კი, როდესაც მხედარი მოძრაობას შეწყვეტს. USB ძაბვის ნახტომის მიზეზი არის ის, რომ ულტრაკონდენციონერმა მიაღწია ძაბვის ზღვარს, რომელიც აუცილებელია MintyBoost– ის გასააქტიურებლად. ორივე ეს ტესტი ჩატარდა 10 წუთის განმავლობაში. მხედარი პედლებიანი იყო პირველი 5 -ისთვის, შემდეგ ჩვენ დავაკვირდით, როგორ რეაგირებდა ძაბვები ბოლო 5 წუთის განმავლობაში. ბოლო სურათი არის Google Earth კადრი, სადაც ჩვენ გავაკეთეთ ჩვენი ტესტირება. ეს სურათი გვიჩვენებს, რომ ჩვენ დავიწყეთ ჩვენს სკოლაში და შემდეგ გავაკეთეთ ორი წრე ლევაგუდის პარკში სულ 1 კილომეტრის სავარაუდო მანძილზე. ამ რუქის ფერები შეესაბამება მხედარის სიჩქარეს. მეწამული ხაზი დაახლოებით 28,9 მილია / სთ, ლურჯი ხაზი 21,7 მილი / სთ, მწვანე ხაზი 14,5 მილი / სთ და ყვითელი ხაზი 7,4 მილი / სთ.

ნაბიჯი 9: სამომავლო გეგმები

იმისათვის, რომ მოწყობილობა იყოს ეკონომიკურად მომგებიანი, როგორც სამომხმარებლო პროდუქტი, რამდენიმე გაუმჯობესება უნდა მოხდეს ამინდის გამძლეობის, მიკროსქემის გამარტივებისა და ხარჯების შემცირების სფეროებში. ამინდის მდგრადი გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს დანაყოფის გრძელვადიან მუშაობას. ძრავის ერთ -ერთი ტექნიკა იყო მისი ჩასმა ნალგენის კონტეინერში. ეს კონტეინერები ცნობილია წყალგაუმტარი და თითქმის ურღვევი. (დიახ, ჩვენ გადავაბიჯეთ ერთი მანქანით, რომელსაც არ აქვს ცუდი ეფექტი.) დამატებით დაცვას ეძებდნენ ბუნების ძალებისგან. გაფართოების ქაფი დალუქავს ერთეულს, თუმცა მასალას აქვს შეზღუდვები. არა მხოლოდ ძნელია სწორად მოთავსება, არამედ ის ხელს შეუშლის ვენტილაციას, რაც აუცილებელია მოწყობილობის საერთო მუშაობისთვის.

რაც შეეხება მიკროსქემის გამარტივებას, შესაძლებლობები მოიცავს მრავალჯერადი ძაბვის მარეგულირებელი ჩიპს და საბეჭდი მიკროსქემის დაფას (PCB). ჩიპს შეუძლია შეცვალოს ძაბვის მრავალი მარეგულირებელი, ეს შეამცირებს როგორც პროდუქტის ზომას, ასევე სითბოს გამომუშავებას. PCB- ის გამოყენება უზრუნველყოფს უფრო სტაბილურ ბაზას, რადგან კავშირები იქნება უშუალოდ დაფაზე და არა მის ქვეშ მცურავი. შეზღუდული მოცულობით ის იმოქმედებს, როგორც გამათბობელი დაფაზე სპილენძის კვალი. ეს ცვლილება შეამცირებს ზედმეტი ვენტილაციის საჭიროებას და გაზრდის კომპონენტის სიცოცხლეს. ხარჯების შემცირება არის ყველაზე მნიშვნელოვანი და რთული ცვლილება, რომელიც უნდა მოხდეს დიზაინში. წრე თავისთავად ძალიან იაფია, თუმცა ძრავა 275 დოლარი ღირს. მიმდინარეობს ძიება უფრო ეკონომიურ ძრავაზე, რომელიც კვლავ დააკმაყოფილებს ჩვენს ენერგიის საჭიროებებს.

ნაბიჯი 10: დაასრულეთ

გმადლობთ, რომ კითხულობთ ჩვენს ინსტრუქციულს, თუ თქვენ გაქვთ რაიმე შეკითხვა, მოგერიდებათ დასვათ.

აქ მოცემულია რამდენიმე სურათი MIT– დან ჩვენი პრეზენტაციიდან.